铝合金表面成膜剂及其性能的研究

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1、分类号：TG178密级：公开UDC：620编号：201431804001河北工业大学硕士学位论文铝合金表面成膜剂及其性能的研究论文作者：石婷婷学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：材料工程指导教师：曹晓明职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsEngineeringSTUDYOFFILM-FORMINGAGENTANDPERFORMANCEONALUMINUM

2、ALLOYbyShiTingtingSupervisor:Prof.CaoXiaomingMay2017摘要为了延长铝合金的使用寿命，传统的方法是在基体上喷涂油漆。但漆层长期在大气环境中经受暴晒、雨蚀、温度起伏等恶劣条件以后，很容易从铝合金表面脱落。为了增加漆层与铝合金基体的结合力，本文重点研究了环保型铝合金表面成膜剂及其成膜机理，并对铝合金表面化学转化法制备转化膜的工艺以及转化膜对提高基体与漆层结合力的原理进行了研究。本文通过正交实验对成膜剂配方及转化条件进行了优化，优化结果如下：K2ZrF6

3、5g/L，K2TiF63.5g/L，NaF2.5g/L，有机膦酸2.0g/L，pH值为3.5，转化温度为40℃，转化时间为7min，烘干温度为100℃，烘干时间为60min。采用SEM、EDS、XRD和FTIR对膜层形貌及组成进行了分析，结果表明转化膜层是由均匀致密的球状颗粒组成的，膜层主要成分为Al2O3和K2NaAlF6，部分有机膦酸也参与了成膜过程。耐蚀性实验结果表明化学转化膜对铝合金基体起到了良好的耐蚀保护作用。该转化膜点滴时间达到了70s，与铬酸盐膜相差不大，耐盐雾时间超过了120h。

4、化学转化后的腐蚀电流密度从转化前的3.723µA·cm-2降低到了3.345×10-2µA·cm-2。电化学阻抗拟合结果得出，转化膜的膜层电阻从基体的1.114×103Ω·cm-2提高到了2.103×104Ω·cm-2。对漆层附着机理研究得出，转化膜层不但提高了铝合金的表面粗糙度以及漆料在铝合金表面的润湿性，同时膜层中的Ti、Zr和Al的有机络合物以及较活泼的游离态Al3+、Ti4+和Zr4+均可以与漆料中的羟基和环氧基团形成化学键，这些都能大大提高铝合金基体与漆层的结合性能。化学转化后，漆层与

5、基体之间的结合力从转化前的7.97MPa提高到了16.23MPa。最后，对化学转化后喷漆试样的耐蚀等性能进行了研究，结果如下：杯突实验后，漆层无开裂和脱落现象；耐沸水实验后，漆层表面没有气泡、皱纹水斑和脱落等缺陷；漆层的耐蚀性能较佳，耐中性盐雾时间达到了500h；通过对在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡0h~600h的漆层进行电化学阻抗测试后发现，浸泡时间在168h~480h之间时，腐蚀产物的不断积聚阻碍了反应传输通道，使得阻抗值呈现增大的趋势。关键字：铝合金成膜剂化学转化膜结合力IABSTRA

6、CTThetraditionalmethodforprolongingservicelifeofaluminumalloyistospraypaintonthesubstrate.Butthelacquerlayercandropouteasilyfromthesurfaceofaluminumalloyafterlongtimeexposureinharshenvironmentssuchasstrongsunlight,rainerosionandtemperaturefluctuation

7、et.al.Inordertoimprovetheadhesionstrengthbetweenlacquerlayerandaluminumalloymatrix,thispaperfocusedonfabricationoftheenvironmentalfriendlyfilmformeronaluminumalloysurfaceandthemechanismoffilmformationwasstudied.Theprocessofhowtopreparetheconversionfi

8、lmwithchemicalconversionmethodandtheprincipleofhowtoincreasetheadhesionstrengthbetweenlacquerlayerandaluminumalloymatrixwerealsostudied.Inthispaper,theorthogonaltestwasconductedtooptimizetheformulaforfilm-formingagentandthetransformationconditions.Th