硝酸鈰對(duì)6061鋁合金磷化過(guò)程的影響

1、1硝酸鈰對(duì)硝酸鈰對(duì)6061鋁合金磷化過(guò)程的影響鋁合金磷化過(guò)程的影響張圣麟1.楊麗云2張小麟31河南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院河南省新鄉(xiāng)市4530072新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院河南省新鄉(xiāng)市4530033河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院河南省鄭州市450052[摘要摘要]通過(guò)SEM，XRD，F(xiàn)TIR和電化學(xué)的方法，研究了硝酸鈰對(duì)6061鋁合金磷化過(guò)程的影響，并對(duì)鋁合金磷化動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，硝酸鈰的加入使得在鋁合金表面上所形成的磷化膜

2、結(jié)晶細(xì)化，成膜速度加快，磷化完成時(shí)間縮短。磷化膜組成為Zn3(PO4)2?4H2O和Zn2Fe(PO4)2?4H2O，硝酸鈰并沒(méi)有構(gòu)成磷化膜的組成成分，硝酸鈰在鋁合金磷化過(guò)程中起到了形核與促進(jìn)磷化的作用。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]硝酸鈰；磷化膜；鋁合金；動(dòng)力學(xué)[中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)]TG178；TG174.4[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A在各種金屬表面處理方法中，磷化是最廣泛采用的方法之一。由于磷化膜是由金屬和磷酸鹽反應(yīng)生成的，所以膜和基體金屬結(jié)合非

3、常牢固，磷化膜具有微孔結(jié)構(gòu)，因而具有良好的吸附性能，被廣泛用作涂料底層[1]。磷化在鋼鐵應(yīng)用中最廣，但對(duì)鋁磷化的報(bào)道較少這是因?yàn)殇X及其合金在一般磷化液中成膜比較困難，通常僅能形成膜重為0.20.5g／m2的磷化膜，不能滿足涂裝要求。其次，鋁表面轉(zhuǎn)化膜方法很多，有許多成熟工藝在涂裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如陽(yáng)極氧化、鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理、鉻酸鹽磷酸鹽處理等，這些處理涂裝效果良好，因此鋁磷化長(zhǎng)期沒(méi)有得到人們的重視[2]。但是，這些鋁合金表面處理方法也存

4、在著許多不足之處，例如陽(yáng)極氧化法存在投資大、成本高的缺點(diǎn)，鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理及鉻酸鹽磷酸鹽處理中使用的六價(jià)鉻是致癌物。現(xiàn)在各國(guó)和地區(qū)都實(shí)施了工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格限制六價(jià)鉻在金屬表面處理中的使用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，急需開(kāi)發(fā)新的鋁合金表面處理方法[38]。鋁合金磷化處理克服了上述諸多缺點(diǎn)，工藝簡(jiǎn)單且不含鉻，工件經(jīng)磷化處理后與涂料配套性好，能提高鋁材的涂裝質(zhì)量[9]。近幾年來(lái)，稀土在收稿日期：20070312第一作者通

5、信聯(lián)系人：張圣麟（1960），男，漢，河南省新鄉(xiāng)市人，河南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，高級(jí)工程師，博士研究生.[基金項(xiàng)目]河南省科技攻關(guān)研究項(xiàng)目（0424240074）；河南省自然科學(xué)研究項(xiàng)目（200510476009）3可以看出，當(dāng)磷化液中硝酸鈰濃度從0mgL增加到20mgL時(shí)，磷化膜的覆蓋率增大，同時(shí)，磷化晶粒明顯得到細(xì)化。當(dāng)硝酸鹽濃度從40mgL增加到60mgL時(shí)，磷化膜的覆蓋率基本保持不變，而磷化晶粒的微觀形貌變得有所粗糙，尺寸

6、稍微增大。從SEM相片所示結(jié)果來(lái)看，硝酸鈰在鋁合金磷化過(guò)程中起到了細(xì)化晶粒的作用。2.2磷化過(guò)程的時(shí)間—電位曲線因?yàn)榱谆な且环N多孔性的電絕緣假性轉(zhuǎn)化膜[10]可根據(jù)它的電化學(xué)響應(yīng)解釋磷化過(guò)程發(fā)生在鋁合金基體與磷化液固液界面上的電化學(xué)反應(yīng)信息.圖1分別示出了鋁合金試樣在含有不同濃度硝酸鈰（060mgL）的磷化液中磷化過(guò)程的電位～時(shí)間（a）和電流～時(shí)間（b）變化曲線。01002003004005006001.101.091.081.071

7、.061.051.041.031.02aTime(s)￡s￡?4321￡Vvs.SCE￡?Potential￡Vvs.SCE￡?圖2a示明，磷化初期，電極電位迅速隨磷化時(shí)間延長(zhǎng)而負(fù)移，說(shuō)明該鋁合金基體在酸性磷化液的浸蝕作用下，首先發(fā)生溶解，表現(xiàn)為陽(yáng)極極化。當(dāng)電極電位降到最低值后，繼而反轉(zhuǎn)隨時(shí)間近似呈直線關(guān)系上升此時(shí)鋁合金表面開(kāi)始形成磷化膜，至電位達(dá)到最高值然后進(jìn)入鋁合金基體的再溶解、磷化晶粒的再結(jié)晶過(guò)程，最終電位保持在1.053V～1.

8、047V之間.值得注意的是，當(dāng)磷化液含有不同濃度硝酸鈰時(shí)，鋁合金基體所表示出的初始電位是不同的，這說(shuō)明正是由于硝酸鈰的存在，使得鋁合金基體與磷化液固液界面上電位發(fā)生了變化，磷化過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定電位的時(shí)間得以縮短以硝酸鈰濃度為20mgL為例，結(jié)合圖1a可以看出，此時(shí)所需時(shí)間最短，說(shuō)明硝酸鈰具有促進(jìn)磷化過(guò)程的作用。實(shí)驗(yàn)表圖2.磷化液含有不同濃度硝酸鈰(mgL):(1)0(2)20(3)40(4)60時(shí)時(shí)間與電位(a)和電流(b)的關(guān)系曲線Fig

9、.2.Timedependenceofpotential(a)current(b)ofaluminumalloyinphosphatingsolutionscontainingdifferentconcentrationsofceriumnitrate(mgL):(1)0(2)20(3)40(4)6001002003004005006002.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.8b4321(A)Curren

10、t(A)Time(s)￡s￡?圖1.鋁合金試樣在含有不同濃度硝酸鈰(mgL)的磷化液中形成磷化膜的SEM相片:(a)0(b)20(c)40(d)60Fig.1.SEMmicrographsofthephosphatecoatingsobtainedinthephsphatingsolutionscontainingdifferentconcentrationsofceriumnitrate(mgL):(a)0(b)20(c)40(d)6