新型鋁合金三價(jià)鉻復(fù)合轉(zhuǎn)化膜工藝研究

劉超，彭進(jìn)平,*，陳世榮，謝金平，范小玲

（1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣東致卓精密金屬科技有限公司，廣東 佛山 528247）

新型鋁合金三價(jià)鉻復(fù)合轉(zhuǎn)化膜工藝研究

劉超1，彭進(jìn)平1,*，陳世榮1，謝金平2，范小玲2

（1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣東致卓精密金屬科技有限公司，廣東 佛山 528247）

為克服非六價(jià)鉻鋁合金轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能不佳的問題，以Cr(NO3)3·9H2O、Na2MoO4·2H2O、NaH2PO4·2H2O為主要成膜物質(zhì)，采用單因素法對轉(zhuǎn)化液組分及轉(zhuǎn)化條件進(jìn)行優(yōu)化，在5052鋁合金表面制備三價(jià)鉻復(fù)合轉(zhuǎn)化膜。利用掃描電鏡、能譜儀分析了復(fù)合膜的形貌及成分，并通過硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)、中性鹽霧試驗(yàn)和動(dòng)電位極化曲線測量研究其耐蝕性能。結(jié)果顯示：以 15 g/L Cr(NO3)3·9H2O、10 g/L Na2MoO4·2H2O、10 g/L NaH2PO4·2H2O、0.15 g/L NH4HF2組成轉(zhuǎn)化液，在pH為3.3、溫度為40 °C的條件下反應(yīng)10 min，所得復(fù)合膜的耐蝕性較佳。該復(fù)合膜由Cr、Mo、P、O、Al、Mg等元素組成，在3.5% NaCl溶液中的腐蝕電位較基體正移了196 mV，腐蝕電流密度遠(yuǎn)小于基體。經(jīng)此鈍化液處理的樣品在中性鹽霧試驗(yàn)168 h后才發(fā)生點(diǎn)蝕。

鋁合金；三價(jià)鉻；復(fù)合轉(zhuǎn)化膜；鉬酸鈉；磷酸二氫鈉；耐蝕性能

First-author’s address:School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China

鋁及其合金作為一種具有優(yōu)良綜合性能的有色金屬材料，廣泛應(yīng)用于航天航空、建筑、汽車、機(jī)械設(shè)備等行業(yè)[1]。但鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低，在潮濕環(huán)境(特別是在含氯的潮濕環(huán)境)中極易造成微電池腐蝕[2-3]。鋁合金表面電化學(xué)處理和化學(xué)處理可有效防止鋁合金工件在使用前被腐蝕，但鋁合金表面電化學(xué)處理存在設(shè)備復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)，化學(xué)處理則因成本低、效率高而在近年來被廣泛應(yīng)用[4]。

鉻酸鹽氧化處理作為化學(xué)處理方法的一種，可顯著提高鋁及其合金表面的抗蝕能力，鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜也通常被認(rèn)為是在外表涂層被破壞時(shí)仍能為金屬基體提供較好保護(hù)作用的膜層，即具有“自愈”性能，這是其他化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)所無法達(dá)到的[5-6]。然而，由于鉻酸鹽毒性高、對環(huán)境污染嚴(yán)重，RoHS指令規(guī)定自2006年7月1日起，投放歐盟市場的電子等產(chǎn)品不得含有包括六價(jià)鉻在內(nèi)的 6種有毒有害物質(zhì)?，F(xiàn)在國內(nèi)環(huán)保呼聲日益高漲，我國也于2007年3月1日起執(zhí)行RoHS指令。鉻酸鹽處理技術(shù)被明令禁止后，尋找一種可以代替鉻酸鹽的表面處理方法迫在眉睫，同時(shí)也引發(fā)了許多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

近年來，鈦、鋯、稀土鹽、磷酸鹽等無鉻低毒轉(zhuǎn)化膜得到廣泛的研究，它們都具有取代鉻酸鹽的潛力，其中磷酸鹽膜已能應(yīng)用于涂裝行業(yè)[4]，但耐腐蝕效果不理想限制了它們的應(yīng)用[7]。三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜具有毒性低、成膜工藝簡單和耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，從工業(yè)應(yīng)用角度看，三價(jià)鉻體系可全面替代六價(jià)鉻鈍化工藝[8]。鉬與鉻是同族元素，在開發(fā)鉻酸鹽的替代工藝時(shí)，鉬元素受到人們的關(guān)注[9]。鉬酸鹽作為一種低毒低污染物質(zhì)，與鉻酸鹽有某些相似，鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜已被應(yīng)用到鋅材、鋼材、鎂合金表面，能顯著提高基材的耐蝕性能[10]。此外，鉬酸鹽能有效防止鋁合金發(fā)生點(diǎn)蝕，但單一的鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜耐蝕性不高，須與其他無機(jī)物復(fù)配使用。

鉬酸鹽雖然對金屬具有緩蝕作用，然而將其加入到三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜鍍液中用于鋁合金鈍化還未見報(bào)道。為了進(jìn)一步提高三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能，本文以三價(jià)鉻鹽、鉬酸鹽、磷酸鹽為主要成膜物質(zhì)，在鋁合金表面生成一種新型的復(fù)合轉(zhuǎn)化膜，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化了三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化液配方及轉(zhuǎn)化工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)

5052鋁合金試樣，化學(xué)成分為：(Si+Fe)≤0.45%，Cu≤0.40%，Mn≤0.10%，Mg 2.0% ～ 2.8%，Cr 0.15% ～ 0.35%，Zn≤0.10%，Al余量。

1. 1 基材前處理

脫脂(HN-526堿性清洗劑20 ～ 40 g/L，40 ～ 60 °C，2 ～ 6 min)→水洗→堿蝕(HN-120 30 ～ 40 g/L，室溫，15 ～60 s)→水洗→酸洗(HN-330 250 mL/L，68%硝酸250 mL/L，85%磷酸500 mL/L，20 ～ 40 °C，30 s ～ 2 min)→水洗。其中HN系列前處理劑均來自于廣東高力集團(tuán)。

1. 2 轉(zhuǎn)化膜的制備

1. 2. 1 三價(jià)鉻復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的制備

鈍化液組成和工藝條件：Cr(NO3)3·9H2O 0 ～ 30 g/L，Na2MoO4·2H2O 0 ～ 15 g/L，NaH2PO4·2H2O 0 ～ 25 g/L，NH4HF20.05 ～ 0.60 g/L，pH 2.0 ～ 3.7(用H3PO4或20% NaOH溶液調(diào)節(jié))，溫度25 ～ 50 °C，時(shí)間3 ～ 20 min。

通過單因素試驗(yàn)優(yōu)化轉(zhuǎn)化液組成和工藝條件。

1. 2. 2 六價(jià)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備

將預(yù)處理過的鋁合金試樣浸泡在含25 g/L CrO3、50 mL/L磷酸和3 g/L NH4HF2的鈍化液(常溫)中5 min，取出后水洗，冷風(fēng)吹干。

所有試樣均在常溫下室內(nèi)放置老化24 h后再進(jìn)行性能測試。

1. 3 復(fù)合膜的性能測試

1. 3. 1 外觀

目視成膜情況，如外觀顏色，膜的連續(xù)性及均勻性。

1. 3. 2 硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)

采用硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)法進(jìn)行轉(zhuǎn)化膜耐蝕性檢測。腐蝕液的配方為6.2 g CuSO4·5H2O + 2 mL濃鹽酸 + 150 mL去離子水。分別用滴定管滴加在處理后的試樣表面，液滴覆蓋處會(huì)因 Cu2+穿透鋁合金轉(zhuǎn)化膜層與基體接觸并發(fā)生氧化還原反應(yīng)而變成紅色。記錄滴定試樣表面由藍(lán)變紅的時(shí)間[11]，每個(gè)試樣取3處滴加，取其平均時(shí)間。變色時(shí)間越長，說明轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能越好。

1. 3. 3 鹽霧試驗(yàn)

鹽霧試驗(yàn)采用弘達(dá)儀器公司的HF-JS8052B型鹽霧箱，參照GB/T 10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行，試驗(yàn)溶液為5% NaCl溶液，pH為6.5 ～ 7.2，試樣表面與垂直方向成30°，箱內(nèi)溫度保持在(35 ± 2) °C范圍內(nèi)，壓力桶的溫度保持在(47 ± 1) °C范圍內(nèi)，采用連續(xù)噴霧方式，所需試驗(yàn)的樣板邊緣用熱熔膠進(jìn)行封閉。

1. 3. 4 電化學(xué)測試

電化學(xué)性能測試在上海辰華CHI760D型電化學(xué)工作站上進(jìn)行，采用三電極體系，工作電極為鈍化處理后的試樣，裸露面積為1 cm2，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極。試驗(yàn)介質(zhì)為3.5% NaCl溶液，掃描范圍為-1.2 ～ -0.2 V，掃描速率為10 mV/s。

1. 3. 5 轉(zhuǎn)化膜形貌及成分分析

轉(zhuǎn)化膜形貌采用日本電子JSM-6510型掃描電鏡(SEM)觀察，元素組成采用英國牛津X-ACT型能譜儀(EDS)分析。

2 結(jié)果與討論

2. 1 鈍化液組分優(yōu)化

2. 1. 1 NH4HF2

在Cr(NO3)3·9H2O 15 g/L、NaH2PO4·2H2O 10 g/L、Na2MoO4·2H2O 10 g/L，溫度40 °C，pH為3.3，反應(yīng)10 min的條件下，NH4HF2質(zhì)量濃度對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能的影響見圖1。由圖1可知：NH4HF2質(zhì)量濃度對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性有較大的影響，隨著 NH4HF2質(zhì)量濃度的增大，復(fù)合膜的耐蝕性先增強(qiáng)后減弱；當(dāng) NH4HF2質(zhì)量濃度達(dá)到0.15 g/L時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能最好，硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)可達(dá)到100 s左右。NH4HF2產(chǎn)生的F-具有刻蝕作用，可使鋁合金表面發(fā)生溶解[12]。當(dāng)NH4HF2質(zhì)量濃度小于0.15 g/L時(shí)，F(xiàn)-不足以刻蝕鋁合金表面，轉(zhuǎn)化膜成膜速率慢，膜層薄，耐蝕性能不理想；NH4HF2質(zhì)量濃度高于0.15 g/L時(shí)，鋁合金基體溶解速度大于成膜速度，影響復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的形成，這與實(shí)驗(yàn)過程中NH4HF2質(zhì)量濃度較高時(shí)鋁合金表面產(chǎn)生許多氣泡的現(xiàn)象相一致。

2. 1. 2 Cr(NO3)3·9H2O

在2.1.1的工藝條件下，固定NH4HF2質(zhì)量濃度為0.15 g/L，Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響見圖2。由圖2可以看出，Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度達(dá)到15 g/L時(shí)，轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能最好，耐硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)可達(dá)到100 s左右。開始時(shí)，隨著鈍化液Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度的升高，生成的復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能顯著增強(qiáng)，但當(dāng)Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度超過15 g/L以后，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能明顯降低。由圖2還可知，當(dāng)鈍化液中不含 Cr(NO3)3·9H2O時(shí)，轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性很低，加入 Cr(NO3)3·9H2O后膜層耐蝕性有較大提高，這說明Cr(NO3)3·9H2O是參與成膜的。當(dāng)Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度太低時(shí)，反應(yīng)較慢，生成的轉(zhuǎn)化膜層較薄，膜層不能很好地覆蓋基體表面，因而耐腐蝕性能較差；Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度太高時(shí)，反應(yīng)過快，生成的膜層結(jié)構(gòu)松散，因此耐腐蝕性能也較差。

圖1 NH4HF2質(zhì)量濃度對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 1 Influence of NH4HF2mass concentration on corrosion resistance of the composite conversion coating

圖2 Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 2 Influence of Cr(NO3)3·9HO mass concentration on corrosion resistance of the composite conversion coating

2. 1. 3 Na2MoO4·2H2O

在2.1.2的工藝條件下，固定Cr(NO3)3·9H2O質(zhì)量濃度為15 g/L，Na2MoO4·2H2O質(zhì)量濃度對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的影響見圖3。由圖3可知，鈍化液中不含Na2MoO4·2H2O時(shí)，轉(zhuǎn)化膜耐硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)的時(shí)間不足10 s，說明基體表面基本無膜層形成或表面膜層較薄。這是因?yàn)?Na2MoO4·2H2O在酸性介質(zhì)中具有氧化性，不含有Na2MoO4·2H2O的鈍化液不足以引發(fā)鋁合金的腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致基體表面不能形成轉(zhuǎn)化膜。隨著 Na2MoO4·2H2O濃度的增大，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能增強(qiáng)；Na2MoO4·2H2O質(zhì)量濃度為 10 g/L時(shí)，轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能最好。Na2MoO4·2H2O質(zhì)量濃度低于10 g/L時(shí)，鈍化液中鉬的有效成膜物質(zhì)較少，膜層中形成的鉬氧化物就較少，成膜較薄且不均勻，耐蝕性能不佳；當(dāng)Na2MoO4·2H2O質(zhì)量濃度大于10 g/L時(shí)，鈍化液氧化性增強(qiáng)，鋁合金腐蝕反應(yīng)加劇，成膜速率過快，導(dǎo)致膜層疏松，因而耐蝕性能也會(huì)下降。

2. 1. 4 NaH2PO4·2H2O

在2.1.3的工藝條件下，固定Na2MoO4·2H2O質(zhì)量濃度為10 g/L，NaH2PO4·2H2O質(zhì)量濃度對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能的影響見圖4。由圖4可知，鈍化液中不含NaH2PO4·2H2O時(shí)，生成的轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能很低。這是因?yàn)榻?jīng)三價(jià)鉻與鉬酸鹽鈍化形成的轉(zhuǎn)化膜表面由不同的顆粒構(gòu)成，不同顆粒之間存在一些微小裂紋或空隙，所以轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能不高。加入NaH2PO4·2H2O后， H2PO-4可與金屬鋁溶解產(chǎn)生的Al3+反應(yīng)形成沉淀，填補(bǔ)三價(jià)鉻與鉬酸鹽所形成的轉(zhuǎn)化膜表面顆粒之間的空隙，從而使轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能提高。當(dāng)NaH2PO4·2H2O質(zhì)量濃度過低時(shí)，達(dá)不到形成沉淀的溶度積而不能形成沉淀；NaH2PO4·2H2O質(zhì)量濃度過高時(shí)，鈍化液中磷酸鹽可與金屬離子形成配合物，不利于形成沉淀。因此，NaH2PO4·2H2O質(zhì)量濃度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能下降，其質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)，轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能最好。

圖3 Na2MoO4·2H2O質(zhì)量濃度對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 3 Influence of Na2MoO4·2H2O mass concentration on corrosion resistance of the composite conversion coating

圖4 NaH2PO4·2H2O質(zhì)量濃度對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 4 Influence of NaH2PO4·2H2O mass concentration on corrosion resistance of the composite conversion coating

2. 2 轉(zhuǎn)化條件的優(yōu)化

2. 2. 1 反應(yīng)溫度

在Cr(NO3)3·9H2O 15 g/L、Na2MoO4·2H2O 10 g/L、NaH2PO4·2H2O 10 g/L、NH4HF20.15 g/L，pH為3.3，鈍化時(shí)間為10 min的工藝條件下，鈍化液的pH對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響見圖5。由圖5可知：反應(yīng)溫度為40 °C左右時(shí)，復(fù)合膜的耐蝕性能最好；反應(yīng)溫度過高或過低，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能均有所下降。這是因?yàn)闇囟燃饶苡绊戅D(zhuǎn)化膜的成膜速率，又能影響鋁合金表面的溶解反應(yīng)。但反應(yīng)溫度低于40 °C時(shí)，溫度越低，成膜速率越慢，轉(zhuǎn)化膜層越不完整且厚度越薄；當(dāng)溫度高于40 °C時(shí)，由于F-的刻蝕作用加劇，鋁合金的溶解速率加快，導(dǎo)致成膜速率小于溶解速率，同時(shí)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體也會(huì)增多且吸附在金屬表面，對膜的形成不利。

2. 2. 2 鈍化液pH

反應(yīng)溫度為40 °C，其他條件同2.2.1時(shí)，pH對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能的影響見圖6。由圖6可知：鈍化液pH為3.3時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能最佳。pH低于3.3越多，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能越差，這是因?yàn)閜H降低，轉(zhuǎn)化液對鋁合金基體的刻蝕強(qiáng)度增加，鋁合金表面的溶解作用增強(qiáng)，不利于轉(zhuǎn)化膜的形成。pH大于3.3時(shí)，隨著pH升高，轉(zhuǎn)化液對鋁合金基體的溶解速率下降，轉(zhuǎn)化反應(yīng)不完全或難以進(jìn)行。這些都會(huì)導(dǎo)致復(fù)合膜的耐蝕性能降低。

圖5 溫度對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 5 Influence of temperature on corrosion resistance of the composite conversion coating

圖6 pH對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 6 Influence of pH on corrosion resistance of the composite conversion coating

2. 2. 3 鈍化時(shí)間

在2.2.2的優(yōu)選條件下，鈍化時(shí)間對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能的影響見圖7。由圖7可知：當(dāng)鈍化時(shí)間為10 min時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能最好；鈍化時(shí)間過長或過短，復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能均不佳。轉(zhuǎn)化膜的形成需要一定的時(shí)間，隨著鈍化時(shí)間的延長，轉(zhuǎn)化膜的生成速率和溶解速率相等，反應(yīng)體系處在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，處理時(shí)間過短時(shí)，轉(zhuǎn)化膜形成不完全，其耐蝕性能就差；但若鈍化時(shí)間過長，則轉(zhuǎn)化膜會(huì)交替生長和溶解，反應(yīng)生成的氫氣必須有逸出通道，因而新生的轉(zhuǎn)化膜疏松、孔隙率較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能亦差。

2. 3 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的性能

鋁合金在優(yōu)化后的工藝條件下鈍化成膜，隨后測其各項(xiàng)性能。

2. 3. 1 外觀

鋁合金鈍化處理后表面膜層為藍(lán)灰色，較均勻，有光澤，見圖8。

圖7 鈍化時(shí)間對復(fù)合膜耐蝕性能的影響Figure 7 Influence of passivation time on corrosion resistance of the composite conversion coating

圖8 鋁合金基板(左)及其鈍化處理后(右)的外觀Figure 8 Appearance of aluminum alloy before (left) and after (right) conversion treatment編者注：圖8原為彩色，請見C1頁。

2. 3. 2 微觀形貌、結(jié)構(gòu)及成分

圖9為復(fù)合膜的SEM形貌和EDS譜，表1為EDS分析結(jié)果。由圖9可知，鋁合金表面形成的轉(zhuǎn)化膜為致密的無定形結(jié)構(gòu)。表1顯示，轉(zhuǎn)化膜由O、Mg、Al、Mo、P、Cr等元素組成。

圖9 工藝優(yōu)化后所得復(fù)合膜的表面SEM照片及EDS譜圖Figure 9 Surface SEM image and EDS spectrum of the composite conversion coating obtained by optimized process on aluminum alloy

表1 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的元素成分Table 1 Elemental compositions of the composite conversion coating

2. 3. 3 極化曲線

圖10是鋁合金轉(zhuǎn)化處理前后在3.5% NaCl溶液中的極化曲線，表2為相對應(yīng)的擬合結(jié)果。由圖10和表2可知：成膜后的鋁合金試樣的腐蝕電流密度jcorr均遠(yuǎn)小于鋁合金基體的腐蝕電流密度；極化電阻Rp亦遠(yuǎn)大于未成膜試樣，而且腐蝕電位更正。以上說明成膜后，鋁合金的耐蝕性提高，生成的轉(zhuǎn)化膜使鋁合金基體表面電子轉(zhuǎn)移困難，抑制了陽極溶解過程(即腐蝕)。

2. 3. 4 中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)

未經(jīng)鈍化處理的鋁合金鹽霧腐蝕2 h就發(fā)生大面積腐蝕，經(jīng)過鈍化處理的鋁合金試樣在鹽霧腐蝕120 h后表面無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，168 h后出現(xiàn)點(diǎn)蝕，可見鈍化處理能顯著提高鋁合金的耐蝕性能。但由表3可知，基于三價(jià)鉻鈍化的復(fù)合轉(zhuǎn)化膜與六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜相比，其耐蝕性還有所不足。

圖10 5052鋁合金及其經(jīng)復(fù)合轉(zhuǎn)化處理或六價(jià)鉻鈍化后在3.5% NaCl溶液中的極化曲線Figure 10 Polarization curves for 5052 Al alloy and the composite conversion coating or hexavalent chromium passivation coating on it

表2 極化曲線電化學(xué)參數(shù)Table 2 Electrochemical parameters obtained from the polarization curves

表3 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜和六價(jià)鉻鈍化膜的耐蝕性比較Table 3 Comparison between corrosion resistance of composite conversion coating and hexavalent chromium passivation coating

3 結(jié)論

(1) 鋁合金表面三價(jià)鉻復(fù)合轉(zhuǎn)化經(jīng)優(yōu)化后的條件為：Cr(NO3)3·9H2O 15 g/L，Na2MoO4·2H2O 10 g/L，NaH2PO4·2H2O 10 g/L，NH4HF20.15 g/L，pH為3.3，溫度40 °C，反應(yīng)時(shí)間10 min。

(2) 在優(yōu)化后的條件下形成的復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的表面由Cr、Mo、P、O、Al、Mg等元素組成，膜層均勻、致密，呈藍(lán)灰色。

(3) 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能與六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜相比還有所不足，使復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能優(yōu)于鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜是今后努力的方向。

(4) 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜能顯著提高鋁合金的耐蝕性能，但是還需要對轉(zhuǎn)化液作進(jìn)一步分析，如考察轉(zhuǎn)化液的穩(wěn)定性。在提高鋁合金耐蝕性能的基礎(chǔ)上縮短鈍化時(shí)間，也是下一步工作需要考慮的問題。

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[ 編輯： 溫靖邦 ]

Study on a novel process of trivalent chromium-based composite conversion coating for aluminum alloy

LIU Chao, PENG Jin-ping*, CHEN Shi-rong, XIE Jin-ping, FAN Xiao-ling

A conversion bath mainly composed of chromium(III) nitrate, sodium molybdate, and sodium dihydrogen phosphate was developed based on single-factor experiment for optimization of bath composition and operation conditions, and then used to prepare a trivalent chromium-based composite conversion coating on the surface of 5052 aluminum alloy to overcome the poor corrosion resistance problem of non-hexavalent chromium conversion coating. The morphology and elemental composition of as-prepared composite conversion coating were analyzed by scanning electron microscopy and energy- dispersive spectroscopy, respectively. The corrosion resistance of the composite conversion coating was evaluated by cupric sulfate dropping corrosion test, neutral salt spray test, and potentiodynamic polarization curve measurement. The results indicated that the composite conversion coating obtained by treating from a bath comprising Cr(NO3)3·9H2O 15 g/L, Na2MoO4·2H2O 10 g/L, NaH2PO4·2H2O 10 g/L, and NH4HF20.15 g/L at temperature 40 °C and pH 3.3 for 10 min consists of Cr, Mo, P, O, Al, and Mg and shows optimal corrosion resistance. The corrosion potential of the composite conversion coating was positively shifted by 196 mV and its corrosion current density was much lower as compared with that of the aluminum alloy substrate. No pitting corrosion occurs on the surface of the sample with composite conversion coating in a 168-hour neutral salt spray test.

aluminum alloy; trivalent chromium; composite conversion coating; sodium molybdate; sodium dihydrogen phosphate; corrosion resistance

TQ153.6

A

1004 - 227X (2015) 21 - 1226 - 06

2015-06-30

2015-09-24

劉超（1991-），男，山東菏澤人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻饘俦砻嫣幚怼?/p>

彭進(jìn)平，副教授，(E-mail) Jppeng@gdut.edu.cn。