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铝金属基复合材料A16061SiCp表面稀土转化膜的研究

作者: 时间:2019-10-29170 次浏览

0 引言 随着航天工业的迅猛发展,对材料的各种性能 也提出了越来越高的要求。铝金属基复台材料由于 具有较高的比强度和比刚度,良好的耐热性、耐磨 性等多种优异的物理和机械性能,在航空、航天、 汽车等工业领域显示出广泛的应用前景 [1,2] 。但由 于材料本身增强体的大量引入而使其抗腐化侵蚀 性极 差,加之增强体多为陶瓷材料,是非导电体,阳极 氧化(oxidation)法不能在基体表面形成连续(Continuity)的阳极氧化膜(oxidation film)。阿 罗丁化学法又由于铬酸盐是一种致癌的毒性物质而 使其应用受到限制。随着稀土在工业应用中的深入 研究(research),近年来,国内外许多学者对铝型材表面稀土 转化膜进行了研究。澳大利亚航空研究室的 Hin— ton和美国南加利福尼亚大学的 Mansfeld等人在这 方面做了许多工作 [3-6] 。我们曾对纯铝和 LYl2表 面稀土转化膜进行过研究,取得了很好的效果 [7] 。 本文研究利用混合稀土作为成膜物质,在铝金属基 复合材料A16061/SiCp表面获得金黄色转化膜,对 其抗腐蚀性能进行了研究。混合稀土价格低廉,应 用前景广泛。 1 实验(experiment)方法 1.1 原材料 本试验采用的成膜基体为 A16061/SiCp,其成 分和主要机械性能列于表1,混合稀土的成分列于 表2。 

1.2 试样的制备 A16061/SiCp试样依次经过打磨抛光(polishing)。擦拭粉 尘、有机除油、清洗。转化膜成膜工艺、清洗、干 燥等工序制备出混合稀土转化膜,其中转化膜工艺 条件如表3所列。
 1.3 抗腐蚀能力测定

  (1)湿热试验用5Y25型恒温恒湿箱,按 GB2361-80进行试验。试验条件:箱内温度为49± 1℃;空气通人量力每小时箱内容积的3倍;箱内相 对湿度为95%以上;环境温度不低于20℃:试片转 速为1/3rpm;每天连续(Continuity)运转时间为8h。


  (2)盐水浸渍试验按JB/T6073—92进行全浸 腐蚀试验。浸渍液为3.5%NaCl;温度(temperature)为35℃;每6 天换一次盐水,试验周期为1个月;通过(tōng guò)失重法计算 其腐蚀速率,单位为μg/m2·s。
  (3)电化学方法评价转化膜耐蚀性采用三电 极体系,利用美国 Parc公司生产的 M273恒电位仪 与 IBM586微机组成的电化学测试(TestMeasure)系统(system)、测定转化 膜在3.5%NaCl中的 Tafel曲线(Curve)来评价转化膜的耐 蚀性能,测试软件为 M352,参比电极为饱和甘汞电 极、辅助电极为期电极,试样面积为3.5cm2。铝托盘涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高,如硬度、耐磨性、耐酸性,可有效地延长铝型材的使用寿命。 1.4 转化膜的形貌观察 在S570型扫描电子显微镜(SEM)下观察混合 稀土转化膜的表观形貌。 1.5 转化膜形态的确定 利用日本理学公司生产的 D/max—3B型衍射仪 (XRD)确定膜的形态。 2 结果与讨论 2.1 膜的耐蚀性能
  (1)不同转化膜的耐蚀性比较为了评价混合 稀土转化膜的耐蚀性能,将其与 MBY法、A1odine 法进行比较,各种转化膜的湿热试验结果如表4所 示。铝托盘涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高,如硬度、耐磨性、耐酸性,可有效地延长铝型材的使用寿命。 从表4可以看出,混合稀土转化膜的耐蚀性优 于MBV法和Alodine法。
 

  (2)全浸失重试验不同处理(chǔ lǐ)方法所得的转化 膜在全浸试验过程(guò chéng)中的腐化侵蚀 速率如图1所示。混合 稀土转化膜的腐蚀速率低于MBV法和Aldee法,这 和湿热试验结果一致。 

  (3)电化学测试图2为混合稀土转化膜试样 和空白试样在3.5%NaCl溶液中的Tafel曲线。从 图中可以看出,混合稀土转化膜试样的腐蚀电势 Ecorr比无转化膜试样的腐蚀电势Ecorr增大,这在一 定程度上说明了混合稀土转化膜具有较好的抗腐蚀 性能。另一方面,混合稀土转化膜和无转化膜试样 相比,Tafel曲线的阴极分支和阳极(anode)分支部向负方向 发生了移动,腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应都 被混合稀土转化膜有效地抑制。将 Tafel曲线经微 机处理数据后得出二种试样的腐蚀电流(Electron flow)jcorr和腐蚀 电阻Rd,如表5所示。 由表5可以看出,混合稀土转化膜的Rp比未 经处理的A16061/SiCp的Rp高出19倍,而Ecorr比 未经处理的A16061/SiCp的 Ecorr小19倍。说明混 合稀土转化膜提高了铝金属基复合材料(Material) A16061/ SiCp的耐腐蚀性能。
2.2 膜的表现形貌 图3为铝(Al)金属基复合材料A1606.1/SiCp表面混 合稀土转化膜的扫描电镜(SEM)照片,其中(a)为放 大400倍时的微观形态;
(b)为放大800倍的微观形 态。从照片中可以看出,混合稀土转化膜呈现出蜂 窝状结构,在蜂窝低谷处还排布着球形小颗粒。从 表观形貌来看,混合稀土转化膜完全覆盖了基体表 面,并且比较致密,保护了基体免遭破坏(vandalism)。对于 A16061/SiCp来说,其腐蚀过程包括(bāo kuò)阳极溶解反应: Al-3e→Al3+和阴极(cathode )去极化反应:o+2H2O+ 4e-→4OH-。任一反应被抑制时.腐蚀都会被有效 地控制。由于混合稀土转化膜的存在阻碍了 O2和 电子在腐蚀介质(起决定作用的物质)与基体表面之间的转移和传递(transmission),腐 蚀过程中的二个反应均受到抑制,腐蚀的动力下降(descend), 因此混合稀土转化膜的存在提高了材料(Material)的耐蚀性  
2.3 混台稀上转化膜晶型的确定 图4为铝金属基复合材料(Material)A16061/SiCp表面混 合稀土转化膜的X射线衍射图谱(XRD)。从中可 以看到。混合稀土转化膜的 XRD图谱未出现尖峰, 2θ角在20-40度范围内出现了一个漫宽峰,说明 转化膜是非晶态结构c由于非晶态结构的膜各向同 性,表面元晶界,在腐蚀介质(起决定作用的物质)中不易形成腐蚀微电 池,发生电化学腐蚀的可能性极小,故耐蚀性较好。  
3 结论

  (1)利用混合稀土为主的处理液处理铝金属基 复合材料A16061/3iCp印,可在基表面形成金黄色 的转化膜,该膜的耐蚀性优于在A16061/SiCp印表 面上获得的阳极(anode)氧化膜和化学氧化膜。 
 
  (2)混合稀土转化膜呈现出蜂窝状结构,在蜂窝 低谷处排布着球形小颗粒。铝梯主要用于工作人员在风机、塔筒内的高空作业,以保证操作人员更大限度的安全,提高操作的安全系数。第3代安全铝梯采用航空铝材,品质优良,坚固难用,安全舒适。

  (3)混合稀土转化膜是非晶态结构。 
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