鋁合金無鉻有色化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝的研究.pdf

1、鋁合金是一類具有諸多優(yōu)良力學(xué)性能的輕質(zhì)材料。其工業(yè)使用量僅次于第一大金屬材料鋼鐵，特別是在高端裝備制造中，各種系列鋁合金扮演著重要角色。如：6XXX系列鋁合金是一類大量應(yīng)用于輕量化汽車車身材料。然而，鋁合金耐蝕耐磨性差，嚴重阻礙了其進一步的應(yīng)用。一般地，鋁合金材料在使用之前都需要進行適當?shù)谋砻嫣幚硪匝娱L其服役壽命。因此，鋁合金表面處理技術(shù)的開發(fā)一直是材料科學(xué)、化學(xué)化工等領(lǐng)域?qū)W者們的重點關(guān)注問題?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)因工藝簡單等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于

2、鋁合金的表面防護。傳統(tǒng)成熟的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化工藝具有高危害性和致癌性。工業(yè)中迫切需要完全無鉻的環(huán)保工藝作為轉(zhuǎn)換技術(shù)。
　　本文以6063鋁合金為研究材質(zhì)，結(jié)合工業(yè)中具體工況的要求，研制了一種完全無鉻有色膜轉(zhuǎn)化工藝。
　　本無鉻有色轉(zhuǎn)化液以K2TiF6為主成膜劑，K2ZrF6為輔助成膜物質(zhì)，無機金屬鹽B為上色劑，再配以多羥基有機酸C為絡(luò)合劑的一種四組份水劑體系。K2ZrF6輔助成膜劑與鈦鹽主劑按一定比例添加可以很好地提高轉(zhuǎn)化膜的耐蝕

3、性；金屬鹽B的添加可以使膜層上色；絡(luò)合劑有機酸C的適量配入后，體系更穩(wěn)定，同時可以有效的改善膜層色澤不均勻性，使膜層呈均一金黃色。單因素和正交試驗確定了最優(yōu)轉(zhuǎn)化液組分配比和工作條件：2g/L K2TiF6，0.8g/L K2ZrF6，0.4g/L著色劑金屬鹽B，0.6g/L絡(luò)合劑有機酸C；T/25℃，pH/3.0，t/7min。轉(zhuǎn)化液穩(wěn)定，成本低廉，連續(xù)2個月的工廠現(xiàn)場生產(chǎn)情況良好，適合工業(yè)上的批量生產(chǎn)。
　　在優(yōu)化配方配比和工作

4、條件下，該無鉻轉(zhuǎn)化可以得到與ZHM1028六價鉻工藝（一種成熟鉻酸鹽工藝）相似的金黃色膜。中性鹽霧（NSS）、鹽水浸泡、鉻酸鹽點滴及電化學(xué)試驗表明：有色膜對6063鋁合金基體起到了良好的耐蝕保護作用。經(jīng)有色轉(zhuǎn)化處理后，電化學(xué)Tafel測試自腐蝕電流密度（Jcorr）和交流阻抗（EIS）測試阻抗值（R）相應(yīng)的都有一個數(shù)量級的下降和增加。耐鹽水浸泡、酸性點滴時間都有數(shù)十倍的提高。但與六價鉻工藝相比，膜層耐蝕性方面還有不小的提升空間，無鉻有色

5、膜耐NSS時間不足24小時。后續(xù)漆膜結(jié)合力測試表明，本無鉻工藝達到了六價鉻同等水平，劃格測試評級為0級最佳水平。
　　通過XPS（X射線光電子能譜）等表征技術(shù)對無鉻有色膜表面進行了綜合分析。XPS、EDS（能量色散譜儀）技術(shù)檢測表明：Al、Mo、Ti、O、F及少量合金元素Mg是有色膜的主要組成元素，Al2O3、Mo2O5、MoO3、MgF2為各元素主要結(jié)合物相。陰極區(qū)有Mo2O72-還原，其還原態(tài)為5價。通過分析不同處理時間（3、

6、6、9min）膜層SEM（掃描電鏡）微觀形貌和EDS元素含量的變化趨勢，推測出有色膜大致由兩個前后成膜階段組成：首先是F-離子與基材相互作用，與合金元素Mg結(jié)合成MgF2，同時有Al2O3的沉積物的形成，此時對應(yīng)于成膜3min前后，膜層不連續(xù)，膜色不明顯；隨后是溶液中成膜物質(zhì)相應(yīng)物相Mo2O5，TiO2在微陰極區(qū)的大量堆積成膜，成膜6min前后有此明顯變化，此時膜層連續(xù)，顏色呈金黃色。此外，從膜層顯色方面分析，Mo2O5、TiO2物相在