掃(sao)一掃(sao)查看手機(ji)站
鋁鑄件的損壞主要發生在表面，鋁合金材料表面增強具有重要的經濟價值。鑄造鋁合金表面耐腐蝕性能的改善通過微弧氧化、電沉積、多弧離子鍍、化學復合鍍和化學轉化膜等電化學方法來實現。鑄造鋁合金可以通過電化學方法獲得改性層，其目的是賦予表面耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性以及其他特性。
1微弧氧化陶(tao)瓷層
微(wei)(wei)弧(hu)氧(yang)(yang)化(hua)(Microarcoxidation，MAO)又稱微(wei)(wei)等(deng)離(li)子體(ti)(ti)氧(yang)(yang)化(hua)(Microplasmaoxidation，MPO)，是通過電(dian)(dian)解液(ye)與相應電(dian)(dian)參數的(de)(de)組合(he)(he)，在(zai)(zai)鋁、鎂(mei)、鈦及其(qi)合(he)(he)金表面依靠弧(hu)光放電(dian)(dian)產生的(de)(de)瞬時(shi)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)壓(ya)作(zuo)用，生長出(chu)以基體(ti)(ti)金屬氧(yang)(yang)化(hua)物為主的(de)(de)陶瓷膜(mo)層(ceng)。由于在(zai)(zai)微(wei)(wei)弧(hu)氧(yang)(yang)化(hua)過程中，化(hua)學氧(yang)(yang)化(hua)、電(dian)(dian)化(hua)學氧(yang)(yang)化(hua)、等(deng)離(li)子體(ti)(ti)氧(yang)(yang)化(hua)同時(shi)存在(zai)(zai)，微(wei)(wei)弧(hu)氧(yang)(yang)化(hua)工(gong)藝(yi)將工(gong)作(zuo)區(qu)域(yu)引入到高(gao)(gao)壓(ya)放電(dian)(dian)區(qu)域(yu)，極大地提(ti)高(gao)(gao)了膜(mo)層(ceng)的(de)(de)綜合(he)(he)性(xing)能(neng)。微(wei)(wei)弧(hu)氧(yang)(yang)化(hua)膜(mo)層(ceng)與基體(ti)(ti)結合(he)(he)牢固，結構致密，韌性(xing)高(gao)(gao)，具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)磨、耐(nai)腐(fu)蝕、耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)沖擊和電(dian)(dian)絕緣等(deng)特性(xing)。該技術操(cao)作(zuo)簡單和易(yi)于實現膜(mo)層(ceng)功(gong)能(neng)調節，而且工(gong)藝(yi)不復雜，不造成環境污染，是一項全新的(de)(de)綠(lv)色環保型材料表面處理技術(shu)，在航(hang)空航(hang)天(tian)、機(ji)械、電(dian)子、裝飾等領域具有廣闊(kuo)的應用前景。
合金元素Cu、Mg有利于微弧氧化的進行，而Si元素則有礙于微弧氧化。對含硅量為8%～12%的ZL系列鑄鋁合金的微弧氧化工藝條件、膜層結構以及成膜過程進行了研究。結果表明：在水玻璃復合體系中進行微弧氧化，可以得到一層細膩、均勻、較厚、顯微硬度較高的陶瓷氧化膜；微弧氧化電解液體系中，水玻璃能夠使鑄鋁合金的微弧氧化順利進行；Na2WO4和EDTA二鈉復配可提高膜層硬度；該研究條件下獲取ZL109合金微弧氧化膜的工藝條件為NaOH：2～4g/L，水玻璃：5～7mL/L，Na2WO4：2～4g/L，EDTA二鈉：2～4g/L，微弧氧化電流密度30～40A/dm2，溶液溫度30～40℃，強攪拌。此外，也對ZL109的微弧氧化進行了研究，獲得了致密層厚度76μm以上，顯微硬度HV1600均勻氧化陶瓷膜層。
交流電源(yuan)恒(heng)流條件下鋁合(he)金表(biao)面微(wei)弧氧化(hua)-黑(hei)化(hua)一體(ti)化(hua)處理研究顯示(shi)，釩(fan)酸(suan)鹽對(dui)微(wei)弧氧化(hua)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)的(de)(de)黑(hei)化(hua)效(xiao)果具(ju)有(you)決定性作(zuo)用；黑(hei)色(se)(se)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)色(se)(se)澤穩定，具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)高的(de)(de)顯微(wei)硬度，并(bing)能對(dui)基體(ti)金屬提供有(you)效(xiao)的(de)(de)腐(fu)蝕防(fang)護；黑(hei)色(se)(se)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)主要(yao)元素組成包括(kuo)O、Al、Si、V和P，膜(mo)中化(hua)合(he)物(wu)主要(yao)以無定形(xing)態和/或(huo)微(wei)晶態形(xing)式存(cun)(cun)在，只發現少量的(de)(de)γ-Al2O3和ε-Al2O3晶體(ti)；黑(hei)色(se)(se)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)為較(jiao)(jiao)為疏(shu)松(song)的(de)(de)單層結構，其(qi)(qi)表(biao)面在微(wei)觀尺度上粗糙(cao)不平，存(cun)(cun)在較(jiao)(jiao)為密集的(de)(de)尺寸為μm量級(ji)的(de)(de)微(wei)孔，并(bing)有(you)明顯的(de)(de)高溫燒結痕跡和微(wei)裂紋；黑(hei)色(se)(se)陶(tao)瓷(ci)膜(mo)的(de)(de)微(wei)觀結構與其(qi)(qi)形(xing)成機制有(you)關。
ZL101鑄造(zao)鋁硅(gui)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)微弧(hu)氧(yang)化陶(tao)瓷膜(mo)(mo)生(sheng)長(chang)(chang)分(fen)為3個階段，氧(yang)化初期(qi)，電(dian)流(liu)密度較(jiao)高(gao)，但膜(mo)(mo)層生(sheng)長(chang)(chang)較(jiao)慢(man)。在膜(mo)(mo)快(kuai)速生(sheng)長(chang)(chang)階段，膜(mo)(mo)生(sheng)長(chang)(chang)速率達(da)到極大值；膜(mo)(mo)生(sheng)長(chang)(chang)進入平穩期(qi)后(hou)，基本(ben)保持恒(heng)定，樣品(pin)的(de)外(wai)部尺寸不再增加，膜(mo)(mo)逐(zhu)漸轉向基體內部生(sheng)長(chang)(chang)；合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)化元(yuan)素硅(gui)的(de)影(ying)響(xiang)主(zhu)要表現(xian)為氧(yang)化初期(qi)對(dui)膜(mo)(mo)生(sheng)長(chang)(chang)的(de)阻(zu)礙作用(yong)；鑄造(zao)鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)經過微弧(hu)氧(yang)化處理后(hou)，腐(fu)蝕電(dian)流(liu)大幅下降，極化電(dian)阻(zu)增加了幾個數量級；較(jiao)薄(bo)的(de)微弧(hu)氧(yang)化膜(mo)(mo)同(tong)樣大幅度提高(gao)了鋁-硅(gui)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)耐蝕性。
中性(xing)鹽霧腐(fu)(fu)蝕(shi)試驗法研究高(gao)強度鑄造鋁合金ZL205微弧(hu)氧化陶(tao)瓷(ci)膜的(de)(de)結(jie)果(guo)表(biao)明，微弧(hu)氧化處理能(neng)顯著提(ti)(ti)高(gao)ZL205的(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)，隨著厚度的(de)(de)增加，陶(tao)瓷(ci)膜的(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)提(ti)(ti)高(gao)，但在厚度達到一(yi)定值后，陶(tao)瓷(ci)膜的(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)提(ti)(ti)高(gao)不(bu)明顯；隨著厚度的(de)(de)增加，微弧(hu)氧化膜的(de)(de)表(biao)面(mian)形貌和相結(jie)構都發生變化，從而導(dao)致微弧(hu)氧化膜的(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)發生變化。
2電沉積層
電沉(chen)(chen)積(ji)(electrodeposition)是金(jin)屬(shu)(shu)或合(he)金(jin)從其化(hua)合(he)物(wu)水溶液、非(fei)水溶液或熔鹽中(zhong)電化(hua)學沉(chen)(chen)積(ji)的(de)過(guo)程。是金(jin)屬(shu)(shu)電解冶煉(lian)、電解精(jing)煉(lian)、電鍍(du)(du)、電鑄過(guo)程的(de)基礎。這些過(guo)程在一定的(de)電解質和(he)操作條件下進(jin)行，金(jin)屬(shu)(shu)電沉(chen)(chen)積(ji)的(de)難易程度(du)(du)以及沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)的(de)形態與沉(chen)(chen)積(ji)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)性質有關，也依賴于電解質的(de)組成、pH值(zhi)、溫度(du)(du)、電流密度(du)(du)等因(yin)素。利用電化(hua)學方法對(dui)ZL105鋁(lv)合(he)金(jin)表面電沉(chen)(chen)積(ji)Ni2SiC復合(he)鍍(du)(du)層的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性能進(jin)行了研究。結果表明，Ni2SiC復合(he)鍍(du)(du)層的(de)表面形貌與純Ni鍍(du)(du)層截然不同，耐(nai)(nai)蝕(shi)性能優于純Ni鍍(du)(du)層，經過(guo)300℃×2h熱(re)處理(li)后，耐(nai)(nai)蝕(shi)性能進(jin)一步得到提高。
3多弧離(li)子鍍(du)層(ceng)
多(duo)弧離(li)子(zi)鍍(du)是真(zhen)空(kong)室(shi)中，利(li)用(yong)(yong)氣體(ti)放電(dian)或被蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)物(wu)質部分離(li)化(hua)，在氣體(ti)離(li)子(zi)或被蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)物(wu)質粒子(zi)轟(hong)擊作用(yong)(yong)的(de)同時(shi)，將蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)物(wu)或反(fan)應物(wu)沉(chen)積在基片上。離(li)子(zi)鍍(du)把輝光放電(dian)現(xian)象、等離(li)子(zi)體(ti)技術和真(zhen)空(kong)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)三者有機結合起來，不僅能明顯地(di)改(gai)進了膜質量，而且還(huan)擴大了薄膜的(de)應用(yong)(yong)范圍。
其(qi)優(you)點(dian)是(shi)(shi)(shi)薄(bo)膜附著力強，繞(rao)射性好，膜材廣泛等(deng)。離(li)(li)(li)子鍍(du)種類很(hen)多(duo)，蒸發遠加熱(re)(re)方式(shi)有電(dian)阻加熱(re)(re)、電(dian)子束加熱(re)(re)、等(deng)離(li)(li)(li)子電(dian)子束加熱(re)(re)、高頻感應加熱(re)(re)等(deng)。多(duo)弧離(li)(li)(li)子鍍(du)采用的(de)(de)是(shi)(shi)(shi)弧光放電(dian)，而(er)并不(bu)是(shi)(shi)(shi)傳(chuan)統離(li)(li)(li)子鍍(du)的(de)(de)輝光放電(dian)進行沉積。簡單的(de)(de)說(shuo)，多(duo)弧離(li)(li)(li)子鍍(du)的(de)(de)原理就(jiu)是(shi)(shi)(shi)把陰極靶作為蒸發源，通(tong)過靶與(yu)陽極殼體(ti)之間的(de)(de)弧光放電(dian)，使靶材蒸發，從而(er)在空(kong)間中形(xing)成等(deng)離(li)(li)(li)子體(ti)，對基體(ti)進行沉積。在ZL201鋁(lv)合(he)金(jin)表面多(duo)弧離(li)(li)(li)子鍍(du)Ti-Cr-N涂(tu)層(ceng)，并在Ti-Cr-N涂(tu)層(ceng)上制備一層(ceng)脂(zhi)類薄(bo)膜。結(jie)果表明：Ti-Cr-N涂(tu)層(ceng)中的(de)(de)Cr以固(gu)溶體(ti)的(de)(de)方式(shi)存(cun)在于TiN晶體(ti)中，沒有形(xing)成單獨的(de)(de)CrN相(xiang)；涂(tu)層(ceng)可以有效(xiao)提高ZL201鋁(lv)合(he)金(jin)的(de)(de)抗鹽霧腐蝕(shi)的(de)(de)能力。
4化學(xue)復合鍍層
在(zai)鍍(du)(du)(du)覆(fu)溶液(ye)中(zhong)加(jia)入非水溶性(xing)的(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)微粒，使其與主體(ti)(ti)金(jin)(jin)屬(shu)共同沉積形成鍍(du)(du)(du)層(ceng)的(de)(de)工藝稱(cheng)之(zhi)為復合(he)(he)鍍(du)(du)(du)。若(ruo)采(cai)用電鍍(du)(du)(du)的(de)(de)工藝則稱(cheng)之(zhi)為復合(he)(he)電鍍(du)(du)(du)；若(ruo)采(cai)用化(hua)(hua)學鍍(du)(du)(du)的(de)(de)工藝則稱(cheng)之(zhi)為復合(he)(he)化(hua)(hua)學鍍(du)(du)(du)。所(suo)得(de)鍍(du)(du)(du)層(ceng)稱(cheng)為復合(he)(he)鍍(du)(du)(du)層(ceng)。原則上，凡可(ke)鍍(du)(du)(du)覆(fu)的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)均可(ke)作為主體(ti)(ti)金(jin)(jin)屬(shu)，但(dan)研(yan)究和應用較多的(de)(de)是鎳、鉻、鈷、金(jin)(jin)、銀、銅等幾種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)。作為固(gu)體(ti)(ti)微粒主要有兩類(lei)，一(yi)類(lei)是提高(gao)(gao)(gao)鍍(du)(du)(du)層(ceng)耐(nai)磨性(xing)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)硬度(du)、高(gao)(gao)(gao)熔點的(de)(de)微粒；一(yi)類(lei)是提高(gao)(gao)(gao)鍍(du)(du)(du)層(ceng)自潤滑(hua)特性(xing)的(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)潤滑(hua)劑微粒。在(zai)鑄鋁表(biao)面制(zhi)備(bei)Ni-P-金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)化(hua)(hua)學復合(he)(he)鍍(du)(du)(du)層(ceng)，結果(guo)表(biao)明，硫酸(suan)高(gao)(gao)(gao)鈰(shi)(shi)(shi)能(neng)促(cu)進金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)微粒進入鍍(du)(du)(du)層(ceng)，隨硫酸(suan)高(gao)(gao)(gao)鈰(shi)(shi)(shi)含量增加(jia)鍍(du)(du)(du)液(ye)穩定性(xing)大幅提高(gao)(gao)(gao)后(hou)趨于(yu)平穩，Ni-P-金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)復合(he)(he)鍍(du)(du)(du)層(ceng)耐(nai)磨性(xing)優于(yu)Ni-P鍍(du)(du)(du)層(ceng)，添加(jia)2mg/L硫酸(suan)高(gao)(gao)(gao)鈰(shi)(shi)(shi)后(hou)進一(yi)步顯著提高(gao)(gao)(gao)，與Ni-P鍍(du)(du)(du)層(ceng)相比，復合(he)(he)鍍(du)(du)(du)層(ceng)耐(nai)蝕性(xing)差，添加(jia)硫酸(suan)高(gao)(gao)(gao)鈰(shi)(shi)(shi)后(hou)有所(suo)改(gai)善。
5化學轉化膜
化(hua)(hua)學(xue)(xue)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)是使金(jin)(jin)屬(shu)與特(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)液相(xiang)接(jie)觸，在(zai)一定(ding)(ding)條件下發生化(hua)(hua)學(xue)(xue)反應，在(zai)金(jin)(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)形成(cheng)(cheng)(cheng)一層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)附著(zhu)力良好的(de)(de)(de)(de)(de)、難(nan)溶的(de)(de)(de)(de)(de)生成(cheng)(cheng)(cheng)物膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。這(zhe)些膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，或(huo)(huo)者(zhe)能(neng)保(bao)護(hu)基(ji)(ji)體(ti)金(jin)(jin)屬(shu)不受水和其(qi)它腐蝕(shi)(shi)介(jie)質的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，或(huo)(huo)者(zhe)能(neng)提高有(you)機涂膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)附著(zhu)性(xing)和耐老化(hua)(hua)性(xing)，或(huo)(huo)者(zhe)能(neng)賦予表(biao)面(mian)其(qi)它性(xing)能(neng)。化(hua)(hua)學(xue)(xue)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)由于是基(ji)(ji)體(ti)金(jin)(jin)屬(shu)直(zhi)接(jie)參與成(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)反應而生成(cheng)(cheng)(cheng)，因而與基(ji)(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)合力比電鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和化(hua)(hua)學(xue)(xue)鍍(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)大的(de)(de)(de)(de)(de)多。幾乎所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)都可以在(zai)選定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)介(jie)質中通過轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)處理，得到(dao)不同應用目的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，但目前工(gong)業(ye)上(shang)應用較多的(de)(de)(de)(de)(de)是鋼鐵(tie)、鋁、鋅(xin)、銅、鎂及其(qi)合金(jin)(jin)。化(hua)(hua)學(xue)(xue)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)同金(jin)(jin)屬(shu)上(shang)別的(de)(de)(de)(de)(de)覆蓋層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(例(li)如金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)電沉積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng))不一樣，它的(de)(de)(de)(de)(de)生成(cheng)(cheng)(cheng)必須有(you)基(ji)(ji)底(di)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)直(zhi)接(jie)參與，與介(jie)質中陰離子生成(cheng)(cheng)(cheng)自身(shen)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)產物(MmAn)，因此(ci)也可以說化(hua)(hua)學(xue)(xue)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)(cheng)實際上(shang)可看作是受控的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)過程。化(hua)(hua)學(xue)(xue)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)按(an)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)主要組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)物的(de)(de)(de)(de)(de)類型分(fen)為：氧化(hua)(hua)物膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，磷(lin)酸(suan)鹽(yan)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，鉻酸(suan)鹽(yan)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，草酸(suan)鹽(yan)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)等。
鋁合金在大氣環境下容易發生晶間腐蝕而破壞。目前應用的高強度鑄造鋁合金一般含有硅、銅、鎂等元素，這些元素的加入增加了合金的腐蝕敏感性。其次是表面硬度低，容易磨損，外表光澤不能保持長久，所以要求有較高的保護措施。其中在鋁合金表面上生成化學轉化膜具有設備簡單、成本低、投資省等優點。采用鉻酸鹽法在Y112合金上生成化學轉化膜，實驗結果表(biao)明(ming)，該轉(zhuan)化膜具有高的耐(nai)腐蝕(shi)性，并具有美觀的金黃色外表(biao)面(mian)。
以(yi)錳酸鹽和鋯鹽為(wei)主鹽，在鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)表面(mian)化(hua)(hua)學氧化(hua)(hua)得到的(de)化(hua)(hua)學氧化(hua)(hua)膜[13]的(de)腐蝕電位比鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)試樣(yang)的(de)腐蝕電位正0.45V左右，腐蝕電流密(mi)度僅0.286μA/cm2；交(jiao)流阻(zu)抗譜圖(tu)低(di)頻端的(de)阻(zu)抗值比鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)試樣(yang)的(de)值大一個(ge)數量級；鋁(lv)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)學氧化(hua)(hua)膜外觀呈金(jin)(jin)黃色(se)，具有(you)規(gui)則排列的(de)柱狀生長結構。
用(yong)無鉻化(hua)學方法在鑄鋁合金(jin)表面制得(de)黑色轉化(hua)膜(mo)(mo)，利用(yong)點(dian)滴試驗評價(jia)了膜(mo)(mo)的耐蝕性能。分別采用(yong)掃描(miao)電(dian)鏡及電(dian)子探(tan)針觀(guan)察膜(mo)(mo)的形貌、測(ce)定其組(zu)成(cheng)元素，最(zui)后提出了黑色膜(mo)(mo)的形成(cheng)機理(li)和耐蝕機理(li)。
6結語
鑄造鋁合金的表面耐腐蝕性處理可以通過電化學方法得以改善。現有的研究多停留在試樣上，應用研究較少。在實際應用中，單獨用一種工藝技術就能提高鑄造鋁合金的防護性、裝飾性和功能性問題比較少見，有必要對現有的改性技術綜合考慮，對此開展系統的研究。的表面耐腐蝕性改善和耐磨性改善的綜合研究更有意義。