铝合金表面稀土转化膜性能与耐蚀机理研究

在全面分析国内外稀土转化膜的研究成果和存在问题的基础上,结合前期稀土对铝合金缓蚀机理、成膜机理研究成果,对含氧化促进剂的化学方法形成的稀土铈转化膜进行了研究。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线散射能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)分析、X射线光电子能谱(XPS)的Survey谱图分析转化膜的主要成分和铈的价态。结果表明:铝合金表面稀土转化膜主要由非晶态的四价Ce氧化物/氢氧化物和铝氧化物的混合物组成;在整个转化膜中Ce元素总体分布均匀;转化膜致密均匀,局部镶嵌一些富含Ce沉积物。电化学研究证明,在NaCl溶液中含氧化促进剂H2O2形成致密的非晶态的铈转化膜能够阻止水和Cl离子在转化膜中的渗透,同时抑制了铝合金表面发生电化学腐蚀的阴极过程和阳极过程,稀土转化膜产生点蚀后还具有一定的自修复能力。     

镀液温度对AZ31镁合金表面锌钙系磷酸盐转化膜耐蚀性的影响

采用化学沉积方法在AZ31镁合金表面制备锌钙系磷酸盐转化膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和电化学方法研究镀液温度对镁合金AZ31表面磷酸盐转化膜表面形貌及其耐蚀性能的影响。利用电子能谱仪(EDS)、光电子能谱(XPS)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层化学成分、相结构。研究表明:当温度为50℃时,转化膜层晶粒均匀、完整,耐蚀性较好;膜层化学成分主要由O、P、Zn和Mg元素以及微量Ca组成,主要相组成为Zn3(PO4)2·4H2O;锌钙磷酸盐转化膜比磷酸锌转化膜具有更小的晶粒和更好的耐蚀性。     

纳米硬质相对化学转化膜微观结构的影响

通过在化学转化溶液中加入纳米Al_2O_3颗粒、SiO_2颗粒及SiO_2溶胶,利用化学转化的方法在35CrMnSi钢表面形成一层化学转化膜,研究纳米硬质相对转化膜微观结构的影响。结果表明,纳米硬质相的加入对化学转化膜的微观结构有明显的影响,纳米Al_2O_3的加入使磷酸锌由片状晶体变成球形或椭圆形的晶粒,晶粒尺寸减小,转化膜的结构更加致密;纳米SiO_2显著影响了磷酸锌晶体的生长取向,使其由垂直或倾斜于基体表面的片状晶体变成了平行于基体生长的扇形晶体。另外,通过在转化溶液中加入SiO_2溶胶引入SiO_2硬质相的方法克服了传统纳米颗粒在转化液中易团聚、难分散的问题。     

铝合金表面锡盐转化膜的制备及其耐蚀性

以硫酸亚锡为主盐,通过化学转化法在铝合金表面形成耐蚀性良好的无铬化学转化膜。考察了锡盐浓度、成膜氧化剂浓度、成膜促进剂的质量浓度、反应温度及反应时间对膜层耐蚀性的影响,并对转化膜的耐蚀性能进行了电化学测试。在pH值为2～3时,确定了无铬化学转化液膜的最佳制备条件:SnSO40.15 g/L、KMnO41.5 g/L、NaF 2 g/L,反应温度30℃,反应时间1.5 min;该转化膜制备工艺简便、成膜速度快,膜的耐蚀性能好。     

Preparation and Corrosion resistance of Cerium-based Chemical Conversion Coating on AZ91 Magnesium alloy

采用Ce(NO3)3为主盐的稀土盐处理溶液,在AZ91镁合金表面形成无毒,无污染的铈盐化学转化膜,并研究成膜规律及其耐蚀行为。利用对膜层的外加扰动小,更易得到重复性高结果的电化学阻抗谱技术评价膜层耐蚀性能。初步优化了处理时间、温度、Ce(NO3)3液浓度和促进剂等因素对膜层结构和膜层耐蚀性能的影响,并获得了最好的成膜条件：温度35℃,时间为30min,处理液主盐Ce(NO3)3的浓度为0.02mol/l和4ml/l成膜促进剂。结果表明：优化后的工艺能够在AZ91镁合金表面获得宏观黄色致密,微观具有微小裂纹并分层的膜层,内层膜Ce含量较外层的低但致密。工艺优化制备的稀土化学转化膜能有效提高镁合金的耐蚀性能,有效抑制阴阳极反应,自腐蚀电位提高240mV,自腐蚀电流密度降低达到2个数量级。     

镁合金表面稀土转化膜的磷酸盐致密化及性能

首先在AZ91镁合金表面上制备出镧铈双稀土转化膜,然后利用(NH_4)_3PO_4溶液进行致密化处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、高温氧化和电化学方法对致密化之后的转化膜形貌与性能进行研究。结果表明,对应用正交试验法确定的镧铈双稀土转化膜进行致密化处理的最佳工艺参数为:处理温度50℃、(NH_4)_3PO_4质量浓度5%、处理时间4 min。致密化后的膜层裂纹明显减少,表面致密性提高,很好地改善了对基体的覆盖度。经致密后的双稀土转化膜主要由稀土氧化物、氢氧化物、磷酸盐和氧化镁组成。致密化后的膜层耐蚀性显著提高。致密化后的双稀土转化膜的抗高温氧化性能优于未经致密化处理的双稀土转化膜。     

医用AZ31镁合金表面复合膜层的制备及其性能表征

为改善医用AZ31镁合金的抗蚀性能,综合应用阳极氧化及化学转化工艺在其表面制备了复合膜层。通过扫描电镜观察了膜层形貌,X射线衍射分析了膜层成分,并利用电化学测试手段对膜层性能进行了表征。结果表明,阳极氧化工艺制备的膜层粗糙不平,主要组成为Mg(OH)2及Al2O3;经化学转化后,所得复合膜较为致密、平整,膜层中主要含元素N,O,P。动电位极化曲线分析表明,复合膜对AZ31镁合金具有显著的保护作用。EIS阻抗图谱拟合电路反映出制备的复合膜层具有4层结构,从侧面证明了阳极氧化膜与化学转化膜之间的化学结合作用。     

Mg-9.95Li合金表面致密铈转化膜制备及耐蚀性研究

在硝酸铈(Ce(NO_3)_3)转化液中同时加入H_2O_2和柠檬酸,利用化学转化法在Mg-9.95Li合金表面获得致密铈转化膜。采用X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)表征了致密铈转化膜的成分与形貌,采用电化学阻抗谱、极化曲线和开路电位测试了转化膜的防腐蚀性能。结果表明,转化膜主要由柠檬酸交联的CeO_2和Ce(OH)_4组成,形成的转化膜更加致密均匀,转化膜的阻抗可以达到104?·cm~2;腐蚀电流密度为8.86×10~(-6) A·cm~(-2),较Mg-9.95Li合金降低了2个数量级,转化膜对Mg-9.95Li合金具有良好的耐蚀防护性能。     

AZ91镁合金表面铈基稀土转化膜的制备及腐蚀电化学行为

考察了铈盐溶液中的AZ91镁合金电化学行为,包括开路电位,阴、阳极极化行为等,并据此开展了Ce(NO3)3为主盐的稀土盐转化膜研究,在AZ91镁合金表面形成无毒、无污染的铈盐化学转化膜,并研究成膜规律及其耐蚀行为.采用电化学阻抗谱技术优化了处理时间、温度、Ce(NO3)3液浓度和促进剂等因素对膜层结构和膜层耐蚀性能的影响,并获得了最好的成膜条件:处理温度为35℃,时间为30 min,主盐Ce(NO3)3的浓度为0.02 mol/L和促进剂H2O2浓度为4 mL/L.结果表明:采用优化后的工艺能够在AZ91镁合金表面获得宏观黄色致密、微观具有微小裂纹并分层的膜层,表层Ce含量较高.工艺优化制备的稀土化学转化膜能有效提高镁合金的耐蚀性能,有效抑制阴、阳极反应,自腐蚀电位提高250 mV,自腐蚀电流密度降低2个数量级.长期全浸实验结果表明,转化膜能有效提高镁合金的耐腐蚀性能,浸泡60 h后,保护性大大降低.     

Zr-Al合金表面锌系化学转化膜的制备及研究

利用化学转化法对铸态Zr-Al合金进行表面处理。在经过除油、酸洗、化学转化等一系列处理工序后,在Zr-Al合金表面生成锌系化学转化膜。利用扫描电镜和X射线衍射仪对合金基体及化学转化膜的化学组成及微观结构进行了研究。结果表明:Zr-Al合金由α相(α-Zr)和β相(Zr2Al)组成,其中基体为α相,β相沿晶界非连续分布;经锌系化学转化处理,合金表面形成以Zn3(PO4)2·H2O和ZnZr(PO4)2·2H2O为主要成分的锌系化学转化膜,该膜结晶团簇较细小,化学转化膜表面颗粒分布均匀,由细小的片状晶体颗粒密排堆积而成,无明显孔隙缺陷,膜层与基体结合良好。探讨了Zr-Al合金上锌系化学转化膜的形成机理。     

LY12铝合金的锰酸盐导电化学转化膜制备与表征

以KMnO4为主盐,Na2ZrF6作促进剂,研究了LY12铝合金锰酸盐化学转化膜的制备工艺,采用点滴法和膜接触电阻法评价转化膜的耐蚀性和导电性,并用SEM,EDS和XRD表征转化膜的形貌与组成,进而探讨成膜机理。结果表明:当KMnO4的质量浓度为5 g/L,Na2ZrF6的质量浓度为0.05 g/L,pH值2.0,温度65℃,转化时间60 s、沸水后处理30 min时,所制备的锰酸盐转化膜颜色呈金黄色,该膜层均匀、致密,主要成分为Al,O,Mn元素,由铝和锰的氧化物组成。LY12铝合金表面的锰酸盐化学转化膜耐蚀性和导电性明显提高,点滴法耐腐蚀时间达到57 s,转化膜表面接触电阻仅为铝合金基体接触电阻的15.6%。     

镁合金表面磷酸盐-高锰酸盐转化膜的制备与耐蚀性能

目的在镁合金表面制备磷酸盐-高锰酸盐化学转化膜,以提高镁合金的耐蚀性能。方法以磷酸盐与高锰酸盐为转化处理液,在镁合金表面制备出化学转化膜,进而采用SEM、EDAX、XRD及电化学测试方法研究了转化温度、转化液p H值和转化时间对转化膜形貌、成分、厚度、结构和耐蚀性的影响。结果磷酸盐-高锰酸盐转化膜呈深紫色,由Mg、P、Mn和O元素组成,膜层表面存在网状裂纹,厚度为4~18μm,转化膜的耐蚀性随转化温度、p H值、转化时间的增加呈现先增加后降低的变化规律。结论磷酸盐-高锰酸盐转化膜由镁的磷酸盐组成。磷酸盐-高锰酸盐转化处理的最佳工艺条件为:转化温度40℃,转化液p H=3.5和转化时间15 min。经磷酸盐-高锰酸盐化学转化处理后,镁合金的耐蚀性能得到了明显的提高。     

氟处理的镁合金表面电化学沉积Ca-P涂层的研究

为改善镁合金的耐蚀性和生物相容性,以氟处理的AZ31镁合金为基体,通过Ca(OH)2处理后使其表面改性,用电化学沉积法在其表面制备了Ca-P涂层。通过SEM、EDS、XRD和FTIR分析了涂层的形貌、化学成分和相组成。结果表明:经HF酸处理后,镁合金表面形成具有微孔的氟转化层,氟转化层在Ca(OH)_2溶液浸泡后形成具有微纳米孔隙的CaF_2层;相比于未经Ca(OH)_2处理的氟转化膜表面,具有微纳米孔隙的富钙层更有利于诱导含磷基团和钙离子的形核,电化学沉积所得的Ca-P涂层更致密均匀,晶体结晶更完整;电化学沉积后的涂层由长约70μm、宽约30μm的片状透钙磷石(DCPD,CaHPO_4·2H_2O)晶体组成,碱热处理后涂层表面形成大量绒毛状物质,DCPD转变为HA,HA涂层也是由呈花簇状生长的片状晶体构成。     

镁锂合金表面锌锰磷化膜的制备与性能表征

采用化学转化法在镁锂合金表面制备了外观深灰色、结构均匀致密、耐蚀性能良好的锌锰磷酸盐转化膜,并研究了磷化温度对磷化膜性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)仪、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)仪对膜层的表面形貌、化学组成及结构进行了表征。采用动电位极化曲线、电化学交流阻抗(EIS)和腐蚀失重实验对磷化膜的耐蚀性进行了研究。结果表明,锌锰磷化膜主要由Zn、Zn3(PO4)2、MnHPO4、Mn3(PO4)2组成。锌锰磷酸化膜起到了保护镁锂合金的作用,提高了镁锂合金的耐蚀性,当磷化温度为45℃时,磷化膜的腐蚀电流密度最低,腐蚀速率最小,耐蚀性能最好。     

化学处理液中的La及BTA 对铜合金表面性能的影响

为了提高铜及其合金的耐蚀性能,研究了稀土La盐与BTA对铜合金缓蚀的协同作用,化学处理后的铜合金表面耐蚀性能得到改善。利用扫描电镜及XRD,对铜合金处理后的表面形貌及结构进行了分析;通过阳极极化、交流阻抗等电化学测试方法分析了La盐与BTA对铜合金表面性能的影响。结果表明:稀土La盐与BTA的加入使铜合金表面形成了均匀、致密的转化膜,从而提高了铜合金表面的耐蚀性能。     

Mn~(2+)浓度对6063铝合金表面锆基转化膜组织和耐蚀性的影响

为了改善6063铝合金表面锆基转化膜的耐腐蚀性能,利用XRD、SEM、EDS及电化学腐蚀等方法研究了促进剂中Mn~(2+)浓度对6063铝合金表面锆基转化膜的组织和耐蚀性的影响。结果表明,当促进剂中ρ(Mn~(2+))=2.2 g/L浓度时,锆基转化膜比不添加Mn~(2+)时的更致密,但是ρ(Mn~(2+))=4.4 g/L时,转化膜致密性反而下降,不过Mn~(2+)浓度对转化膜厚度的影响不大。本试验制备的锆基转化膜与铝合金基体无明显分界,表明锆基转化膜与铝基体结合良好。并且所制备的转化膜表面属于多孔结构,有利于提高膜与喷涂油漆的附着力。电化学腐蚀性表明,当采用ρ(Mn~(2+))=2.2 g/L Mn~(2+)浓度的促进剂时,转化膜的腐蚀电流密度变小,大约是没有添加Mn~(2+)的1/200,而且极化电压增加,大约是没有添加Mn~(2+)的8.7倍。这些参数表明,Mn~(2+)的加入提高了锆基转化膜的耐腐性。但是Mn~(2+)浓度过大会导致耐腐性下降,甚至不如没有添加Mn~(2+)的转化膜的。     

聚吡咯改性聚偏氟乙烯膜的电学特性及生物相容性

聚偏氟乙烯因具有生物相容性、压电性及良好的机械性能而在生物医用中备受关注。利用电化学法在聚偏氟乙烯膜表面沉积聚吡咯涂层以表面改性聚偏氟乙烯膜,研究了聚吡咯纳米颗粒和纳米线结构涂层对聚偏氟乙烯膜的表面亲水性、电学特性及生物相容性的影响。采用扫描电镜和原子力显微镜观察了纳米结构聚吡咯涂层改性聚偏氟乙烯膜的表面形貌;利用表面接触角测量仪、原子力显微镜研究了改性聚偏氟乙烯膜的亲水性和电学特性;通过体外矿化、细胞死活染色和CCK-8检测方法探讨了改性聚偏氟乙烯膜的生物相容性。结果表明：纳米结构聚吡咯涂层改性聚偏氟乙烯膜的表面亲水性、表面电势分布及生物相容性明显提高了,有利于表面类骨矿物的沉积及细胞的粘附与增殖。此外,纳米线结构聚吡咯改性的聚偏氟乙烯膜具有更高的亲水性、表面电势分布,更有利于细胞粘附与增殖。     

锡酸盐转化前处理对镁合金化学镀镍镀层的影响

目的利用锡酸盐转化膜中间层避免化学镀镍镀层与金属基体的直接接触,降低其产生原电池腐蚀的趋势,提高镁合金化学镀镍层的耐蚀性及稳定性。方法采用锡酸盐化学转化膜技术在AZ31镁合金表面制备锡酸盐转化膜层,然后通过直接化学镀镍技术在该膜层上沉积Ni-P镀层。利用SEM、EDS、浸泡析氢、电化学测试等手段,研究了复合镀层的显微结构、相组成、耐蚀性。结果锡酸盐转化膜由细小均匀的球形颗粒堆积而成,颗粒之间存在空隙,为直接化学镀镍时镍磷的初始沉积提供了可能。化学转化膜表面沉积的化学镀镍层均匀致密,形成典型的胞状结构。基体-化学转化膜-化学镀Ni-P合金层三者之间的结合良好,保证了复合镀层优良的耐蚀性能。结论化学镀Ni-P层能够在不经过钯活化处理的条件下直接在锡酸盐转化膜上沉积,锡酸盐转化膜中间层避免了Ni-P阴极性镀层与阳极性镁基体的直接接触,降低了Ni-P镀层局部缺陷对整体防护效果的影响,提高了镀层的耐蚀性及耐久性。     

电化学转化膜在铝箔高压腐蚀中的应用

通过利用电化学转化膜在铝及铝合金表面形成原理，成功地以中等强度氧化性酸在国产高压箔表面形成一层致密的多孔氧化膜，而该多孔膜孔洞的致密性及分布的均匀性决定了后道腐蚀中孔洞的形貌及深度，从而决定了整个腐蚀工序中铝箔比表面积的能否有效扩大。     

酸根离子对镨盐化学转化膜的组成及性能的影响

为探究转化液主盐酸根在成膜过程中的重要作用,采用扫描电子显微镜、能谱仪、x射线光电子谱仪结合电化学测试对两种常见酸根对应镨盐在镁合金表面形成转化膜后的形貌、成分、元素化学状态以及耐腐蚀性能进行比较,并基于酸根离子在水溶液中的反应过程分析其对转化膜成分及性能的作用机制.结果表明,以PrCl3作为主盐比以Pr(NO3)3作为主盐形成的化学转化膜更加致密;且前者受基体成分的影响较小,形成膜层的Pr、O含量(质量分数)明显高于后者;前者的耐腐蚀性能优于后者.酸根离子对转化膜成分及性能的影响主要体现在镨盐电离后在转化液中形成的相应稀酸与基体合金的作用机制及其对转化膜形成过程的影响.