銅合金表面復(fù)合稀土鹽轉(zhuǎn)化新工藝

呂雪飛，劉　爽**，甘樹坤

(1.吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022;2.吉林化工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，吉林 吉林 132102)

銅合金具有良好的力學(xué)性能、熱塑性、易切削及易焊接性，被用于制造閥門、水管、空調(diào)內(nèi)外機(jī)連接管和散熱器等.但在濕度較高、腐蝕性介質(zhì)中，容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕[1]，導(dǎo)致銅合金工件使用壽命大大減短.采用表面鈍化成膜技術(shù)是銅及合金表面防腐蝕的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法.近年來稀土鹽被廣泛應(yīng)用，而對(duì)銅合金工件表面的稀土轉(zhuǎn)化膜的研究工作還僅限于對(duì)單一稀土鈍化工藝過程等方面的初步研究中.本文將通過正交試驗(yàn)獲得雙稀土鈍化新工藝，通過對(duì)銅合金工件表面進(jìn)行處理，在其表面形成雙稀土轉(zhuǎn)化膜，并對(duì)耐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià).

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　試件材料及流程

本實(shí)驗(yàn)所用試件為H62黃銅(市售)，即Cu-Zn合金，主要化學(xué)成分(Wt%)：61.811%Cu，35.662%Zn，其余為雜質(zhì).

線切割黃銅板狀試樣尺寸為25 mm×10 mm×2 mm，頂側(cè)打2 mm孔徑便于懸掛.

處理工藝流程為：碳化硅砂紙打磨拋光→蒸餾水流動(dòng)水洗→超聲波清洗→化學(xué)除油→流動(dòng)水洗→化學(xué)拋光→流動(dòng)水洗→酸洗→流動(dòng)水洗→ 稀土鈍化 →流動(dòng)水洗 →吹干備用[2].

1.2　試驗(yàn)方法

采用化學(xué)浸泡法對(duì)試樣進(jìn)行處理，所用試劑均為分析純，復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化新工藝條件通過正交試驗(yàn)獲得.

1.2.1前處理

(1) 研磨拋光：用碳化硅金相砂紙打磨工作面至2000#并用機(jī)械拋光以去掉原始金屬表面后水洗吹干.

(2) 化學(xué)除油：將干燥好的試樣浸入到化學(xué)除油液中除油，其主要試劑成分及工藝[3]見表1.

表1　化學(xué)除油過程工藝參數(shù)表

(3) 化學(xué)拋光：將要使用的試樣放入含有廢銅屑的化學(xué)拋光液中，在同一拋光總時(shí)間內(nèi)多次拋光使試樣達(dá)到鏡面光亮，其主要試劑成分及工藝[4]見表2.

表2　化學(xué)拋光過程工藝參數(shù)表

(4) 硫酸預(yù)酸洗：將拋光干燥后的試樣浸入到10%硫酸溶液中進(jìn)行活化以出去合金表面氧化膜，其工藝參數(shù)[5]如表3.

表3　酸洗過程工藝參數(shù)

1.2.2復(fù)合稀土鹽鈍化液配方

以文獻(xiàn)的單一稀土鹽鈍化液配方為依據(jù)[5,6]，確定以鑭鹽與鈰鹽比例為主要參數(shù)的銅合金表面復(fù)合稀土鈍化液最優(yōu)工藝，其成膜因素及水平見表4.其他成膜因素含量依照單一稀土正交試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果取值，分別為：檸檬酸14 g/L，磺基水楊酸10 g/L，表面活性劑0.1 g/L，成膜時(shí)間為5 min.

表4　雙稀土成膜因素及水平

1.3　膜層性能測(cè)試

根據(jù)L9(34)正交試驗(yàn)表進(jìn)行了9組實(shí)驗(yàn)，對(duì)膜層性能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如下：

根據(jù)正交試驗(yàn)所得的擇優(yōu)試驗(yàn)表，對(duì)預(yù)處理好的試樣進(jìn)行鈍化處理，并對(duì)各組試驗(yàn)獲得的膜層分析并給予評(píng)分，標(biāo)準(zhǔn)如下[6]：

(1) 外觀顏色：鍍膜黃銅表面應(yīng)是以金黃色為主的彩虹色，膜層應(yīng)連續(xù)完整，無脫脂棉可擦去的褐色及暗黃色疏松膜層.

(2) 表面光亮度：鍍膜黃銅表面應(yīng)表面光滑高亮度，無大理石狀發(fā)霧現(xiàn)象.

2　結(jié)果與討論

2.1　正交試驗(yàn)結(jié)果

由表5均值分析，A因素1水平最大，B因素1水平最大，C因素2水平最大，D因素2水平最大，因此由正交試驗(yàn)獲得的復(fù)合稀土鹽最佳配方為：A1B1C2D2，即各因素在復(fù)合稀土鈍化液中的參數(shù)如表6所示.

表5　復(fù)合稀土正交試驗(yàn)表及其數(shù)據(jù)分析

表6　正交試驗(yàn)確定的復(fù)合稀土鹽最佳工藝參數(shù)

2.2　對(duì)比試樣性能測(cè)試

利用硝酸點(diǎn)滴試驗(yàn)對(duì)添加雙稀土鹽、單一稀土鹽(硝酸鑭、硝酸鈰)的最優(yōu)鈍化液及未添加任何稀土鹽鈍化液所得膜層耐蝕性進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)比圖如1所示.

鈍化液類型圖1　不同鈍化液處理后試樣耐蝕性

從圖1可以看出，未添加任何稀土鹽的膜層耐硝酸點(diǎn)滴時(shí)間僅為10.71S，耐蝕性最差；而添加硝酸鑭鹽膜層耐腐蝕時(shí)間為19.1S，硝酸鈰鹽次之，僅為18.47S.添加雙稀土鹽(La/Ce)鹽的膜層耐硝酸點(diǎn)滴時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)21.98S，表明該膜層耐蝕性最好.

2.3　對(duì)比試樣膜層性能表征

采用JSM-6490LV型掃面電鏡對(duì)不同鈍化液配方獲取的轉(zhuǎn)化膜的形貌進(jìn)行表征[9-12]，圖2為不同工藝條件下各轉(zhuǎn)化膜在掃面電鏡放大200倍情況下的形貌對(duì)比圖.根據(jù)圖片可以看出，單一稀土鑭鹽試樣表面色澤較淡，有不允許存在的麻點(diǎn)缺陷及裂紋、基體裸露；而雙稀土鈍化液膜層表面色澤均勻呈現(xiàn)金黃色，膜層光滑致密，無缺陷存在.

(a) 單一稀土鑭鹽試樣表面

(b) 雙稀土鈍化液膜層表面圖2　不同鈍化液膜層SEM對(duì)比圖

3　結(jié)　　論

(1) 利用單一稀土鹽鈍化液試驗(yàn)確定鈍化液基本成分，并由正交試驗(yàn)獲得的銅合金表面最佳復(fù)合稀土鈍化液配方為：La(NO)3·6H2O-4 g/L、Ce(NO)3·6H2O-4 g/L、BTA-14 g/L、Na2MOO4·2H2O-3 g/L、C6H8O7·H2O-14 g/L、C7H7O6S·2H2O-10 g/L、C18H29NaO3S-0.1 g/L、鈍化溫度50 ℃、鈍化時(shí)間5 min.

(2) 利用硝酸點(diǎn)滴試驗(yàn)測(cè)試不同鈍化工藝條件下對(duì)比膜層的耐蝕性，結(jié)果表明：鑭鈰復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化膜可明顯提高銅合金表面耐蝕性能，且耐蝕性最強(qiáng).

(3) 采用掃面電鏡對(duì)各膜層形貌進(jìn)行表征，結(jié)果表明：與單一稀土鹽膜層相比，復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化膜更為均勻致密，其與基體較強(qiáng)的結(jié)合力有效的為銅合金表面提供了腐蝕防護(hù).

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