本文關鍵詞：改善鑄造鋁合金表面耐腐蝕性能的技術，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

(2010-04-06 09:50:14)[url=javascript:;]轉載[/url]標簽:轉化膜鑄造鋁合金膜層鍍層離子鍍雜談改善鑄造鋁合金表面耐腐蝕性能的技術鋁鑄件的損壞主要發(fā)生在表面,鋁合金材料表面加強具有重要的經(jīng)濟價值。鑄造鋁合金表面耐腐蝕性能的改善通過微弧氧化、電沉積、多弧離子鍍、化學復合鍍和化學轉化膜等電化學方法來使成為事實。鑄造鋁合金可以通電流通過化學方法獲得改性層,其目的是賦予表面耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性和其他特性。1微弧氧化陶瓷層微弧氧化(Microarcoxidation,MAO)又稱微等離子體氧化(Microplasmaoxidation,MPO),是通電流通過解液與響應電參數(shù)的組合,在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電孕育發(fā)生的瞬時高溫高壓效用,生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。由于在微弧氧化過程中,化學氧化、電化學氧化、等離子體氧化同時存在,微弧氧化工藝將工作區(qū)域引入到高壓放電區(qū)域,極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結合牢固,布局致密,韌性高,具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術操作簡單和易于使成為事實膜層功能調節(jié),而且工藝不復雜,不造成環(huán)境污染,是一項全新的綠色環(huán)保型材料表面處理技術,在航空航天、機械、電子、裝飾等范疇具有廣闊的應用遠景。合金元素Cu、Mg有利于微弧氧化的舉行,而Si元素則有礙于微弧氧化。侯朝輝等[1]對含硅量為8%~12%的ZL系列鑄鋁合金的微弧氧化工藝條件、膜層布局和成膜過程舉行了研究。成果表明:鑄鋁合金在水玻璃復合體系中舉行微弧氧化,可以得到一層細膩、均勻、較厚、顯微硬度較高的陶瓷氧化膜;微弧氧化電解液體系中,水玻璃可以或許使鑄鋁合金的微弧氧化順利舉行;Na2WO4和EDTA二鈉復配可提高膜層硬度;該研究條件下獲取ZL109合金微弧氧化膜的工藝條件為NaOH:2~4g/L,水玻璃:5~7mL/L,Na2WO4:2~4g/L,EDTA二鈉:2~4g/L,微弧氧化電流密度30~40A/dm2,溶液溫度30~40℃,強攪拌。此外,龔建飛等[2]也對ZL109的微弧氧化舉行了研究,獲得了致密層厚度76μm以上,顯微硬度HV1600均勻氧化陶瓷膜層。ADC12壓鑄鋁合金廣泛應用于汽車、摩托車和儀器等行業(yè)的活塞、帶輪等零部件和布局件。張金彬等[3]研究了ADC12鋁合金表面微等離子體氧化法制備黑色陶瓷膜的電解液身分和電參數(shù)等對膜層性能的影響,成果表明,磷酸鈉濃度較低,表面粗糙,濃度過高易析鹽和膜層崩落,最佳濃度為12~15g/L;新增劑M1和M2組分中的金屬元素氧化物K在膜層中的比重越大,膜層黑色飽和度越高越不變,其最佳濃度分別為10.0~11.0g/L和15.0~18.0g/L;使膜層黑色均勻的最佳pH值為8.0~9.0;形成飽和深黑色的最佳電流密度為3.0~4.0A/dm2;采用最佳的電解液配方制備的黑色膜層厚度在20~30μm,硬度HV500~700,黑色飽和度在0.8~1.0。王宗仁等[4]將等離子體加強的電化學表面陶瓷化(PECC技術)工藝應用在Y112壓鑄鋁合金表面強化處理上,使其表面生成α-Al2O3和γ-Al2O3相的陶瓷膜。據(jù)稱該膜性能均優(yōu)于特富隆技術涂層。金玲等[5]對ZL109合金和SiCp/ZL109復合材料表面舉行微弧氧化,研究發(fā)現(xiàn),ZL109合金和SiCp/ZL109復合材料都可以舉行表面微弧氧化,其微弧氧化層由兩層布局組成,分別為松散層和致密層。ZL109合金微弧氧化層主要由不同布局的Al2O3相組成,SiCp/ZL109復合材料微弧氧化層由Al2O3和MgAl13O40組成。交流電源恒流條件下鋁合金表面微弧氧化-黑化一體化處理[6]研究顯示,釩酸鹽對微弧氧化陶瓷膜的黑化效果具有決定性效用;黑色陶瓷膜光彩不變,具有較高的顯微硬度,并能對基體金屬提供有效的腐蝕防護;黑色陶瓷膜主要元素組成包括O、Al、Si、V和P,膜中化合物主要以無定形態(tài)和/或微晶態(tài)情勢存在,只發(fā)現(xiàn)少量的γ-Al2O3和ε-Al2O3晶體;黑色陶瓷膜為較為松散的單層布局,其表面在微觀尺度上粗糙不平,存在較為密布的尺寸為μm量級的微孔,并有較著的高溫加熱使黏結痕跡和微裂紋;黑色陶瓷膜的微觀布局與其形成機制有關。ZL101鑄造鋁2硅合金微弧氧化陶瓷膜[7]生長分為3個階段,氧化初期,電流密度較高,但膜層生長較慢。在膜迅速生長階段,膜生長速率達到極大值;膜生長步入平穩(wěn)期后,基本保持恒定,樣品的外部尺寸再也不增加,膜逐漸轉向基體內部生長;合金化元素硅的影響主要表現(xiàn)為氧化初期對膜生長的阻礙效用;鑄造鋁合金經(jīng)過微弧氧化處理后,腐蝕電流大幅下降,極化電阻增加了幾個數(shù)量級;較薄的微弧氧化膜同樣大幅度提高了鋁-硅合金的耐蝕性。中性鹽霧腐蝕試驗法研究高強度鑄造鋁合金ZL205微弧氧化陶瓷膜[8]的成果表明,微弧氧化處理能顯著提高ZL205的耐腐蝕性能,隨著厚度的增加,陶瓷膜的耐腐蝕性能提高,但在厚度達到一定值后,陶瓷膜的耐腐蝕性能提高不較著;隨著厚度的增加,微弧氧化膜的表面形貌和相布局都發(fā)生變化,從而導致微弧氧化膜的耐腐蝕性能發(fā)生變化。2電沉積層電沉積(electrodeposition)是金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學沉積的過程。是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄過程的基礎。這些個過程在一定的電解質和操作條件下舉行,金屬電沉積的難易程度和沉積物的形態(tài)與沉積金屬的性質有關,也依賴于電解質的組成、pH值、溫度、電流密度等因素。吳向清等[9]利用電化學方法對ZL105鋁合金表面電沉積Ni2SiC復合鍍層的耐蝕性能舉行了研究。成果表明,Ni2SiC復合鍍層的表面形貌與純Ni鍍層截然不同,耐蝕性能優(yōu)于純Ni鍍層,經(jīng)過300℃×2h熱處理后,耐蝕性能進一步得到提高。3多弧離子鍍層多弧離子鍍是真空室中,利用氣體放電或被蒸發(fā)事物部分離化,在氣體離子或被蒸發(fā)事物粒子轟擊效用的同時,將蒸發(fā)物或反映物沉積在基片上。離子鍍把輝光放電征象、等離子體技術和真空蒸發(fā)三者有機結合起來,不僅能較著地改進了膜質量,而且還擴展了薄膜的應用范圍。其優(yōu)點是薄膜黏著力強,繞射性好,膜材廣泛等。離子鍍品類很多,蒸發(fā)遠加熱方式有電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、高頻感到加熱等。多弧離子鍍采用的是弧光放電,而并不是傳統(tǒng)離子鍍的輝光放電舉行沉積。簡單的說,多弧離子鍍的道理就是把陰極靶作為蒸發(fā)源,通過靶與陽極殼體之間的弧光放電,使靶材蒸發(fā),從而在空間中形成等離子體,對基體舉行沉積。在ZL201鋁合金表面多弧離子鍍Ti-Cr-N涂層,并在Ti-Cr-N涂層上制備一層脂類薄膜[10]。成果表明:Ti-Cr-N涂層中的Cr以固溶體的方式存在于TiN晶體中,沒有形成零丁的CrN相;涂層可以有效提高ZL201鋁合金的抗鹽霧腐蝕的能力。4化學復合鍍層在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒,使其與主體金屬共同沉積形成鍍層的工藝稱之為復合鍍。若采用電鍍的工藝則稱之為復合電鍍;若采用化學鍍的工藝則稱之為復合化學鍍。所得鍍層稱為復合鍍層。原則上,凡可鍍覆的金屬均可作為主體金屬,但研究和應用較多的是鎳、鉻、鈷、金、銀、銅等幾種金屬。作為固體微粒主要有兩類,一類是提高鍍層耐磨性的高硬度、高熔點的微粒;一類是提高鍍層自潤滑特性的固體潤滑劑微粒。在鑄鋁表面制備Ni-P-金剛石化學復合鍍層[11],成果表明,硫酸高鈰能增進金剛石微粒步入鍍層,隨硫酸高鈰含量增加鍍液不變性大幅提高后趨于平穩(wěn),Ni-P-金剛石復合鍍層耐磨性優(yōu)于Ni-P鍍層,新增2mg/L硫酸高鈰后進一步顯著提高,與Ni-P鍍層相比,復合鍍層耐蝕性差,新增硫酸高鈰后有所改善。5化學轉化膜化學轉化膜是使金屬與特定的腐蝕液相接觸,在一定條件下發(fā)生化學反映,在金屬表面形成一層黏著力良好的、難溶的生成物膜層。這些個膜層,或能保護基體金屬不受水和其它腐蝕介質的影響,或能提高有機涂膜的附著性和耐老化性,或能賦予表面其它性能�；瘜W轉化膜由于是基體金屬直接參與成膜反映而生成,因而與基體的結協(xié)力比電鍍層和化學鍍層大的多。幾乎所有的金屬都可以在選定的介質中通過轉化處理,得到不同應用目的的化學轉化膜,但目前工業(yè)上應用較多的是鋼鐵、鋁、鋅、銅、鎂及其合金。化學轉化膜同金屬上別的覆蓋層(例如金屬的電沉積層)不同樣,它的生成必須有基底金屬的直接參與,與介質中陰離子生成自身轉化的產物(MmAn),因此也可以說化學轉化膜的形成實際上可看作是受控的金屬腐蝕的過程�；瘜W轉化膜按膜的主要組成物的類型分為:氧化物膜,磷酸鹽膜,鉻酸鹽膜,草酸鹽膜等。鋁合金在大氣環(huán)境下容易發(fā)生晶間腐蝕而破壞。目前應用的高強度鑄造鋁合金一般含有硅、銅、鎂等元素,這些個元素的加入增加了合金的腐蝕敏銳性。其次是表面硬度低,容易磨損,外表光澤不能保持恒久,所以要求有較高的保護措施。其中在鋁合金表面上生成化學轉化膜具有設備簡單、成本低、投資省等優(yōu)點。彭靚等[12]采用鉻酸鹽法在Y112合金上生成化學轉化膜,實驗成果表明,該轉化膜具有高的耐腐蝕性,并具有雅觀的金黃色外表面。以錳酸鹽和鋯鹽為主鹽,在鋁合金表面化學氧化得到的化學氧化膜[13]的腐蝕電位比鋁合金試樣的腐蝕電位正0.45V左右,腐蝕電流密度僅0.286μA/cm2;交流阻抗譜圖低頻端的阻抗值比鋁合金試樣的值大一個數(shù)量級;鋁合金化學氧化膜外觀呈金黃色,具有規(guī)則排列的柱狀生長布局。葛圣松等[14]用無鉻化學方法在鑄鋁合金表面制得黑色轉化膜,利用點滴試驗評價了膜的耐蝕性能。分別采用掃描電鏡及電子探針觀察膜的形貌、測定其組成元素,最后提出了黑色膜的形成機理和耐蝕機理。6結束語鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性處理可以通電流通過化學方法得以改善。現(xiàn)有的研究多停留在試樣上,應用研究較少。在實際應用中,零丁用一種工藝技術就能提高鑄造鋁合金的防護性、裝飾性和功能性問題比力少見,有必要對現(xiàn)有的改性技術綜合思量,對此開展系統(tǒng)的研究。鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性改善和耐磨性改善的綜合研究更有意義。轉載自:中國華南鋁業(yè)網(wǎng)

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