6063铝合金概况 氟硅酸盐的成膜手艺 研究

1 媒介

我国是铝合金出产 和使用年夜 国，铝合金普遍 利用 在航空航天、汽车电子、机械食物 等行业。由于铝合金的尺度 电极电位为-1.67V，化学性质活跃 ，在酸性或碱性前提 下城市 发生侵蚀 ，影响铝合金的正常使用。是以 ，工业利用 经常 需要对铝合金进行防腐处置 。经常使用 的处置 手艺 有阳极氧化、微弧氧化、化学转化和涂层手艺 等[1-3]。由于铬酸盐转化具有经济有用 的长处 ，持久 以来获得 普遍 利用 。但由于六价铬的致癌毒性，列国 和地域 都接踵 立法制止 使用铬酸盐金属概况 处置 手艺 ，今朝 普遍采取 三价铬转化手艺 作为替换 铬酸盐转化的过渡手艺 。但三价铬依然 有毒，且存在被氧化为六价铬的危险。是以 ，研究防腐机能 好、工艺操作不变 的环保型无铬化学转化处置 新手艺 变得十分火急 。

石铁等[4-7]埘铝合金概况 稀土转化膜进行了研究并获得 积极的功效 ，但工艺不变 性还有待改良 。王成等[8-9]研究了钼酸盐、锰酸盐对铝台金的钝化结果 ，但钼酸盐转化膜的耐蚀性及锰酸盐的不变 性有待增强 。M.A，Smit等[11-13]在氟钛酸或氟锆酸中插手 有机物处置 铝合金，获得耐蚀性较好的转化膜，但该手艺 对铝合金的前处置 要求高，且只合用 于通俗 铝合金。美国空军材料制备研究所的N.N．Voevodin等[14]操纵 溶胶—凝胶法在2024铝合金概况 制得耐蚀性很好的Si02涂层。国内有关氟硅酸盐化学转化膜的研究和报导 很是 少。本文对氟硅酸盐的成膜情况进行了初步研究。

2 尝试

2.1 尝试 材料

采取 3.5cmxl.5cmxO.1cm的6063铝片为基体，其主要成份 (质量分数)为：Si0.20%～0.60%，Fe0.35%.CuO.10%,Mn

l.00%.Mg0.45%～0.90%,CrO.10%，TiO.10%，ZnO.10%，Al余量。

2.2 工艺流程

除油——水洗——碱洗——水洗——脱斑出光——水洗——钝化——水洗晾干——老化。

2.3 配方与工艺

(1)除油：Turc04215NC-LT脱脂液（美国Turco产物 有限公司）50g/L，60℃，5min。

(2)碱洗：质量分数为5%的NaOH溶液，常温，60～90S。

(3)脱斑出光：SmutGoNC出光液（美国Turco产物 有蹋公司），常温，5min。

(4)钝化：Na2SiF62.5～5.0g/L,NH4F5～7g/L,25～35℃,pH5.5～6.5,12～16min.

(5)老化：室内常温放置24h。

2.4 自由氟离子浓度的测定

采取 氟离子选择电极法：用PFS-SO型氟离子浓度计（上海年夜 普仪器有限公司）经由过程 尺度 曲线法阐发 转化液中的自由氟离子浓度。工作电极是以氟化镧单晶为敏感膜的氟离子选择电极，参比电极其 232型饱和甘汞电极，采取 磁力搅拌，总离子强度调理 缓冲液的配制方式 为：别离 取58gNaCl、57mL冰醋酸、0.30gC6H507Na3?2H20溶于500mL水中，用NaOH调理 pH至5.0～5.5后，加水稀释至1L。

2.5 机能 测定

(1)描摹 和构成 ：采取 牛津INCA型能谱仪在真空情况 下不雅 察阐发 膜的描摹 和成份 。

(2)耐蚀性：经由过程 中性盐雾实验 和测定极化曲线评价转化膜的耐蚀性。盐雾实验 在SY/Q-750中性盐雾箱（上海迈捷尝试 装备 有限公司）中进行，具体操作按ASTMB117尺度 ：试样表露 于温度为35℃、相对湿度为IOO%的恒定情况 中，侵蚀 介质为5%（质量分数）的Na0溶液，pH为6.5～7.2，实验 时候 为168h，试片与垂直标的目的 呈150～300。极化曲线测试采取 PARSTAT2273型电化学工作站（美国Ametek公司），以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极其 辅助电极，铝合金为工作电极（表露 部位为直径1cm2的圆形），扫描速度 为lmV/s．侵蚀 介质为3.5%（质量分数）NaCl溶液。

3 成果 预会 商

3.1 转化液构成 厦工艺参数对转化膜耐蚀性的影响

3.l016的质量浓度

在NH4F6.0g/L、pH=5.5、25℃下对6063铝片转化12 min时，Na2SiF6的质量浓度对转化膜耐蚀性的影响见图l。图2为转化液中自由氟离子浓度随氟硅酸钠质量浓度转变 的曲线。转化渡中NH4F的质量浓度为6g/L，即F元素韵质量浓度为3.0g/L。由于NH4F为弱电解质，则未加Na2SiF6时溶液中的自由氟离子(F-)的质量浓度低于3.0g/L。随Na2SiF6浓度的增年夜 ，溶液中的F-质量浓度升高，很快跨越 3．Og/L。图2表白 Na2SiF6插手 转化液后可水解生成F-。连系 图1和图2可知，Na2SiF6的质量浓渡过 低(6g/L)时，溶液中F-的质量浓渡过 高，过度刻蚀使铝概况 发生 灰状物，耐蚀性下降。总之，作为主要成膜物资 ，转化液中Na2SiF6的浓度对转化膜的耐蚀性有很是 主要 的影响。转化液中Na2SiF6的质量浓度为3—5g/L时，转化膜的耐蚀性较好，盐雾实验 168h后，试片概况 无较着 的黑纹、黑斑或点蚀。

3.1.2 NH4F的质量浓度

F-可以或许 活化铝合金概况 ，起增进 成膜的结果 ，过量 或过少的F-都晦气 于转化反映 。在Na2SiF64.0g/L、pH=5.5、25℃下对6063铝片转化12min时，转化液中NH4F的质量浓度对转化膜耐蚀性的影响见图3。NH4F的质量浓度低于4g/L时，对铝合金基体概况 的刻蚀感化 不足，成膜反映 不制顿利进行，成膜不完全 ，这与陈东初等[15]的研究成果 一致；NH4F的质量浓度高于7g/L时，由于刻蚀过度，一样 不克不及 在铝台金概况 获得 耐蚀性杰出 的转化膜；NH4F的质量浓度为5～7g/L时，既能知足 对铝合金基体的刻蚀，又不会因刻蚀过度而阻碍转化膜的顺遂 构成 。与NaF比力 后，本工艺选用NH4F，一方面因NH4F的结果 好过 NaF:另外一 方面因Na2SiF6的消融 度不高(25℃时仅为6.52g/dm3[16]，NH4+的存在可增进 Na2SiF6消融 ，改良 Na2SiF6的消融 性。

3.1.3 pH

在Na2SiF64.0g/L、NH4F6.0g/L、25℃下对6063铝片转化12min时，分歧 pH对转化膜耐蚀性的影响见图4。pH7.0时，转化液不不变 ，SiF62-易离解发生 沉淀，NH4F会分化 ，转化液掉 效。是以 ，pH是影响转化液钝化进程 的主要 身分 ，最好 pH为5.5～6.0。

3.1.4 温度

在Na2SiF64.0g/L、NH4F6.0g/L、pH=5.5的前提 下，对铝合金概况 转化12min，研究转化温度对转化膜耐蚀性的影响，成果 见图5。温度升高对成膜并没有 太年夜 的影响，多是 由于 转化液中插手 了F-，转化反映 速度 很快，故温度对成膜的影响不年夜 [15]。比拟 力 而言，25～45℃下所得转化膜的耐蚀性比15～20℃时好，但温度高于40℃后，转化液的不变 性遭到 必然 的影响，且生成的转化膜机能 欠安 。斟酌 到工艺不变 性，肯定 最好 温度为25～35℃。

3.1.5 转化时闻

在Na2SiF64.0g/L、NH4F6.0g/L、pH5.5、25℃下，研究转化时问对转化膜耐蚀性的影响，成果 见曝6。

从图6可知，转化2min后，转化膜的耐蚀性己获得 很年夜 的提高，这也申明 转化反映 速度 很快。这一进程 主如果 F-刻蚀铝，构成 氟铝酸盐转化膜。随落后 行的转化反映 则相对较慢，但对提高转化膜的耐蚀性起相当 主要 的感化 。168h盐雾实验 后，12～20min处置 所得转化膜的未侵蚀 面积分数均高于85%，耐蚀性较好。是以 ，转化时候 以12～16min为好 。

3.2 转化膜的概况 描摹 硬成份 阐发

在Na2SiF64.0g/L、NH4F60g/L、pH=5.5、25℃F-对铝台金转化12min，所得氟硅酸盐转化膜的概况 描摹 和微阿成份 阐发 别离 见图7和表1。

对照 课题组的前期研究成果 发现[17]，氟硅酸钠转化膜的晶体布局 与氟铝酸钠转化膜类似 ，但转化膜中增添 了O和Si组分，且颗粒概况 及颗粒间裂缝 处O和Si的含量根基 无不同 。转化液中F-强烈刻蚀铝并与铝离子配位生成AlF63-，再经由过程 反映 AlF63-+3Na+→Na3AlF6↓(常温下Na3AlF6溶度积为4x10-10)生成氟铝酸钠沉淀转化膜[17-18]。而SiF62-在水溶液中水解生成的SiO2胶体沉积在转化膜颗粒概况 使转化膜的耐蚀性增强[19-20]。

3.3 极化曲线

图8为氟硅酸盐处置 前后6063铝台金在3.5%NaCl溶液中的极化曲线。从图8可知，经氟硅酸盐处置 后，6063铝合金的侵蚀 电位显著提高，从-0.91 V增年夜 至-0.79V，而侵蚀 电流密度略有减小。侵蚀 电位正移和侵蚀 电流密度下降 申明 阳极进程 受阻，即铝合金的消融 侵蚀 更难发生[21]。

4 结论

以6063铝合金为基体，在由氟硅酸盐和氟化铵构成 的转化渣中制得无锩转化膜以168h盐雾实验 后试样未侵蚀 面积分数为指标，研究了转化液构成 和工艺前提 对氟硅酸盐转化膜耐蚀性的影响．优化后氟硅酸盐转化的工艺参数为：Na2SiF63～5g/L，NH4F5～7g/L,pH5.5～6.5，温度25～35。C，转化时闻12～16min．经氟硅酸盐处置 后，铝合金概况 获得 由F、Al、Na、O和Si构成 的、致密的无铬转化膜，铝合金的自侵蚀 电位显著正移，耐蚀性提高。

(l)对6063铝合金进行氟硅酸盐转化，较优的工艺前提 为：Na2SiF63～5g/L，NH4F5～7g/L,pH5.5-6.25～35℃，12～16min。较优工艺前提 下，在6063铝合金概况 成功制得由F、Al、Na、O和Si构成 的耐蚀性杰出 的无铬转化膜。

(2)在转化进程 中，转化液中的F-先刻蚀铝台金概况 井生成致密的氟铝酸钠晶体颗粒转化膜层，随后氟硅酸根水解发生 的Si02胶体沉积在转化膜颗粒概况 ，使转化膜的耐蚀性增强。