6063鋁合金概況 氟硅酸鹽的成膜手藝 研究

1 媒介

我國是鋁合金出產(chǎn) 和使用年夜 國，鋁合金普遍 利用 在航空航天、汽車電子、機械食物 等行業(yè)。由于鋁合金的尺度 電極電位為-1.67V，化學性質(zhì)活躍 ，在酸性或堿性前提 下城市 發(fā)生侵蝕 ，影響鋁合金的正常使用。是以 ，工業(yè)利用 經(jīng)常 需要對鋁合金進行防腐處置 。經(jīng)常使用 的處置 手藝 有陽極氧化、微弧氧化、化學轉(zhuǎn)化和涂層手藝 等[1-3]。由于鉻酸鹽轉(zhuǎn)化具有經(jīng)濟有用 的長處 ，持久 以來獲得 普遍 利用 。但由于六價鉻的致癌毒性，列國 和地域 都接踵 立法制止 使用鉻酸鹽金屬概況 處置 手藝 ，今朝 普遍采取 三價鉻轉(zhuǎn)化手藝 作為替換 鉻酸鹽轉(zhuǎn)化的過渡手藝 。但三價鉻依然 有毒，且存在被氧化為六價鉻的危險。是以 ，研究防腐機能 好、工藝操作不變 的環(huán)保型無鉻化學轉(zhuǎn)化處置 新手藝 變得十分火急 。

石鐵等[4-7]塒鋁合金概況 稀土轉(zhuǎn)化膜進行了研究并獲得 積極的功效 ，但工藝不變 性還有待改良 。王成等[8-9]研究了鉬酸鹽、錳酸鹽對鋁臺金的鈍化結果 ，但鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性及錳酸鹽的不變 性有待增強 。M.A，Smit等[11-13]在氟鈦酸或氟鋯酸中插手 有機物處置 鋁合金，獲得耐蝕性較好的轉(zhuǎn)化膜，但該手藝 對鋁合金的前處置 要求高，且只合用 于通俗 鋁合金。美國空軍材料制備研究所的N.N．Voevodin等[14]操縱 溶膠—凝膠法在2024鋁合金概況 制得耐蝕性很好的Si02涂層。國內(nèi)有關氟硅酸鹽化學轉(zhuǎn)化膜的研究和報導 很是 少。本文對氟硅酸鹽的成膜情況進行了初步研究。

2 嘗試

2.1 嘗試 材料

采取 3.5cmxl.5cmxO.1cm的6063鋁片為基體，其主要成份 (質(zhì)量分數(shù))為：Si0.20%～0.60%，F(xiàn)e0.35%.CuO.10%,Mn

l.00%.Mg0.45%～0.90%,CrO.10%，TiO.10%，ZnO.10%，Al余量。

2.2 工藝流程

除油——水洗——堿洗——水洗——脫斑出光——水洗——鈍化——水洗晾干——老化。

2.3 配方與工藝

(1)除油：Turc04215NC-LT脫脂液（美國Turco產(chǎn)物 有限公司）50g/L，60℃，5min。

(2)堿洗：質(zhì)量分數(shù)為5%的NaOH溶液，常溫，60～90S。

(3)脫斑出光：SmutGoNC出光液（美國Turco產(chǎn)物 有蹋公司），常溫，5min。

(4)鈍化：Na2SiF62.5～5.0g/L,NH4F5～7g/L,25～35℃,pH5.5～6.5,12～16min.

(5)老化：室內(nèi)常溫放置24h。

2.4 自由氟離子濃度的測定

采取 氟離子選擇電極法：用PFS-SO型氟離子濃度計（上海年夜 普儀器有限公司）經(jīng)由過程 尺度 曲線法闡發(fā) 轉(zhuǎn)化液中的自由氟離子濃度。工作電極是以氟化鑭單晶為敏感膜的氟離子選擇電極，參比電極其 232型飽和甘汞電極，采取 磁力攪拌，總離子強度調(diào)理 緩沖液的配制方式 為：別離 取58gNaCl、57mL冰醋酸、0.30gC6H507Na3?2H20溶于500mL水中，用NaOH調(diào)理 pH至5.0～5.5后，加水稀釋至1L。

2.5 機能 測定

(1)描摹 和構成 ：采取 牛津INCA型能譜儀在真空情況 下不雅 察闡發(fā) 膜的描摹 和成份 。

(2)耐蝕性：經(jīng)由過程 中性鹽霧實驗 和測定極化曲線評價轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。鹽霧實驗 在SY/Q-750中性鹽霧箱（上海邁捷嘗試 裝備 有限公司）中進行，具體操作按ASTMB117尺度 ：試樣表露 于溫度為35℃、相對濕度為IOO%的恒定情況 中，侵蝕 介質(zhì)為5%（質(zhì)量分數(shù)）的Na0溶液，pH為6.5～7.2，實驗 時候 為168h，試片與垂直標的目的 呈150～300。極化曲線測試采取 PARSTAT2273型電化學工作站（美國Ametek公司），以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極其 輔助電極，鋁合金為工作電極（表露 部位為直徑1cm2的圓形），掃描速度 為lmV/s．侵蝕 介質(zhì)為3.5%（質(zhì)量分數(shù)）NaCl溶液。

3 成果 預會 商

3.1 轉(zhuǎn)化液構成 廈工藝參數(shù)對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響

3.l016的質(zhì)量濃度

在NH4F6.0g/L、pH=5.5、25℃下對6063鋁片轉(zhuǎn)化12 min時，Na2SiF6的質(zhì)量濃度對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響見圖l。圖2為轉(zhuǎn)化液中自由氟離子濃度隨氟硅酸鈉質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)變 的曲線。轉(zhuǎn)化渡中NH4F的質(zhì)量濃度為6g/L，即F元素韻質(zhì)量濃度為3.0g/L。由于NH4F為弱電解質(zhì)，則未加Na2SiF6時溶液中的自由氟離子(F-)的質(zhì)量濃度低于3.0g/L。隨Na2SiF6濃度的增年夜 ，溶液中的F-質(zhì)量濃度升高，很快跨越 3．Og/L。圖2表白 Na2SiF6插手 轉(zhuǎn)化液后可水解生成F-。連系 圖1和圖2可知，Na2SiF6的質(zhì)量濃渡過 低(6g/L)時，溶液中F-的質(zhì)量濃渡過 高，過度刻蝕使鋁概況 發(fā)生 灰狀物，耐蝕性下降?？傊鳛橹饕赡の镔Y ，轉(zhuǎn)化液中Na2SiF6的濃度對轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性有很是 主要 的影響。轉(zhuǎn)化液中Na2SiF6的質(zhì)量濃度為3—5g/L時，轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性較好，鹽霧實驗 168h后，試片概況 無較著 的黑紋、黑斑或點蝕。

3.1.2 NH4F的質(zhì)量濃度

F-可以或許 活化鋁合金概況 ，起增進 成膜的結果 ，過量 或過少的F-都晦氣 于轉(zhuǎn)化反映 。在Na2SiF64.0g/L、pH=5.5、25℃下對6063鋁片轉(zhuǎn)化12min時，轉(zhuǎn)化液中NH4F的質(zhì)量濃度對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響見圖3。NH4F的質(zhì)量濃度低于4g/L時，對鋁合金基體概況 的刻蝕感化 不足，成膜反映 不制頓利進行，成膜不完全 ，這與陳東初等[15]的研究成果 一致；NH4F的質(zhì)量濃度高于7g/L時，由于刻蝕過度，一樣 不克不及 在鋁臺金概況 獲得 耐蝕性杰出 的轉(zhuǎn)化膜；NH4F的質(zhì)量濃度為5～7g/L時，既能知足 對鋁合金基體的刻蝕，又不會因刻蝕過度而阻礙轉(zhuǎn)化膜的順遂 構成 。與NaF比力 后，本工藝選用NH4F，一方面因NH4F的結果 好過 NaF:另外一 方面因Na2SiF6的消融 度不高(25℃時僅為6.52g/dm3[16]，NH4+的存在可增進 Na2SiF6消融 ，改良 Na2SiF6的消融 性。

3.1.3 pH

在Na2SiF64.0g/L、NH4F6.0g/L、25℃下對6063鋁片轉(zhuǎn)化12min時，分歧 pH對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響見圖4。pH7.0時，轉(zhuǎn)化液不不變 ，SiF62-易離解發(fā)生 沉淀，NH4F會分化 ，轉(zhuǎn)化液掉 效。是以 ，pH是影響轉(zhuǎn)化液鈍化進程 的主要 身分 ，最好 pH為5.5～6.0。

3.1.4 溫度

在Na2SiF64.0g/L、NH4F6.0g/L、pH=5.5的前提 下，對鋁合金概況 轉(zhuǎn)化12min，研究轉(zhuǎn)化溫度對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響，成果 見圖5。溫度升高對成膜并沒有 太年夜 的影響，多是 由于 轉(zhuǎn)化液中插手 了F-，轉(zhuǎn)化反映 速度 很快，故溫度對成膜的影響不年夜 [15]。比擬 力 而言，25～45℃下所得轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性比15～20℃時好，但溫度高于40℃后，轉(zhuǎn)化液的不變 性遭到 必然 的影響，且生成的轉(zhuǎn)化膜機能 欠安 。斟酌 到工藝不變 性，肯定 最好 溫度為25～35℃。

3.1.5 轉(zhuǎn)化時聞

在Na2SiF64.0g/L、NH4F6.0g/L、pH5.5、25℃下，研究轉(zhuǎn)化時問對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響，成果 見曝6。

從圖6可知，轉(zhuǎn)化2min后，轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性己獲得 很年夜 的提高，這也申明 轉(zhuǎn)化反映 速度 很快。這一進程 主如果 F-刻蝕鋁，構成 氟鋁酸鹽轉(zhuǎn)化膜。隨落后 行的轉(zhuǎn)化反映 則相對較慢，但對提高轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性起相當 主要 的感化 。168h鹽霧實驗 后，12～20min處置 所得轉(zhuǎn)化膜的未侵蝕 面積分數(shù)均高于85%，耐蝕性較好。是以 ，轉(zhuǎn)化時候 以12～16min為好 。

3.2 轉(zhuǎn)化膜的概況 描摹 硬成份 闡發(fā)

在Na2SiF64.0g/L、NH4F60g/L、pH=5.5、25℃F-對鋁臺金轉(zhuǎn)化12min，所得氟硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的概況 描摹 和微阿成份 闡發(fā) 別離 見圖7和表1。

對照 課題組的前期研究成果 發(fā)現(xiàn)[17]，氟硅酸鈉轉(zhuǎn)化膜的晶體布局 與氟鋁酸鈉轉(zhuǎn)化膜類似 ，但轉(zhuǎn)化膜中增添 了O和Si組分，且顆粒概況 及顆粒間裂縫 處O和Si的含量根基 無不同 。轉(zhuǎn)化液中F-強烈刻蝕鋁并與鋁離子配位生成AlF63-，再經(jīng)由過程 反映 AlF63-+3Na+→Na3AlF6↓(常溫下Na3AlF6溶度積為4x10-10)生成氟鋁酸鈉沉淀轉(zhuǎn)化膜[17-18]。而SiF62-在水溶液中水解生成的SiO2膠體沉積在轉(zhuǎn)化膜顆粒概況 使轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性增強[19-20]。

3.3 極化曲線

圖8為氟硅酸鹽處置 前后6063鋁臺金在3.5%NaCl溶液中的極化曲線。從圖8可知，經(jīng)氟硅酸鹽處置 后，6063鋁合金的侵蝕 電位顯著提高，從-0.91 V增年夜 至-0.79V，而侵蝕 電流密度略有減小。侵蝕 電位正移和侵蝕 電流密度下降 申明 陽極進程 受阻，即鋁合金的消融 侵蝕 更難發(fā)生[21]。

4 結論

以6063鋁合金為基體，在由氟硅酸鹽和氟化銨構成 的轉(zhuǎn)化渣中制得無錈轉(zhuǎn)化膜以168h鹽霧實驗 后試樣未侵蝕 面積分數(shù)為指標，研究了轉(zhuǎn)化液構成 和工藝前提 對氟硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響．優(yōu)化后氟硅酸鹽轉(zhuǎn)化的工藝參數(shù)為：Na2SiF63～5g/L，NH4F5～7g/L,pH5.5～6.5，溫度25～35。C，轉(zhuǎn)化時聞12～16min．經(jīng)氟硅酸鹽處置 后，鋁合金概況 獲得 由F、Al、Na、O和Si構成 的、致密的無鉻轉(zhuǎn)化膜，鋁合金的自侵蝕 電位顯著正移，耐蝕性提高。

(l)對6063鋁合金進行氟硅酸鹽轉(zhuǎn)化，較優(yōu)的工藝前提 為：Na2SiF63～5g/L，NH4F5～7g/L,pH5.5-6.25～35℃，12～16min。較優(yōu)工藝前提 下，在6063鋁合金概況 成功制得由F、Al、Na、O和Si構成 的耐蝕性杰出 的無鉻轉(zhuǎn)化膜。

(2)在轉(zhuǎn)化進程 中，轉(zhuǎn)化液中的F-先刻蝕鋁臺金概況 井生成致密的氟鋁酸鈉晶體顆粒轉(zhuǎn)化膜層，隨后氟硅酸根水解發(fā)生 的Si02膠體沉積在轉(zhuǎn)化膜顆粒概況 ，使轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性增強。