鋁合金有機無機復合無鉻鈍化膜的耐腐蝕性能實驗設計

胡會松

（深圳市鑫明達環保科技有限公司，廣東 深圳 518000）

腐蝕問題是金屬使用過程中重點關注的問題之一，金屬表面預處理的重要方式之一為鉻酸鹽鈍化技術，在多個領域中得出廣泛運用。隨著目前環保問題的重視，多個領域中均開始禁止鉻酸鹽使用，由此無鉻鈍化工藝逐漸受到歡迎。

1 無鉻鈍化膜的耐腐蝕性能實驗準備工作

本次實驗研究過程中選取的材料為2024鋁合金、純鋁、5052鋁合金。實驗研究中，電化學表面運用尺寸為1cm×1cm×1cm，選擇15cm×7.5cm×2mm鹽霧試驗材料，設置7.5cm×5mm×2mm硫酸銅點滴實驗所用材料，選擇蒸餾水作為實驗用水。選擇天津市巴斯夫化工有限公司生產的氫氧化鈉，上海埃彼化學試劑有限公司生產的硝酸，上海埃彼化學試劑有限公司生產的氟化鈉，天津市富宇精細化工有限公司生產的乳化劑OP-10，萊陽經濟技術開發區工廠生產的鹽酸37%。天津市巴斯夫化工有限公司生產的鄰苯二甲酸二丁酯[1]。

表1 純鋁化學組成

制備鈍化膜，將選擇的鋁合 金運用1000#、600#、2000#水磨金相砂紙打磨掉表面一些缺陷，包括毛刺、表面機械損傷等，直至表面無明顯劃痕。

將打磨完成的鋁合金放至無水乙醇之中進行10min超聲處理，將打磨之后的金屬碎屑去掉，以此保持金屬表面的干凈整潔。在45℃下將堿性脫脂溶液進行4min脫脂處理，將表面的金屬油脂等雜物去掉。對鋁合金使用2%AHNO3進行2min鋁合金處理，將表面的黑灰色膜去除。

2 鋁合金有機無機復合無鉻鈍化膜耐腐蝕性能實驗

2.1 進行電化學性能測試

電化學性能測試方法在金屬腐蝕檢測方式運用較為顯著，能夠充分反映鈍化膜保護激勵以及金屬腐蝕過程，可實現實時而快速地檢測。動電位極化曲線、交流阻抗譜法是最為常見的運用技術。本次研究中運用PARSTAT 2273電化學工作站，以此觀測鋁合金試樣的電化學表征。選用15mm×15mm尺寸的電極，以環氧樹脂封包電極的多個層面。實驗進行之前，運用1000#、2000#、600#、1500#水磨砂紙打磨鋁合金的工作電極，完成之后以二次蒸餾水將其表面充分清理干凈。將打磨完成的鋁合金放至無水乙醇之中進行10min超聲處理，水洗之后以無水乙醇或者丙酮擦拭干凈。

將實驗裝置放置好，準備3.5wt%NaCI溶液，將裝置放置在溶液之中進行30min浸泡，完成之后測量電極體系開路電位即OCP。在5min時間之內，若開路電位的振動幅度低于2mV，則說明電極體系開路電位狀態較為穩定，此時可以進行電化學測試。

電化學阻抗譜EIS測試過程中激勵信號選擇正弦波，設置10mV振幅，選擇1000kHz～10mHz掃描范圍。運用Z Simp Winver.3.軟件21對所得的實驗結果進行擬合分析。5050鋁合金測試過程中設置-600mV～+250mV電位掃描范圍，設置25mV/s掃描速度[2]。

針對2024鋁合金、純鋁測試過程中設置-250mV～+250mV電位掃描范圍，設置0.5mV/s掃描速度。電化學測試過程中的腐蝕介質選擇3.5wt%NaCI溶液。在室溫狀態下進行操作。實驗中的相關數據運用Power suitever.2.58軟件進行分析，在對所得出的電化學數據擬合分析過程中則運用Tafel外推法，由此得出最終的腐蝕動力學參數。

運用電化學性能測試，測試無鉻鈍化、空白、鉻酸鹽鈍化三種樣品腐蝕性，研究無鉻鈍化樣品與其他樣品之間腐蝕性能差異。

表2 無鉻鈍化、空白鉻酸鹽鈍化樣品相關數值

從表格中能夠看出，無鉻鈍化樣品腐蝕電流為1.261×10-1uAcm2，與空白樣品相比小3個數量級。

2.2 進行表面性能測試

選擇JSM-6700F型號的SEM電子顯微鏡進行鈍化膜表面形態掃描分析。運用EDS能譜分析儀檢測鈍化膜組分以及其中含量。在對鈍化膜測試方面則運用XRD X-射線能譜儀測試，實驗過程中設置10°≤20°≤90°實驗衍射角。通過表面測試而得出膜層中的一些相關數據，主要表現為膜層組成信息以及圍觀形貌等，通過對這些信息的整合而進行成膜耐腐蝕機理研究與成膜機理研究。

2.3 進行硫酸銅點滴實驗

目前鋁合金耐腐蝕性能最為常見的實驗測量方式之一是硫酸銅點滴實驗，在臨床中運用最為廣泛。通過大量的實驗數據研究能夠看出，鋁合金表面鈍化膜層的耐腐蝕性能研究層面，進行鹽霧試驗與點滴實驗能夠得出一致的檢測結果，可對鈍化膜耐蝕性情況進行定性體現，在耐腐蝕檢測方面具有很強的代表性。點滴實驗在實踐運用中較為廣泛，能夠定性而快速地反映出鈍化膜耐腐蝕性情況，同時起操作過程與實驗運用方法也較為簡單。硫酸銅點滴實驗方法為鋁合金點滴檢測過程中最為常見的運用方式之一。

圖1 5052鋁合金硫酸銅點實驗圖

此次實驗過程中，相關的數值標準參照國標GB6807-86，選擇35g/LNaCI、41g/LCuSO4·5H2O、18ml/L37%HCI。研究過程中在室溫狀態下，把藍色硫酸銅點滴液滴在室溫狀態之下滴在金屬表面位置，從而以此觀察溶液中顏色的變化情況，將溶液從藍色轉變為黑色的時間使用秒表進行記錄。針對每一個試片進行3次重復實驗。在每一個試片區中進行三次重復性實驗，并在其中五個不同位置點進行點滴測試，得出以上圖示結果，在圖中選擇平均數值。

2.4 硅烷氟鋯酸鹽鈍化工藝分析

鈍化液的主要化學成分包括六氟鋯酸鉀、氟化氫、硅烷聚合物、六氟鈦酸鉀等，成膜性能較為良好。硅烷氟鋯酸鹽鈍化工藝研究過程中相關的參數數值見下表3。

表3 硅烷氟鋯酸鹽鈍化工藝

鈍化工藝參數的主要影響因素為鈍化溫度、烘干溫度、ph、鈍化時間、空停時間等，研究過程中重點考察這幾個層面數據。企業與科研過程中經常運用到的研究方法為正交實驗設計方法，給方式較為簡單而經濟，運用過程中能夠顯著減少工作量。由此能夠分析工藝研究中各項參數之間的影響關系，并分析出最大的影響要素，從而據此制定出最佳的鈍化工藝參數。

通過正交實驗得出的結果以及參數數值對金屬表面位置進行預處理，以此固化成膜。完成之后觀察鈍化膜的表面顏色與外觀情況，之后按照國標GB6807-86中的相關規定配置硫酸銅并進行實驗。

從鈍化膜的外觀位置能夠大致看出鈍化膜外觀的好壞情況，較為理想的鈍化膜的外觀情況為成膜較為均勻，具有較為良好的光澤度，顏色較為飽和。但是這種依靠外部形態的觀測方式容易出現失誤，而硫酸銅點滴實驗操作方式的運用能夠得出較為精準的測量結果，可避免實驗出錯，由此實驗研究過程中可使用外觀判斷法作為輔助方式，而以硫酸銅點實驗作為實驗研究標準。

實驗研究中最佳的鈍化溫度15℃，最佳鈍化時間60s，HP值2，烘干溫度50℃，最佳空停時間為5s，次要研究要素為烘干溫度，對鈍化膜耐腐蝕性影響較為有限，一般設置50℃～110℃烘干溫度。

3 結語

硅烷成膜性較為良好，能夠有效防護鋁合金，因此有機成膜劑選擇硅烷。為了提升涂層和金屬基體結合力，可以利用含鋯溶液對金屬進行一定的鈍化處理，由此提升金屬耐腐蝕性，主要無機成膜劑可以選擇氟鋯酸鹽。本文通過不同實驗研究能夠得出所，與空白樣品相比，無鉻鈍化樣品具有較高的耐腐蝕性，具有與鉻酸鹽鈍化樣品大致相同的耐腐蝕性。