專利名稱：鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金表面耐腐蝕膜的制備工藝，特別是涉及一種鋁合金表面 硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝。
背景技術(shù)：
鋁合金憑借其密度小、導(dǎo)電導(dǎo)熱能力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)異和可加工性能好等一系 列優(yōu)點(diǎn)以及在地殼中豐富的儲(chǔ)量，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中獲得了廣泛的應(yīng)用。作為一種性能優(yōu)良 的金屬，鋁合金表面可以自然生成一層由氧化鋁或其水合物組成的氧化膜，對(duì)基體起到 保護(hù)作用。然而，自然氧化膜很薄，鋁合金在大氣中容易發(fā)生晶間腐蝕，在富含活性陰 離子的環(huán)境中也易發(fā)生點(diǎn)蝕等局部腐蝕，給社會(huì)生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。作為常用的鋁合金防護(hù)方法，化學(xué)耐腐蝕膜工藝對(duì)鋁基體疲勞性能影響小、與 基體結(jié)合良好、工藝簡(jiǎn)單、能耗較低，且適用于難以用陽(yáng)極氧化獲得完整膜層的復(fù)雜部 件的表面處理。其中，鉻酸鹽耐腐蝕膜工藝能在鋁合金表面形成具有自修復(fù)性的耐蝕性 能優(yōu)良的耐腐蝕膜層。但是六價(jià)鉻是致癌物質(zhì)，隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，各國(guó)政府和企業(yè) 正逐漸限制這類物質(zhì)的使用。經(jīng)過(guò)一系列的探索和研究發(fā)現(xiàn)，稀土鹽類是一種很有前途的取代鉻酸鹽的物 質(zhì)。稀土耐腐蝕膜不僅具有優(yōu)異的耐蝕性能，而且可以避免傳統(tǒng)的鉻酸鹽耐腐蝕膜工藝 給人體和環(huán)境帶來(lái)的毒害作用。隨著對(duì)稀土耐腐蝕膜，特別是鈰耐腐蝕膜工藝的深入研 究，如熔鹽浸泡法、波美法、聯(lián)合處理法等，已顯著提高了其耐蝕性能，縮短了工藝時(shí) 間。但目前該工藝仍有一些不足之處制備工藝所需溫度較高，工藝較為復(fù)雜、耐腐蝕 膜致密性較差等，使得鈰耐腐蝕膜工藝需要進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，通過(guò)一 步法在鋁合金表面制備形成硅摻雜鈰耐腐蝕膜，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足。一種鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于將鋁合金進(jìn)行表面 預(yù)處理，再浸入溶有有機(jī)硅的鈰鹽轉(zhuǎn)化液中，使在鋁合金表面發(fā)生成膜反應(yīng)，形成耐腐 蝕膜，然后取出鋁合金并用去離子水清洗，烘干。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，只需對(duì)鋁合金進(jìn)行表面預(yù)處理、浸泡與干燥。成膜速度明 顯提高，成膜時(shí)間縮短到10分鐘左右。耐腐蝕膜層的主要成分是鈰的氫氧化物與氧化 物，由于加入了有機(jī)硅，沉積速度更加穩(wěn)定，膜層表面均勻性與致密性得到改善。所得 本耐腐蝕膜耐蝕性良好，與未處理的鋁合金相比，表面制備形成硅摻雜鈰耐腐蝕膜后， 鋁合金在濃度為3.5%的氯化鈉中性電解質(zhì)溶液中的腐蝕電位顯著提高，腐蝕電流顯著降 低。


圖1為鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的掃描電子顯微鏡觀測(cè)表面形貌圖；圖2為鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的表面EDS能譜圖；圖3為鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜形成前的極化曲線對(duì)比圖(a)和鋁合金表面 硅摻雜鈰耐腐蝕膜形成后鋁合金的極化曲線對(duì)比圖(b)。圖4為鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜形成前的阻抗曲線對(duì)比圖(a)和鋁合金表面 硅摻雜鈰耐腐蝕膜形成后鋁合金的阻抗曲線對(duì)比圖(b)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，先將鋁合金進(jìn)行表 面預(yù)處理，再浸入溶有有機(jī)硅的鈰鹽轉(zhuǎn)化液中，使鋁合金表面發(fā)生成膜反應(yīng)，形成耐腐 蝕膜，然后取出鋁合金并用去離子水清洗，烘干。具體操作時(shí)，首先將鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理，其步驟為將鋁合金表面打磨至 光亮，消除表面劃痕；用去離子水沖洗；在室溫下的丙酮或乙醇等有機(jī)溶劑中清洗3 10分鐘，除去表面油污；取出后用去離子水沖洗；在20 50°C的堿性水溶液中浸泡2 5分鐘，對(duì)表面進(jìn)一步除油，并消除表面氧化鋁薄膜，該堿性水溶液中含有碳酸鈉20 40g/L、氫氧化鈉20 40g/L ；取出后用去離子水沖洗。然后將預(yù)處理完后的鋁合金浸入鈰鹽轉(zhuǎn)化液中進(jìn)行成膜反應(yīng)，該鈰鹽轉(zhuǎn)化液中 含有鈰鹽20 40g/L、主氧化劑20 50ml/L、輔助氧化劑100 200g/L、有機(jī)硅3 10g/L、成膜促進(jìn)劑0.5 2g/L，轉(zhuǎn)化液pH值為2.0 3.5。本發(fā)明中所述的鈰鹽為水合氯化亞鈰，用以形成耐腐蝕膜層中的主要成分；所 述的主氧化劑為過(guò)氧化氫，能夠?qū)⑩嬰x子從三價(jià)快速氧化為四價(jià)，能加速成膜，有效縮 短了反應(yīng)時(shí)間；所述的輔助氧化劑為高氯酸鈉，能夠維持轉(zhuǎn)化液的氧化電勢(shì)，將鈰離子 保持在四價(jià)；所述的有機(jī)硅為乙烯基三甲氧基硅烷，加入前需先在室溫下的去離子水中 水解1 3小時(shí)，水解后的硅醇能夠穩(wěn)定轉(zhuǎn)化液中的鈰離子，防止大量絮沉；所述的成 膜促進(jìn)劑為苯甲酸鈉和/或苯駢三氮唑，能夠在轉(zhuǎn)化液中與鈰離子相絡(luò)合，調(diào)節(jié)沉積速 率，提高膜層表面均勻性與致密性；所述的成膜反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為3 10分 鐘。最后將成膜后的鋁合金取出，用去離子水沖洗，用電吹風(fēng)烘干。對(duì)所得膜層進(jìn)行了掃描電子顯微鏡觀測(cè)、EDS能譜檢測(cè)與電化學(xué)測(cè)試。圖1為 鋁合金表面形成硅摻雜鈰耐腐蝕膜的掃描電子顯微鏡觀測(cè)表面形貌圖，可以看到膜層均 勻致密的覆蓋在鋁合金表面，裂紋細(xì)小。圖2為鋁合金表面形成硅摻雜鈰耐腐蝕膜的表 面EDS能譜圖，可以看出膜層中有大量的鈰以及一定量的硅元素存在。圖3與圖4分別 為鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜形成前與形成后鋁合金的極化曲線和阻抗曲線對(duì)比圖， 可以看出硅摻雜鈰耐腐蝕膜形成后，鋁合金的耐腐蝕性能得到明顯提高。以下通過(guò)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明在鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝。實(shí)施例1在1060鋁合金表面形成硅摻雜鈰耐腐蝕膜首先將1060鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理，其步驟為用耐水砂紙將鋁合金打磨至光亮，用去離子水沖洗；室溫下在丙酮溶液中清洗4分鐘，取出后用去離子水沖洗；40°C 下在堿性水溶液中浸泡3分鐘，取出后用去離子水沖洗，該堿性水溶液含有氫氧化鈉 30g/L、無(wú)水碳酸鈉25g/L。然后將預(yù)處理后的1060鋁合金浸入鈰鹽轉(zhuǎn)化液中，在室溫下反應(yīng)7分鐘。該 鈰鹽轉(zhuǎn)化液配置過(guò)程為在室溫下將40g水合氯化亞鈰、160g高氯酸鈉、0.5g苯甲酸鈉 與0.5g苯駢三氮唑溶解于900g去離子水中；將5g乙烯基三甲氧基硅烷置于50g去離子 水中，在室溫下攪拌水解1小時(shí)，然后混入鈰鹽水溶液中，充分混合；用鹽酸調(diào)節(jié)pH至 3.5，加入50ml過(guò)氧化氫，再用鹽酸調(diào)節(jié)pH至2.5。最后將成膜后的鋁合金取出，用去離子水沖洗，用電吹風(fēng)烘干。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于將鋁合金進(jìn)行表面 預(yù)處理，再浸入溶有有機(jī)硅的鈰鹽轉(zhuǎn)化液中，在鋁合金表面發(fā)生成膜反應(yīng)，形成耐腐蝕 膜，然后取出鋁合金并用去離子水清洗，烘干。
2.如權(quán)利要求1所述鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于所述的鋁 合金表面預(yù)處理步驟為將鋁合金表面打磨至光亮；用去離子水沖洗；在室溫下的丙酮 或乙醇有機(jī)溶劑中浸泡3 10分鐘；取出后用去離子水沖洗；在20 50°C的堿性水溶 液中浸泡2 5分鐘，該堿性水溶液中含有碳酸鈉20 40g/L、氫氧化鈉20 40g/L ； 取出后用去離子水沖洗。
3.如權(quán)利要求1所述鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于所述的鈰 鹽轉(zhuǎn)化液中，含有鈰鹽20 40g/L、主氧化劑20 50ml/L、輔助氧化劑100 200g/ L、有機(jī)硅3 10g/L、成膜促進(jìn)劑0.5 2g/L，轉(zhuǎn)化液pH值為2.0 3.5。
4.如權(quán)利要求3所述鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于所述的鈰 鹽為水合氯化亞鈰；所述的主氧化劑為過(guò)氧化氫；所述的輔助氧化劑為高氯酸鈉；所述 的有機(jī)硅為乙烯基三甲氧基硅烷；所述的成膜促進(jìn)劑為苯甲酸鈉和/或苯駢三氮唑。
5.如權(quán)利要求3所述鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于所述的有 機(jī)硅在加入前需先水解，水解溫度為室溫，水解時(shí)間為1 3小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于所述的成 膜反應(yīng)溫度為室溫，成膜時(shí)間為3 10分鐘。
全文摘要
鋁合金表面硅摻雜鈰耐腐蝕膜的制備工藝，其特征在于將鋁合金進(jìn)行表面預(yù)處理，再浸入溶有有機(jī)硅的鈰鹽轉(zhuǎn)化液中，使在鋁合金表面發(fā)生成膜反應(yīng)，形成耐腐蝕膜，然后取出鋁合金并用去離子水清洗，烘干。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，成膜速度快，縮短了耐腐蝕膜的制備時(shí)間，耐腐蝕膜層的主要成分是鈰的氫氧化物與氧化物，膜層表面均勻性與致密性好。表面形成硅摻雜鈰耐腐蝕膜后，鋁合金的耐蝕性得到顯著提高。
文檔編號(hào)C23C22/78GK102021554SQ201010594508
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者劉浩泉, 宮承鵬, 王昕 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)