鋁合金陽極氧化膜硅烷改性的研究.pdf

1、鋁陽極氧化技術是在鋁合金表面上原位生長一層具有防護性、裝飾性以及一些其他的功能性氧化膜。該氧化膜不僅使鋁合金表面硬度和耐磨性得到很大提高，同時也使其耐蝕性得到增強，大大擴展了鋁合金的應用范圍。但是受到陽極氧化自身生長機理限制，在陽極氧化膜生長的同時還伴隨著陽極氧化膜的溶解，最終形成多孔結構膜層，使膜層的腐蝕防護性能受限，工業(yè)生產(chǎn)中通常對陽極氧化膜進行封孔處理來解決這一問題。針對這一問題，本文根據(jù)陽極氧化膜的組分結構特點，提出一種新的封閉

2、處理方法：采用硅烷化處理方法對鋁合金陽極氧化膜進行封閉處理，以期獲得比傳統(tǒng)封閉法更為有效、環(huán)保的陽極氧化膜封閉處理技術。
　　本研究選用6061鋁合金板材作為基體材料。首先對鋁合金陽極氧化膜硅烷化處理的可行性進行了探索，研究發(fā)現(xiàn)陽極氧化膜表面直接進行硅烷化處理可以顯著提高膜層耐蝕性；進而根據(jù)陽極氧化膜組分特點以及硅烷化機理，對陽極氧化膜進行羥基化預處理，即通過預處理在陽極氧化膜表面形成富含羥基的化合物，以利于硅烷化過程的進行，促進

3、硅烷成膜。研究表明，適當?shù)牧u基化預處理能夠進一步增強硅烷化處理效果，使膜層耐蝕性得到大幅度的提升。本文探索了水熱法、堿性溶液處理法、預制層狀雙金屬氫氧化物法等三種陽極氧化膜的羥基化預處理方法，并著重研究水熱預處理對陽極氧化膜硅烷化過程的影響。
　　通過紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)分析預處理前后陽極氧化膜表面成分變化；通過 SEM觀察陽極氧化膜不同封閉處理后的微觀形貌特征；通過動電位極化曲線、失

4、重實驗、接觸角測試、中性鹽霧實驗考察羥基化預處理對陽極氧化膜硅烷化處理后的耐蝕性；研究結果表明：
　　陽極氧化膜層的主要成分是非晶態(tài)Al2O3，其次還含有少量的AlOOH與Al(OH)3，其中富含羥基的化合物AlOOH是保證陽極氧化膜能夠進行硅烷化處理的基礎。陽極氧化膜直接進行硅烷化處理后，膜層的疏水性變大，耐蝕性有較為明顯的提高。但是由于陽極氧化膜表面羥基量不足，與硅醇之間的縮合反應受到限制，導致陽極氧化膜微孔等缺陷的封閉不完全

5、，使陽極氧化膜膜層耐蝕性提高受限。
　　水熱法是非常有效的陽極氧化膜羥基化預處理方法，能夠顯著增強氧化膜的硅烷化處理效果，使膜層耐蝕性大幅度提升。該方法在陽極氧化膜表面形成羥基化合物的同時，水熱反應產(chǎn)物對陽極氧化膜微孔又具有一定的封閉作用，即對膜層耐蝕性的提升具有雙重效應。水熱預處理的溫度和時間等工藝參數(shù)對氧化膜表面的羥基化程度具有顯著的影響，在90℃下進行30min的水熱處理后膜層主要成分轉變?yōu)锳lOOH，大量羥基化合物的存在使

6、硅烷化效果得到顯著增強。同時研究發(fā)現(xiàn)，陽極氧化膜表面 Al-O鍵的配位形態(tài)對硅烷化處理效果也有重要的影響。
　　通過堿性溶液進行陽極氧化膜的羥基化預處理時，溶液組分及pH值、處理溫度和時間等參數(shù)對處理效果影響較大，工藝不當會導致陽極氧化膜受到破壞，無法達到預期目的。溶液組分及工藝參數(shù)尚需進一步研究。
　　通過預制層狀雙金屬氫氧化物法也可以達到陽極氧化膜表面羥基化的目的，從而使硅烷化效果顯著提升，進一步增強氧化膜耐蝕性。然而受