鋁合金無鉻有色化學轉化工藝的研究.pdf

1、鋁合金是一類具有諸多優(yōu)良力學性能的輕質材料。其工業(yè)使用量僅次于第一大金屬材料鋼鐵，特別是在高端裝備制造中，各種系列鋁合金扮演著重要角色。如：6XXX系列鋁合金是一類大量應用于輕量化汽車車身材料。然而，鋁合金耐蝕耐磨性差，嚴重阻礙了其進一步的應用。一般地，鋁合金材料在使用之前都需要進行適當的表面處理以延長其服役壽命。因此，鋁合金表面處理技術的開發(fā)一直是材料科學、化學化工等領域學者們的重點關注問題?；瘜W轉化技術因工藝簡單等優(yōu)點，被廣泛應用于

2、鋁合金的表面防護。傳統(tǒng)成熟的鉻酸鹽轉化工藝具有高危害性和致癌性。工業(yè)中迫切需要完全無鉻的環(huán)保工藝作為轉換技術。
　　本文以6063鋁合金為研究材質，結合工業(yè)中具體工況的要求，研制了一種完全無鉻有色膜轉化工藝。
　　本無鉻有色轉化液以K2TiF6為主成膜劑，K2ZrF6為輔助成膜物質，無機金屬鹽B為上色劑，再配以多羥基有機酸C為絡合劑的一種四組份水劑體系。K2ZrF6輔助成膜劑與鈦鹽主劑按一定比例添加可以很好地提高轉化膜的耐蝕

3、性；金屬鹽B的添加可以使膜層上色；絡合劑有機酸C的適量配入后，體系更穩(wěn)定，同時可以有效的改善膜層色澤不均勻性，使膜層呈均一金黃色。單因素和正交試驗確定了最優(yōu)轉化液組分配比和工作條件：2g/L K2TiF6，0.8g/L K2ZrF6，0.4g/L著色劑金屬鹽B，0.6g/L絡合劑有機酸C；T/25℃，pH/3.0，t/7min。轉化液穩(wěn)定，成本低廉，連續(xù)2個月的工廠現場生產情況良好，適合工業(yè)上的批量生產。
　　在優(yōu)化配方配比和工作

4、條件下，該無鉻轉化可以得到與ZHM1028六價鉻工藝（一種成熟鉻酸鹽工藝）相似的金黃色膜。中性鹽霧（NSS）、鹽水浸泡、鉻酸鹽點滴及電化學試驗表明：有色膜對6063鋁合金基體起到了良好的耐蝕保護作用。經有色轉化處理后，電化學Tafel測試自腐蝕電流密度（Jcorr）和交流阻抗（EIS）測試阻抗值（R）相應的都有一個數量級的下降和增加。耐鹽水浸泡、酸性點滴時間都有數十倍的提高。但與六價鉻工藝相比，膜層耐蝕性方面還有不小的提升空間，無鉻有色

5、膜耐NSS時間不足24小時。后續(xù)漆膜結合力測試表明，本無鉻工藝達到了六價鉻同等水平，劃格測試評級為0級最佳水平。
　　通過XPS（X射線光電子能譜）等表征技術對無鉻有色膜表面進行了綜合分析。XPS、EDS（能量色散譜儀）技術檢測表明：Al、Mo、Ti、O、F及少量合金元素Mg是有色膜的主要組成元素，Al2O3、Mo2O5、MoO3、MgF2為各元素主要結合物相。陰極區(qū)有Mo2O72-還原，其還原態(tài)為5價。通過分析不同處理時間（3、

6、6、9min）膜層SEM（掃描電鏡）微觀形貌和EDS元素含量的變化趨勢，推測出有色膜大致由兩個前后成膜階段組成：首先是F-離子與基材相互作用，與合金元素Mg結合成MgF2，同時有Al2O3的沉積物的形成，此時對應于成膜3min前后，膜層不連續(xù)，膜色不明顯；隨后是溶液中成膜物質相應物相Mo2O5，TiO2在微陰極區(qū)的大量堆積成膜，成膜6min前后有此明顯變化，此時膜層連續(xù)，顏色呈金黃色。此外，從膜層顯色方面分析，Mo2O5、TiO2物相在