2519鋁合金微弧氧化膜表面沸石膜的制備及其耐蝕性

1 實驗

將2519鋁合金微弧氧化試樣切割成15 mm×15 mm大小的樣品，用水磨砂紙打磨樣品的截面，然后依次用酒精、蒸餾水各超聲清洗5min，在60℃下烘干備用。2519鋁合金微弧氧化樣品記為MAO。

本文所用試劑為四丙基氫氧化銨(TPAOH，25%水溶液)、正硅酸乙酯(TEOS，98%)、氫氧化鈉(NaOH，分析純)和去離子水。按照一定的摩爾比將TPAOH、TEOS、NaOH和H2O配成合成液，在室溫下攪拌至澄清。將準(zhǔn)備好的樣品垂直放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，然后倒入合成液，合成液沒過樣品即可，然后將反應(yīng)釜密封好，放入事先升溫至180℃的恒溫干燥箱中，進行第一次水熱合成，反應(yīng)時間為3h。反應(yīng)3h后，將樣品取出，蒸餾水中超聲5min，烘干，然后再放入反應(yīng)釜中，倒入新鮮的合成液，密封好以后，放入事先升溫至180℃的恒溫干燥箱中，進行第二次水熱合成，反應(yīng)時間為20h。在2519鋁合金微弧氧化表面制備了MFI型沸石膜之后的樣品記為MAO+MFI。

采用D/max 2500型X射線衍射儀對涂層進行物相分析。采用FEI-Quanta-200對樣品的表面及截面形貌進行觀察分析，并使用掃描電鏡附帶的Genesis 60S對樣品表面和截面元素成分組成進行定性分析和定量分析。使用CHI660E電化學(xué)工作站在3.5wt%NaCl水溶液中對不同的樣品(MAO樣品和MAO+MFI樣品)進行極化曲線測試和交流阻抗測試(EIS)。在本實驗中采用松香石蠟混合物封樣，使樣品裸露在外的面積為1 cm2。在進行極化測試之前將樣品浸泡半小時，極化曲線測試時的動電位掃描速度設(shè)置為2mV/s。在進行阻抗測試前，先測開路電位，待開路電位穩(wěn)定后，再進行阻抗測試，交流阻抗測試的頻率范圍為10-2～105Hz，振幅為10mV。

2 結(jié)果與討論

2.1 MAO樣品形貌特征及MAO+MFI樣品形貌特征

圖1為2519鋁合金微弧氧化樣品(MAO樣品)的表面形貌圖和截面形貌圖。由圖1(a)可以看出，微弧氧化膜的表面有很多微孔洞和微裂紋，由圖1(b)可以看出，微弧氧化膜層中也有些微孔洞。

(a)MAO樣品表面圖

(b)MAO樣品截面圖圖1 MAO樣品的表面形貌圖及截面形貌圖

圖2為MAO+MFI樣品的XRD圖譜。由圖2可以看出有明顯的鋁合金的峰、氧化鋁的峰和MFI型沸石的峰，這表明成功地在2519鋁合金微弧氧化膜表面制備了MFI型沸石膜。

圖2 MAO+MFI樣品的XRD圖譜

圖3為MAO+MFI樣品的表面、截面形貌圖及截面線掃描能譜圖。由圖3(a)可以看出，在鋁合金微弧氧化膜表面成制備了沸石膜，這層沸石膜連續(xù)、均勻、致密，且沸石顆粒之間較好地交互生長，沸石膜完全覆蓋了MAO基體的表面。由圖3(b)可以看出，沸石不僅覆蓋在微弧氧化膜層的表面，還填充了微弧氧化膜中通孔及孔洞。圖3(c)為截面線掃描能譜圖，可以看出，MFI涂層的厚度大約為9μm，此前余晨韻等人[9]在7055鋁合金表面制備沸石膜，厚度大約為25μm，但是涂層的耐蝕性能更多地是與涂層的致密度有關(guān)而不是厚度。

圖3 MAO+MFI樣品的表面和截面形貌圖及截面線掃描能譜圖

2.2 MAO樣品及MAO+MFI樣品的耐蝕性

圖4 MAO樣品和MAO+MFI樣品在3.5%NaCl溶液中的極化曲線圖表1 圖4中極化曲線的擬合結(jié)果

樣品類型Icorr/(A·cm-2)Ecorr/VMAO樣品1.565×10-7-1.163MAO+MFI樣品6.442×10-9-1.161

圖4為MAO樣品和MAO+MFI樣品在3.5%NaCl溶液中的極化曲線圖。從圖4可以看出，在微弧氧化層表面制備了沸石膜之后，腐蝕電流密度明顯降低了，由表1看出，MAO樣品的腐蝕電流密度為1.565×10-7A·cm-2，MAO+MFI樣品的腐蝕電流密度為6.442×10-9A·cm-2，說明在MAO樣品表面制備了沸石膜之后，提高了基體的耐蝕性能。

圖5為MAO樣品和MAO+MFI樣品在3.5%NaCl溶液里浸泡3h和288h的EIS圖譜(a為Nyquist圖，b和c為Bode圖)。圖6為MAO樣品和MAO+MFI樣品的EIS等效電路圖。MAO樣品的EIS圖根據(jù)圖6b進行擬合。表2為根據(jù)圖6所示等效電路圖擬合的數(shù)據(jù)。由圖5c可以看出，MAO樣品的阻抗圖有兩個時間常數(shù)，一個位于高頻區(qū)(104～105Hz)，一個位于中低頻區(qū)(10-2～104Hz)。微弧氧化膜由多孔層和致密層組成[10]，高頻區(qū)的時間常數(shù)對應(yīng)于微弧氧化膜的多孔層，而中低頻區(qū)的時間常數(shù)對應(yīng)于微弧氧化膜的致密層。等效電路圖中的CPE1和 R1反映了微弧氧化膜的多孔層特性，CPE2和 R2反映了微弧氧化膜的致密層特性。表征致密層的阻抗值R2比較小，但是R2比R1大得多，這說明微弧氧化層中起到耐蝕作用的主要是致密層。

由圖5c可以看出，浸泡3h，阻抗圖在高頻區(qū)(103～105Hz)有一個時間常數(shù)。浸泡至288 h，阻抗圖有兩個時間常數(shù)，一個在高頻區(qū)(103～105Hz)，一個在中低頻區(qū)(10-2～103Hz)。MAO+MFI樣品的EIS圖根據(jù)圖6a和圖6b進行擬合。等效電路圖中的CPE1和 R1反映了沸石膜的特性，W表征擴散特性，CPE2和 R2反映了被沸石填充了的微弧氧化膜多孔層的特性。在浸泡開始的最初階段，NaCl溶液通過擴散的形式通過沸石膜，當(dāng)浸泡至288 h，NaCl溶液通過沸石膜到達被沸石填充了的微弧氧化膜多孔層，有兩個時間常數(shù)，高頻區(qū)的時間常數(shù)對應(yīng)于沸石膜，中低頻區(qū)的時間常數(shù)對應(yīng)于被沸石填充了的微弧氧化膜多孔層，表征沸石膜的阻抗值R1基本沒變。浸泡了3 h，表征沸石膜的特性的R1比微弧氧化膜的多孔層特性的R1高了2個數(shù)量級；浸泡了288 h，表征沸石膜的特性的R1比微弧氧化膜的多孔層特性的R1高了4個數(shù)量級；圖5b的阻抗-頻率圖很直觀的說明MAO+MFI樣品的阻抗值比MAO樣品的阻抗值高。通過和MAO樣品的阻抗結(jié)果比較，在MAO樣品表面制備了沸石膜后試樣的耐蝕性有了很大的提高。

(a為Nyquist圖，b和c為Bode圖)圖5 MAO樣品和MAO+MFI樣品在3.5%NaCl溶液里浸泡3 h和288 h的EIS圖譜

樣品浸泡時間/hCPE1-T/(F·cm-2)R1/(Ω·cm2)n1CPE2-T/(F·cm-2)R2/(Ω·cm2)n2W-RMAO34.95×10-8280.112.11×10-61560100.7512888.28×10-63.3210.8593.21×10-4103310.794MAO+MFI33.09×10-9401660.890///7.97×1062883.40×10-9326170.9053.53×10-63.991×1060.554

3 結(jié)論

(1)采用二次水熱合成法成功地在2519鋁合金微弧氧化膜表面制備了MFI型沸石膜，沸石膜均勻、連續(xù)、致密，沸石顆粒之間很好地交互生長。

(2)在3.5%NaCl溶液中對MAO樣品和MAO+MFI樣品進行極化曲線測試，MAO+MFI樣品的腐蝕電流密度比MAO樣品的腐蝕電流密度低了大約兩個數(shù)量級。

(3)在3.5%NaCl溶液中對MAO樣品和MAO+MFI樣品進行交流阻抗測試，MAO+MFI樣品的高頻阻抗和低頻阻抗分別比MAO樣品的高頻阻抗和低頻阻抗高了大約兩個數(shù)量級。

(4)極化曲線測試和交流阻抗測試的結(jié)果均表明在2519鋁合金微弧氧化膜表面制備了沸石膜之后，有效提高了基體的耐蝕性能。

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(本文文獻格式：邢鋆，陳明安.2519鋁合金微弧氧化膜表面沸石膜的制備及其耐蝕性[J].山東化工,2017,46(13):26-29.)

Preparation of MFI Zeolite Film on Micro Arc Oxidation(MAO)Coating of 2519 Aluminum Alloy and Its Corrosion Resistance

XingJun，ChenMing'an

(College of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)

MFI zeolite film was prepared on the surface of micro arc oxidation coating of 2519 aluminum alloy by secondary hydrothermal synthesis. X ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer were used to analyze the phase,morphology and elemental analysis. The corrosion resistance was analyzed by polarization curve test and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the corrosion resistance of substrate was greatly improved by MFI zeolite film.

2519 Al alloy;MAO;zeolite film;corrosion resistance

2017-04-26

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFB0300901)

邢鋆(1990—)，女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事鋁合金防腐蝕涂層研究。

TQ133.1

1008-021X(2017)13-0026-04