CN112267089B - 一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法 - Google Patents

一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112267089B
CN112267089B CN202011095109.XA CN202011095109A CN112267089B CN 112267089 B CN112267089 B CN 112267089B CN 202011095109 A CN202011095109 A CN 202011095109A CN 112267089 B CN112267089 B CN 112267089B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
microstructure
polishing
corrosion
superfine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011095109.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112267089A (zh
Inventor
曲华
曹立新
杨黎晖
曾庆亚
袁迅道
王丽丹
袁宁
侯保荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Zhongke Applied Chemical Technology Research Institute
Institute of Oceanology of CAS
Ocean University of China
Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Original Assignee
Qingdao Zhongke Applied Chemical Technology Research Institute
Institute of Oceanology of CAS
Ocean University of China
Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Zhongke Applied Chemical Technology Research Institute, Institute of Oceanology of CAS, Ocean University of China, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center filed Critical Qingdao Zhongke Applied Chemical Technology Research Institute
Priority to CN202011095109.XA priority Critical patent/CN112267089B/zh
Publication of CN112267089A publication Critical patent/CN112267089A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112267089B publication Critical patent/CN112267089B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/16—Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Abstract

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法。本发明利用显微组织均匀细小且晶粒尺寸在100nm以下的铝合金表面可控形成致密氧化膜的特点，通过磨光、抛光、静置过程的工艺条件控制，在铝合金表面形成致密度达到95%以上、厚度在10‑50μm、表观无5μm以上缺陷的自钝化膜，从而起到防腐蚀作用。本发明可有效降低铝合金的腐蚀速率至50%以下，解决了铝合金材料及制件的防腐蚀问题。该方法不受场地、工艺条件限制，基本无境污染，适合工业应用。

Description

一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法
技术领域
本发明涉及材料工程技术领域，尤其是涉及一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法。
背景技术
铝合金因其较低的密度及较高的比强度、比刚度，在航空航天、高铁、汽车、船舶、海洋装备、建筑等领域有着广泛的应用。虽然铝合金的耐腐蚀性能优于钢铁，但由于使用过程中环境的复杂性，铝合金材料与制件也面临着使用中腐蚀的风险，常见的腐蚀类型包括点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等。腐蚀不仅易造成铝合金制品美观度下降，更会大幅降低铝合金材料与制件的结构强度，导致直接或间接的经济损失。
铝是一种比较活泼的金属，在自然条件下表面可以形成一层氧化膜，但是通常此种氧化膜较为疏松无法起到防护作用。目前，表面处理是最常用的铝合金防腐蚀技术之一，可以有效的提升铝合金材料及制件的耐腐蚀能力，延长使用寿命。常用的表面处理手段包括阳极氧化、微弧氧化、涂覆涂层等。阳极氧化和微弧氧化是通过电化学过程在铝合金表面形成一层致密的非晶态或晶态氧化铝膜。涂覆涂层则是在铝合金表面喷涂有机聚合物涂层。以上方法均不可避免的会造成一定程度的环境污染，且需要专用的设备、场地及一套严格控制的完整工艺流程来实现对铝合金材料及制件的表面处理，难以支持异形件、超大件或者野外现场作业。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述表面处理方法的不足，提供了一种基于显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，通过一系列可控的工艺条件，在显微组织均匀细小且晶粒尺寸在100nm以下的铝合金表面形成致密氧化膜，从而起到防腐蚀作用。该方法可以手工或机械方式实施，可以在低温、室温或加热条件下完成，工艺过程简单且基本无污染，自钝化后铝合金制件尺寸变化在50μm以内，能够满足异形件、超大件或者野外现场作业的需要。
本发明的技术方案：所述的一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，适用于显微组织均匀细小且晶粒尺寸在100nm以下的铝合金，具体步骤如下：
步骤一，对显微组织超细化的铝合金表面进行磨光处理，磨光后铝合金表面粗糙度Ra≤0.4μm；
步骤二，对显微组织超细化的铝合金表面进行抛光处理，抛光后铝合金表面粗糙度Ra≤0.1μm；
步骤三，对显微组织超细化的铝合金表面进行清洁，去除表面的污物及油脂；
步骤四，将显微组织超细化的铝合金在可控的温度（-40℃~200℃）、湿度（0-100%）条件下、空气环境中静置一定时间（48h~20min），形成致密度达到95%以上、厚度在10-50μm、表观无5μm以上缺陷的自钝化膜，表面硬度达到500HV以上。优选的，显微组织超细化的铝合金在特定的温度范围（80℃~200℃）、湿度范围（40-70%）及空气环境静置时间（2h~20min）条件下，形成致密度达到97-98%、厚度在40-50μm、表观无2μm以上缺陷的自钝化膜，表面硬度可达到650~800HV。
可选地，磨光和抛光处理过程可采用手工或机械方式实施。
可选地，静置成膜在可控的温度（-40℃~200℃）、湿度（0-100%）条件下、空气环境中进行。
可选地，所述的手工磨光过程依次用200#、400#、800#、1200#水砂纸打磨。
可选地，所述的手工抛光过程依次包括粗抛光和精抛光。粗抛光采用2000~5000#水砂纸中的一种或几种为工具，水为介质；精抛光采用呢绒布、无纺布或麂皮中的一种或几种为工具，选用粒径为500~1000nm的金刚石悬浮抛光剂为介质。
可选地，所述的机械磨光过程可借助磨床等设备实施。磨床装配K型或L型中软砂轮，磨料粒度40目~100目。磨头主轴转速1000~3600rpm，磨头最小进给量0.1μm~10μm。使用煤油或冷却液等为介质。
可选地，所述的机械抛光过程可借助抛光机或角磨机等设备实施。抛光机主轴转速1200~3000rpm，依次采用海绵盘、绒布盘或羊毛盘中的一种或几种为工具，选用粒径为500~1000nm的金刚石悬浮抛光剂为介质。角磨机空载转速6000~12000rpm，依次采用布质砂轮、麻轮或纯棉布轮中的一种或几种为工具，相应地配合黄、紫、白、绿色抛光膏为介质。
可选地，所述的清洁过程采用洗洁精水溶液、石油醚、丙酮、乙醇中的一种或几种为清洁剂。
可选地，所述的静置空气环境温度为-40℃~200℃、湿度为0-100%、静置时间为48h~20min。
可选地，可有效降低铝合金的腐蚀速率至50%以下。
附图说明
图1是本发明实施例1中R06#样品的金相照片。
注：为方便制样，在铝合金自钝化膜上层覆盖一定厚度的环氧树脂，待树脂固化后将样品截断，对横断面进行观察。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的内容。应当说明的是，具体实施实例并不用于限制本发明的范围，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种常规变换，但这些常规变换亦视为本发明的可实施范围，均在本发明要求的保护范围内。
实施例1：
显微组织晶粒~100nm的铝合金（R01#~R12#）和市售5083铝合金（M01#~M12#）分别加工为大小(30±0.1)×(30±0.1)×(3.0±0.05)mm的薄片。
依次用200#、400#、800#、1200#水砂纸加水对R01#~R06#、M01#~M06#铝合金薄片的最大面进行手工磨光，直至磨光面呈无肉眼可见加工痕迹。依次用2000#、3000#、5000#水砂纸加水对R04#~R06#、M04#~M06#铝合金薄片的最大面进行手工粗抛光；再用麂皮加500nm金刚石悬浮抛光剂对R04#~R06#、M04#~M06#铝合金薄片的最大面进行手工细抛光，直至抛光面呈镜面。依次以洗洁精水溶液、丙酮、乙醇超声清洗R01#~R06#、M01#~M06#铝合金薄片。
以装配K型60目砂轮的磨床对R07#~R12#、M07#~M12#铝合金薄片的最大面进行机械磨光，直至磨光面呈无肉眼可见加工痕迹。磨头主轴转速3000rpm，磨头最小进给量5μm，使用乙二醇型冷却液为介质。以角磨机安装羊毛轮配以白色抛光膏对R09#~R12#、M09#~M12#铝合金薄片的最大面进行机械抛光，直至抛光面呈镜面。角磨机空载转速为11000rpm。依次以石油醚、丙酮、乙醇超声清洗R07#~R12#、M07#~M12#铝合金薄片。
将以上R01#~R12#和M01#~M12#铝合金薄片分别置于室温干燥环境中24h、80℃鼓风干燥箱中2h、200℃鼓风干燥箱中20min。
按照《GB/T 4340.1-2009金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》对R01#~R12#和M01#~M12#铝合金薄片样品进行表面硬度测试，结果如下表1所示。可以看出，经过良好磨光与抛光处理后，显微组织细化铝合金的表面硬度显著提高，而市售5083铝合金的表面硬度基本不变。这是由于显微组织细化铝合金经过抛光后在空气环境中即可形成致密的自钝化膜，而普通5083铝合金需要经过阳极氧化或微弧氧化处理才能形成致密氧化膜。
表1显微组织细化铝合金与市售5083铝合金在经过处理后的表面硬度
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
实施例2：
显微组织晶粒~100nm的铝合金，薄片状，大小为(101±0.1)×(28.2±0.05)×(5.0±0.05)mm，共8片，编号为A1#~A8#。
依次用200#、400#、800#、1200#水砂纸加水对A1#~A8#铝合金薄片的最大面进行手工磨光，直至磨光面呈无肉眼可见加工痕迹。依次用2000#、3000#、5000#水砂纸加水对A5#~A8#铝合金薄片的最大面进行手工粗抛光；再用麂皮加500nm金刚石悬浮抛光剂对A5#~A8#铝合金薄片的最大面进行手工细抛光，直至抛光面呈镜面。依次以洗洁精水溶液、丙酮、乙醇超声清洗A1#~A8#铝合金薄片。将A1#~A8#铝合金薄片置于室温干燥环境中24h。
按照《GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》对A1#~A8#铝合金薄片样品进行中性盐雾试验，试验周期144h。A1#~A4#铝合金薄片的平均腐蚀速率为0.0140g/m2h，A5#~A8#铝合金薄片的平均腐蚀速率为0.0069 g/m2h。可见抛光对显微组织细化铝合金的表面自钝化具有重要意义，可有效降低铝合金的腐蚀速率至50%以下。
实施例3：
显微组织晶粒~100nm的铝合金，薄片状，大小为(101±0.1)×(28.2±0.05)×(5.0±0.05)mm，共4片，编号为B1#~B4#。市售5083铝合金，薄片状，大小为(101±0.1)×(28.2±0.05)×(5.0±0.05)mm，共4片，编号为B5#~B8#。
以装配K型60目砂轮的磨床对B1#~B8#铝合金薄片的最大面进行机械磨光，直至磨光面呈无肉眼可见加工痕迹。磨头主轴转速3000rpm，磨头最小进给量5μm，使用乙二醇型冷却液为介质。以角磨机安装羊毛轮配以白色抛光膏对B1#~B8#铝合金薄片的最大面进行机械抛光，直至抛光面呈镜面。角磨机空载转速为11000rpm。依次以石油醚、丙酮、乙醇超声清洗B1#~B8#铝合金薄片。将B1#~B8#铝合金薄片置于200℃鼓风干燥箱中20min。
按照《GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》对B1#~B8#铝合金薄片样品进行中性盐雾试验，试验周期288h。B1#~B4#铝合金薄片的平均腐蚀速率为0.0052g/m2h，B5#~B8#铝合金薄片的平均腐蚀速率为0.0170g/m2h。可见只有显微组织细化的铝合金可以通过本发明所述方法形成致密钝化膜，从而达到防腐蚀的目的。

Claims (5)

1.一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，适用于显微组织均匀细小且晶粒尺寸在100nm以下的铝合金，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，对显微组织超细化的铝合金表面进行手工磨光处理，依次用200#、400#、800#、1200#水砂纸打磨，水为介质；磨光后铝合金表面粗糙度Ra≤0.4μm；
步骤二，对显微组织超细化的铝合金表面进行手工抛光处理，依次包括粗抛光和精抛光；粗抛光采用2000~5000#水砂纸中的一种或几种为工具，水为介质；精抛光采用呢绒布、无纺布或麂皮中的一种或几种为工具，选用粒径为500~1000nm的金刚石悬浮抛光剂为介质；抛光后铝合金表面粗糙度Ra≤0.1μm；
步骤三，对显微组织超细化的铝合金表面进行清洁，去除表面的污物及油脂；
步骤四，将显微组织超细化的铝合金在室温~200℃、湿度为0-100%条件下、空气环境中静置24h~20min，形成致密度达到95%以上、厚度在10-50μm、表观无5μm以上缺陷的自钝化膜，表面硬度达到500HV以上。
2.一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，适用于显微组织均匀细小且晶粒尺寸在100nm以下的铝合金，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，对显微组织超细化的铝合金表面进行机械磨光处理，借助磨床等设备实施；磨床装配K型或L型中软砂轮，磨料粒度40目~100目；磨头主轴转速1000~3600rpm，磨头最小进给量0.1μm~10μm；使用煤油或冷却液等为介质；磨光后铝合金表面粗糙度Ra≤0.4μm；
步骤二，对显微组织超细化的铝合金表面进行机械抛光处理，借助抛光机或角磨机等设备实施；抛光机主轴转速1200~3000rpm，依次采用海绵盘、绒布盘或羊毛盘中的一种或几种为工具，选用粒径为500~1000nm的金刚石悬浮抛光剂为介质；角磨机空载转速6000~12000rpm，依次采用布质砂轮、麻轮、纯棉布轮或羊毛轮中的一种或几种为工具，相应地配合黄、紫、白、绿色抛光膏为介质；抛光后铝合金表面粗糙度Ra≤0.1μm；
步骤三，对显微组织超细化的铝合金表面进行清洁，去除表面的污物及油脂；
步骤四，将显微组织超细化的铝合金在室温~200℃、湿度为0-100%条件下、空气环境中静置24h~20min，形成致密度达到95%以上、厚度在10-50μm、表观无5μm以上缺陷的自钝化膜，表面硬度达到500HV以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，其特征在于，显微组织超细化的铝合金在80℃~200℃、湿度为40-70%及空气环境静置2h~20min条件下，形成致密度达到97-98%、厚度在40-50μm、表观无2μm以上缺陷的自钝化膜，表面硬度达到650~800HV。
4.根据权利要求1或2所述的一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，其特征在于，所述的清洁过程采用洗洁精水溶液、石油醚、丙酮、乙醇中的一种或几种为清洁剂。
5.根据权利要求1或2所述的一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法，其特征在于，有效降低铝合金的腐蚀速率至50%以下。
CN202011095109.XA 2020-10-17 2020-10-17 一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法 Active CN112267089B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011095109.XA CN112267089B (zh) 2020-10-17 2020-10-17 一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011095109.XA CN112267089B (zh) 2020-10-17 2020-10-17 一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112267089A CN112267089A (zh) 2021-01-26
CN112267089B true CN112267089B (zh) 2022-12-20

Family

ID=74337112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011095109.XA Active CN112267089B (zh) 2020-10-17 2020-10-17 一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112267089B (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9765271B2 (en) * 2012-06-27 2017-09-19 James J. Myrick Nanoparticles, compositions, manufacture and applications

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2A14铝合金混合表面纳米化对电化学腐蚀行为的影响;杨建海等;《金属学报》;20161111(第11期);全文 *
5A02铝合金表面微纳结构的制备及防腐行为研究;刘聪等;《稀有金属材料与工程》;20180915(第09期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112267089A (zh) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106112791B (zh) 钛合金研磨及化学机械抛光方法
CN104400567B (zh) 一种金属板的超镜面抛光方法
JPH0741754A (ja) 研磨剤組成物及びそれを用いる研磨方法
CN108274308A (zh) 一种钛合金回转体表面绝缘用镜面抛光方法
CN110900475B (zh) 一种柔韧性涂层砂布
CN107775538A (zh) 金刚石涂层刀具及其后处理方法
CN105603414B (zh) 一种制备不锈钢表面致密钝化膜的磨粒磨损预处理方法
CN112267089B (zh) 一种显微组织超细化的铝合金的防腐蚀方法
Shiou et al. Surface finish of bulk metallic glass using sequential abrasive jet polishing and annealing processes
JP2009136926A (ja) コンディショナおよびコンディショニング方法
CN105154004A (zh) 一种提升不锈钢表面耐蚀能力的低磨耗磨料及其制备方法
CN111558855A (zh) 一种高精密机械配套零件抛光的工艺方法
CN111234706A (zh) 一种水基研磨组合物及其制备方法
CN110757329A (zh) 一种金属的表面抛光处理工艺
CN110900318A (zh) 一种注塑模具镜面抛光加工方法
CN208067926U (zh) 一种钢板表面加工打磨装置
CN109868439B (zh) 一种多毛刺金刚石及其制备方法
CN111975297B (zh) 一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺
CN108866597A (zh) 一种铝合金高亮表面处理工艺
Shi et al. High performance grinding of titanium alloys with electroplated diamond wheels
Yao et al. The progress of fixed abrasive wire saws in the last decade
JP2003019623A (ja) 被加工物の表面機能改善方法及び装置
CN111575641A (zh) 一种硬质合金表面处理工艺
Chiou et al. A novel method of composite electroplating on lap in lapping process
JPS60114739A (ja) Ｔｉの研磨・腐食方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant