鋁合金磷化膜性能的研究

王 昕， 李思昊， 任廣軍

(沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽 110159)

鋁合金磷化膜性能的研究

王 昕， 李思昊， 任廣軍

(沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽 110159)

采用中溫鋅系磷化工藝對LY12硬鋁合金進行磷化處理獲得磷化膜。通過硫酸銅點滴試驗，電化學(xué)測試等考查了磷化膜的耐蝕性;利用掃描電子顯微鏡、能譜儀等對磷化膜的表面形貌、化學(xué)成分進行分析。結(jié)果表明，該磷化膜外觀顏色呈淺灰色，均勻光亮，耐蝕性好，硫酸銅試驗?zāi)臀gt為63 s，線性極化電阻為4.174 kΩ;表面形貌為片狀晶體層層堆積形成的磷化膜結(jié)構(gòu)，膜層的元素組成主要是Zn、P、O，磷酸鋅為磷化膜的主要物質(zhì)。

鋁合金;鋅系磷化;磷化膜性能

引 言

鋁及其合金由于密度小，加工性能好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良，塑性好，易于成形，價格便宜等優(yōu)點在輕工、建材、航天和電子等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。鋁合金表面一般多采用電化學(xué)處理和化學(xué)處理，相對于電化學(xué)處理來說，化學(xué)處理具有生產(chǎn)工藝簡單，不需要電源設(shè)備、冷凍裝置及空壓機，操作簡便，成本低，效率高等優(yōu)點，近年被廣泛應(yīng)用［1-2］。

鋁合金表面化學(xué)處理包括含鉻化學(xué)處理法和無鉻化學(xué)處理法。含鉻轉(zhuǎn)化膜主要有:鉻酸鹽膜和鉻酸-磷酸鹽膜，膜層具有優(yōu)良的防護性和涂裝性能，但Cr(Ⅵ)有毒已被限制［3-4］。目前正在研究的無鉻轉(zhuǎn)化膜有:鈦或鋯鹽轉(zhuǎn)化膜、單寧酸鹽轉(zhuǎn)化膜、高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜、鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜及稀土鹽轉(zhuǎn)化膜等。近年來在鋁及其合金領(lǐng)域，磷酸鹽膜的應(yīng)用日漸廣泛，已應(yīng)用于涂裝。本文采用中溫鋅系磷化工藝對LY12硬鋁合金進行磷化處理，考察磷化膜的性能。

1 實驗

1.1 實驗材料及工藝流程

LY12硬鋁合金試片，規(guī)格50 mm×20 mm×2 mm。

LY12硬鋁合金磷化工藝流程為:試片→水洗→脫脂→水洗→堿蝕→水洗→光亮酸蝕→水洗→表面調(diào)整→水洗→磷化處理→水洗→老化處理。

1.2 磷化溶液配方及操作條件

通過實驗確定磷化處理溶液配方及操作條件為:

1.3 磷化膜性能檢測

采用硫酸銅點滴試驗法進行磷化膜耐蝕性檢測，方法參見文獻［5］。

采用PARSTAT2273型電化學(xué)工作站測試磷化膜在3.5%NaCl溶液中的穩(wěn)態(tài)電流-電位(I-φ)曲線。測試使用三電極體系，工作電極為磷化膜，輔助電極為213型鉑電極，參比電極為232型飽和甘汞電極，掃描速率為5 mV/s。

采用日本日立公司生產(chǎn)的101型掃描電子顯微鏡，觀察鋁合金磷化膜的表面形貌，通過隨機配置的能量散射譜儀對磷化膜的化學(xué)成分進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷化膜耐蝕性

圖1為磷化膜的硫酸銅點滴試驗結(jié)果。由圖1可知，隨著磷化時間的延長，磷化膜的硫酸銅試驗?zāi)臀g時間延長，耐蝕性增強;當(dāng)磷化t為20 min時，硫酸銅點滴試驗可達63 s。

圖1 磷化膜硫酸銅點滴試驗結(jié)果

2.2 磷化膜層的電化學(xué)分析

通過對不同磷化時間條件下鋁合金磷化膜在3.5%NaCl溶液中進行電化學(xué)測試，得到極化曲線如圖2，并根據(jù)圖2計算了線性極化電阻列于表1。

圖2 極化曲線

表1 不同磷化時間的線性極化電阻

由圖2可以看出，隨著磷化時間的延長，磷化膜的腐蝕電位正移，腐蝕電流密度減小，表明其耐蝕性增加;由表2的線性極化電阻可知，當(dāng)磷化時間延長時，磷化膜的線性極化電阻增加，磷化t為20 min時，其線性極化電阻可達4.174 kΩ。

2.3 磷化膜的表面形貌

圖3為磷化膜表面形貌(SEM)照片。由圖3可以看出，磷化膜的結(jié)晶均勻細致，表面形貌呈片狀晶體堆積形成的膜結(jié)構(gòu)，堆積方式比較混亂，片狀晶體最大l為20 μm，磷化膜為多孔膜結(jié)構(gòu)。

圖3 磷化膜的SEM照片

2.4 磷化膜層的能譜分析

磷化膜的能譜分析如圖4所示，磷化膜層的元素組成成分列于表2。從圖4和表2可以看出，鋁合金磷化膜的元素組成主要是Zn、P和O，磷酸鋅為磷化膜的主要物質(zhì)。

表2 磷化膜的元素組成

3 結(jié)論

給定配方得到的鋁合金鋅系磷化膜外觀顏色呈淺灰色，均勻光亮致密，硫酸銅點滴試驗?zāi)臀gt為63 s;電化學(xué)測試表明磷化時間延長，磷化膜的腐蝕電位正移，腐蝕電流密度減小，磷化20 min時，磷化膜線性極化電阻為4.174 kΩ;磷化膜表面形貌呈片狀晶體層層堆積結(jié)構(gòu)，磷化膜層的組成元素主要是Zn、P 和 O。

［1］曹鵬軍，仵海東.鋁合金的轉(zhuǎn)化膜處理工藝研究［J］.表面技術(shù)，2003，32(2):44-46，60.

［2］張圣麟，張小麟.鋁合金無鉻磷化處理［J］.腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2008，20(4):279-282.

［3］張圣麟，陳華輝，張明明，等.Fe2+對鋁合金無鉻磷化的影響［J］.金屬熱處理，2007，32(12):78-80.

［4］ZHANG Shenglin，ZHANG Xiaolin，ZHANG Mingming.Zinc phosphating of 6061-A1 alloy using REN as additive［J］.Journal of Rare Earths，2008，26(1):110-114.

［5］孔祥峰，任廣軍.鋁合金磷化工藝研究［J］.電鍍與精飾，2010，32(7):32-34.

Properties of Phosphating Coating on Aluminium Alloy

WANG Xin，LI Xi-hao，REN Guang-jun
(School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

The phosphating coating were obtained by zinc phosphating system on LY12 aluminum alloy under medium temperature.Corrosion resistance of the coating was investigated by copper sulfate titration and electrochemical tests，surface morphology and composition of the coating were observed and determined by SEM and EDS respectively.Results showed that the phosphating coating was in light grey color，bright and uniform with higher corrosion resistance.In dropping experiment，color of the coating was changed after 63 seconds，and linear polarization resistance is about 4.174 kΩ.The phosphating coating was in flake like structure，which composed by zinc，phosphorous and oxygen in the phase of zinc phosphate.

aluminum alloy;phosphating coating;properties

TQ153.2

A

1001-3849(2012)01-0036-03

2011-06-28