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《中北大學(xué)》 2015年

2024鋁合金表面防護(hù)薄膜的制備及腐蝕摩擦行為研究

秦立光  

【摘要】：鋁及鋁合金較為活潑，在自然條件下其表面會生成一層致密的氧化膜，使鋁不發(fā)生腐蝕。雖然鋁在大氣中具有良好的耐腐蝕性能，但是由于其表面上的天然氧化膜厚度較薄，同時大氣溫度、鹽分及其它雜質(zhì)種類的多少，對其耐蝕性能影響較大。pH值為5~8并存在氯離子的水溶液條件下，其腐蝕速率增大，甚至可能發(fā)生點腐蝕，在酸性水溶液中，隨氫離子濃度的增加，腐蝕加快。常見的鋁及鋁合金的腐蝕形態(tài)有：電偶腐蝕、點腐蝕、絲狀腐蝕、層狀腐蝕、晶間腐蝕以及應(yīng)力腐蝕等。為了提高鋁合金的使用性能，延長它的壽命，擴(kuò)展應(yīng)用范圍，需要對鋁合金進(jìn)行表面處理，以提高或改進(jìn)鋁合金在防護(hù)性、功能性等方面的問題。 本文在鋁合金表面制備有機(jī)以及硬質(zhì)薄膜，并對所制備的薄膜進(jìn)行了耐蝕性能和摩擦性能的測定，探討了制備薄膜對鋁合金性能的影響及其作用機(jī)理。 首先采用簡單化學(xué)刻蝕方法在鋁合金表面制備了微/納的二元復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后通過十八烷基三乙氧基硅烷（OTS）、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDS），3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）的進(jìn)一步修飾在鋁合金表面上生成了疏水和親水型的薄膜。利用SEM、AFM、FTIR、XPS表征了膜層的表觀形貌、表面成分以及鍵結(jié)構(gòu)等信息，并考察了表面形貌和薄膜類型對表面潤濕性能的影響。通過極化曲線和電化學(xué)阻抗譜等手段考察了所制備薄膜的耐蝕性能，得出了化學(xué)刻蝕法制備薄膜的最佳參數(shù)為：體積分?jǐn)?shù)33%的鹽酸溶液，化學(xué)刻蝕2min，在其上化學(xué)修飾疏水性試劑所制備的薄膜的接觸角最大，相對于空白樣鋁合金的自腐蝕電位正移了0.45V，腐蝕電流密度減小了4倍，有效提高了鋁合金的耐蝕性能。摩擦試驗表明：所制備的OTS自組裝單分子層的摩擦系數(shù)最低，相較于空白鋁合金樣品的磨損率下降了8個數(shù)量級，大大提高了鋁合金的耐磨性能。 其次，采用化學(xué)刻蝕和陽極氧化相結(jié)合的方法在鋁合金表面構(gòu)造了粗糙的界面，并通過十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷（G502）的進(jìn)一步修飾得到了耐蝕性能良好的表面防護(hù)膜層�？疾炝顺跗诨瘜W(xué)刻蝕對陽極氧化膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明：化學(xué)刻蝕預(yù)處理作為模板改變了陽極氧化膜的形貌和耐蝕性能，當(dāng)刻蝕時間為3min時，膜層的耐蝕性能最佳，相對于未經(jīng)刻蝕的樣品的腐蝕電位正移了0.15V，腐蝕電流密度下降了兩個數(shù)量級，有效提高了鋁合金的耐蝕性能。 最后，嘗試磁控濺射的方法在質(zhì)地較軟的鋁合金表面沉積了摻雜有鉻的類金剛石薄膜（Cr-DLC），，以期在提高基底鋁合金的耐蝕和耐磨性能的同時兼顧改善鋁合金的力學(xué)性能。結(jié)果表明：將Cr層作為中間過渡層可以有效避免DLC薄膜直接沉積在鋁合金表面容易發(fā)生涂層脫落等問題，提高了涂層與基底的結(jié)合強(qiáng)度。在對薄膜進(jìn)行電化學(xué)、摩擦學(xué)以及硬度測試之后發(fā)現(xiàn)：沉積有DLC薄膜的樣品相對于空白樣鋁合金的腐蝕電位正移了0.3V，摩擦系數(shù)減小了4倍，磨損率下降了3個數(shù)量級，硬度提升了4倍。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

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