6063铝合金有色钛锆转化膜的快速制备及成膜机理研究

• 作 者: 黎雪芬
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 钛锆转化膜 快速制备 成膜机理

钛锆转化膜是最有希望代替铬酸盐转化膜的技术之一。本文在课题组前期研究的有色钛锆转化膜处理工艺的基础上，针对成膜时间长的缺点，通过添加剂的筛选和成膜工艺参数的优化，得到最优快速成膜工艺，实现室温下快速制备耐蚀性能优异的金黄色钛锆转化膜，并对成膜机理进行探讨。通过筛选实验，确定了添加剂的种类。在此基础上再进行正交实验和单因素实验，确定了最优快速成膜工艺参数为：H₂TiF₆7g/L，H₂ZrF₆1g/L，F﹣3g/L，有机酸着色剂7g/L，硫酸盐5g/L，有机酸缓蚀剂2g/L，pH=4.7⁵.1，处理温度为室温，成膜时间为10min。铝合金经过最优快速成膜工艺处理后得到均匀的金黄色转化膜，其自腐蚀电流密度为0.11μA/cm2，仅为基体的1.3%，耐蚀性能优异。通过SEM对表面和截面的微观形貌分析，发现转化膜是由大小不一的颗粒堆积而成，且膜厚约为5μm。运用EDS、XRD和XPS对转化膜的组织成分进行表征，结果表明：转化膜的主要构成元素为F、Al、Na、C和O，它们以Na₃AlF₆、金属的氧化物以及金属的有机络合物的形式存在。通过对成膜过程的E-t曲线分析和对不同成膜时间转化膜形貌分析，得到转化膜的成膜机理：微阳极区和微阴极区的反应使Al不断溶解为Al³⁺，并与转化液中存在的F﹣、Na⁺生成Na₃AlF₆沉积在试样表面。有机酸着色剂的水解产物与金属离子生成稳定的络合物，但由于有机分子体积大而受到较大的空间位阻作用，有机络合物难以接近试样表面而沉积在Na₃AlF₆上面。对硫酸盐的促进机理进行分析，发现由于其本身具有强氧化性，在转化液中容易被还原而消耗e^﹣，从而加快了Al的溶解速度，为Na₃AlF₆的生成提供大量的Al³⁺，加快了Na₃AlF₆的生成和沉积，提高成膜速度，缩短成膜时间。