CN107460516A - 一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法 - Google Patents

一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法 Download PDF

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宋仁国
孙斌
宋若希
张晓燕
曹国平
卢俊鹏
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
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    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/024—Anodisation under pulsed or modulated current or potential

Abstract

本发明提供了一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法，步骤如下：（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠20‑30 g/L，氢氧化钾1‑7 g/L，四硼酸钠1‑10 g/L，EDTA 1‑10 g/L，甘油10‑20 g/L；（2）采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的7XXX系高强铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为5‑15 A/dm2，温度控制在20‑30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为10‑30 min。本发明电解液中添加EDTA和甘油两种添加剂，大幅提高陶瓷膜层的致密性，使腐蚀介质难以通过微弧氧化膜层对材料基体进行阳极溶解作用；大幅提高合金表面电荷迁移阻力，腐蚀与应力腐蚀过程中的电化学过程被抑制，显著提高7XXX系高强铝合金表面的耐腐蚀与耐应力腐蚀性能；陶瓷膜层表面光滑，与基体结合力高。

Description

一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法
技术领域
本发明涉及一种制备陶瓷膜层的方法，尤其涉及一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法。
背景技术
7XXX系铝合金是一种高强铝合金，其出色的比强度，加工性能和可焊接性使它被广泛应用于航空、航天领域，且在近年来被广泛应用于汽车的骨架与电子产品的外壳中，应用范围不断扩大，但是大量的腐蚀失效也经常发生。铝的化学活性要高于钢铁，暴露在空气中时会很快形成一层极薄的氧化膜，会对合金产生保护作用。但是当合金处于Cl-环境介质中时，氧化膜会很快被溶解，发生腐蚀，特别是存在拉应力的服役情况下，合金甚至会发生突发性的断裂失效，而铝合金常用的固溶处理及时效处理工艺并不能大幅提高合金的耐腐蚀与应力腐蚀性能，在实际应用中作用有限。这些腐蚀失效行为严重制约了7XXX系铝合金的应用。所以，对合金表面进行改性处理，获得强保护性的耐蚀膜层可以拓展该类型合金应用的领域。
微弧氧化技术是近年来逐渐发展并趋于成熟的一种应用于如铝合金、镁合金和钛合金表面的一种新型表面处理工艺。通过电解液与相应电参数下铝合金表面的弧光放电作用，在合金表面产生瞬间的高温高压，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。该层陶瓷膜层在保证试样前期工艺的性能的条件下，同时提高合金表面的耐蚀性，拓展合金的应用范围。
本发明通过对7XXX系高强合金表面的改性处理，获得强保护性的耐蚀膜层，阻隔介质中侵蚀性的离子对7XXX系高强铝合金表面的破坏作用，从而提高7XXX系高强合金耐蚀性与耐应力腐蚀开裂的性能。
发明内容
为解决铝合金的上述缺陷，本发明提供了一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法。
为达到发明目的，本发明所采用的技术方案是：
一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠20-30 g/L，氢氧化钾1-7 g/L，四硼酸钠1-10 g/L，EDTA 1-10 g/L，甘油10-20 g/L；
采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的7XXX系高强铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为5-15 A/dm2，温度控制在20-30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为10-30 min。
步骤（1）中优选的电解液组成浓度为：六偏磷酸钠25 g/L，氢氧化钾2 g/L，四硼酸钠6 g/L，EDTA 2 g/L，甘油12 g/L。
所述步骤（2）中优选的电参数为：电流密度为10 A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为15 min。
本发明的有益效果为：（1）本发明电解液中添加EDTA和甘油两种添加剂，大幅提高陶瓷膜层的致密性，使腐蚀介质难以通过微弧氧化膜层对材料基体进行阳极溶解作用；（2）大幅提高合金表面电荷迁移阻力，腐蚀与应力腐蚀过程中的电化学过程被抑制，显著提高7XXX系高强铝合金表面的耐腐蚀与耐应力腐蚀性能；（3）陶瓷膜层表面光滑，与基体结合力高；（4）原料价廉易得，利于工业化生产。
附图说明
图1为原始铝合金试样与实施例1所获试样在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线。
图2为原始铝合金试样与实施例1所获试样在3.5%NaCl溶液中的应力应变曲线。
具体实施方式
下面结合具体方式对本发明进行进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1：
（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠25 g/L，氢氧化钾2 g/L，四硼酸钠6 g/L，EDTA 2 g/L，甘油12 g/L；
（2）采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为10 A/dm2，温度控制在20-30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为15 min。
实施例2：
（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠25 g/L，氢氧化钾3 g/L，四硼酸钠6 g/L，EDTA 2 g/L，甘油12 g/L；
（2）采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为10 A/dm2，温度控制在20-30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为15 min。
实施例3：
（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠25 g/L，氢氧化钾4 g/L，四硼酸钠6 g/L，EDTA 2 g/L，甘油12 g/L；
（2）采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为10 A/dm2，温度控制在20-30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为15 min。
实施例4：
（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠25 g/L，氢氧化钾5 g/L，四硼酸钠6 g/L，EDTA 2 g/L，甘油12 g/L；
（2）采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为10 A/dm2，温度控制在20-30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为15 min。
采用电化学工作站测试试样的极化曲线、自腐蚀电位和自腐蚀电流，采用慢应变速率拉伸试验测试试样的应力应变曲线，并计算各试样的应力腐蚀敏感性。
（1）电化学分析：通过极化曲线拟合出原始铝合金试样及各实施例中所获试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位与电流，如表1所示：
表1
试样 Ecorr (V vs.SCE) icorr (A/cm2)
未处理原始试样 -0.717 8.61×10-6
实施例1 -0.664 1.46×10-6
实施例2 -0.660 1.39×10-6
实施例3 -0.651 1.42×10-6
实施例4 -0.655 1.41×10-6
由图1与表1可看出，本方法获得的陶瓷膜层可使7XXX系高强铝合金表面耐蚀性较处理前有明显提高。
（2）应力应变分析：应力腐蚀敏感性定义为：I SCC=1-RA SCC/RA 0，其中，RA SCC表示试样在不同条件下的断面收缩率，RA 0表示试样在理想环境中（干燥空气）的断面收缩率，通过计算获得各实例中试样的应力腐蚀敏感性，如表2所示：
表2
试样 应力腐蚀敏感性/%
未处理原始试样 37.4
实施例1 4.6
实施例2 3.2
实施例3 3.2
实施例4 3.8
由图2与表2可看出，本方法获得的陶瓷膜层可显著提高7XXX系高强合金的抗应力腐蚀性能。

Claims (3)

1.一种制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配置电解液，电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠20-30 g/L，氢氧化钾1-7 g/L，四硼酸钠1-10 g/L，EDTA 1-10 g/L，甘油10-20 g/L；
（2）采用直流脉冲微弧氧化装置对清洁后的7XXX系高强铝合金表面进行微弧氧化，电流密度为5-15 A/dm2，温度控制在20-30℃，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为10-30 min。
2.根据权利要求1所述的制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法，其特征在于，步骤（1）中电解液的组成浓度为：六偏磷酸钠25 g/L，氢氧化钾2 g/L，四硼酸钠6 g/L，EDTA 2 g/L，甘油12 g/L。
3.根据权利要求1所述的制备高耐腐蚀和耐应力腐蚀性能陶瓷膜层的方法，其特征在于，步骤（2）中电参数为：电流密度为10 A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为15 min。
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