铝合金表面防腐技术综述

铝合金表面防腐技术综述

摘要:铝合金具有众多的优异性能,但其较低的耐蚀性限制了它的进一步发展和应用。本文综述今年来铝合金的表面防腐蚀处理方法。包括化学转化、阳极处理、化学镀、热喷涂等,并简单介绍了纳米涂层技术在铝合金表面防腐方面的应用。

关键词:铝合金防腐表面处理

铝合金是一种常见的合金材料,具有高的比强度、低密度、加工性能好和可热处理强化等优点,在航空航天领域有着良好的应用前景。但在时效处理后,由于在晶界析出θ(CuAl2)相、S(CuMgAl2)相及少量MnAl6等第二相,使得晶界周围形成贫Cu区而易出现沿晶型的局部腐蚀。因此,研究铝合金的抗腐蚀性能具有重要意义。本文将对提高铝合金耐蚀性的表面处理方法进行介绍,其中包括化学转化、阳极氧化、镀层、热喷涂技术及纳米涂层技术等。

1 氧化处理

1.1 化学氧化膜处理

化学氧化法是指通过化学反应在表面生成一层薄的氧化膜的过程。该方法得到的氧化膜厚度约在0.5～4μm,膜层多孔,具有良好的吸附性,一般可作为有机涂层的底层,其耐磨性和抗腐蚀性均低于阳极氧化膜。化学氧化法的特点是:操作方便,设备简单,不消耗电能,生产率高,

成本低,多用于不适合电化学处理的铝及铝合金制品。常见的氧化方法有铬酸盐氧化法、碱性铬酸盐氧化法、磷酸盐-铬酸盐氧化法。铬酸盐氧化法获得的膜层具有膜层薄、导电性及耐蚀性好,与有机涂层结合力好等特点,在电气、机械、航空和日用品制造业领域中有广泛的应用;碱性铬酸盐氧化法获得膜层一般为金黄色,膜厚0.5～1μm,适用于铝镁、铝锰合金;磷酸盐-铬酸盐氧化法,亦成为磷化法,膜为无色到浅蓝色,膜厚3～4μm,膜层致密,耐蚀性强,适用于铝合金。

1.2 阳极氧化处理

阳极氧化处理是指在电解质溶液中,具有导电表面的试件置于阳极,在外电流的作用下,在试件表面形成氧化膜的过程,所生成的膜为阳极氧化膜或电化学转化膜。电化学氧化按照电解液的主要成分可以分为:硫酸阳极氧化、草酸阳极氧化、铬酸阳极氧化。这些方法的处理液与化学转化一样含有铬,同时由于处理液的成分对氧化膜的结构和组成有很大的影响。现在该方法的研究仍主要集中在处理液的改进上。稀土化合物因为具有低毒性和环境友好性等的特点,成为研究的热点,将稀土元素应用到铝合金化学转化膜中的研究是一个热点方向。

1.3 微弧氧化

微弧氧化(MAO:Micro-arc Oxidation)又称为未等离子体氧化(MPO:Micro Plasma Oxidation)或阳极火花沉积(ASD:Anodic Spark

Deposition),是在阳极氧化基础上发展起来的新型铝合金表面陶瓷化技术。该技术利用高能密度的微等离子弧使生成的膜层和硬度大幅度提高,而且工艺简单、效率高、无污染、处理能力强,是一项很有前途的表面处理新技术,与普通的阳极氧化相比,其工作电压更高、工作电流更大,得到的陶瓷膜与阳极氧化膜结构一样,但是它的膜空隙小、孔隙率低、与基体结合紧密、摩擦因数小、分布均匀,从而具有更高的耐蚀性和耐磨性。

2 涂层处理

2.1 化学镀处理

由于铝是十分活泼的金属,表面极易在溶液中形成氧化膜,妨碍金属键的形成,故在其表面进行电镀或化学镀比较困难,一般都会先在铝合金表面预镀镍,然后再次基础上镀其他金属。化学镀镍工艺中应用最广的是化学镀Ni-P,主要有浸锌-预镀层法和直接化学镀镍两种。浸锌法的主要缺点是在潮湿的腐蚀环境中,锌相对于镍镀层是阳极,将受到横向腐蚀,最终导致镍层剥落。此外,过渡锌层熔点低,限制了应用范围,而且两次浸锌之间还有一次硝酸退锌工序,污染生产环境,而且浸锌层还对化学镀镍溶液造成污染。目前,商品浸锌合金溶液中含有氰化物,危害性大,不符合环保要求。尹国光等人,研究了一种活化-预化学镀镍磷合金金属,其特点在于无浸锌层,经活化后在表面产生一层很

薄的催化性镍,然后预化学镀镍磷合金,形成薄层致密镍后再进行下道镀覆,以提高镀层结合力和耐蚀性,并能简化工序,改善生产环境。

2.2 热喷涂

热喷涂方法是一种成熟、有效的表面处理方法。该工艺灵活,适用范围广,生产效率高,基体及喷涂材料广泛,除火焰喷焊及等离子弧粉末堆焊外,用热喷涂工艺加工的工件受热较少,工件产生的应力变形很小。热喷涂工艺根据热源及热喷涂材料和工艺的不同,可以分为:(1)金属材料火焰喷涂,该方法以氧-乙炔为热源,用氧、空气或其他气体作为喷射气流。该方法设备简单,操作容易,机动灵活,在机械、化工、能源、交通工程等领域得到广泛应用;(2)金属粉末火焰喷涂(焊)是将金属粉末经氧-乙炔火焰加热后喷涂在工件上,形成涂层;通过加热重熔,在工件不熔化的情况下,加热涂层并令其与工件表面融合,从而形成冶金结合涂层。其实质是:固态金属被液态金属溶解而相互结合的过程;(3)塑料粉末火焰喷涂是将塑料粉末通过以氧-乙炔为热源的喷枪,被加热到熔融状态,呈雾状喷到工件表面形成塑料涂层的方法。热喷涂金属,对铝合金的耐蚀性虽然得到了改善,但是热喷涂的方式得到的涂层呈层状分布于基体的结合力较低,涂层孔隙率较高,这些都需要进一步改善。但目前对于热喷涂所形成的涂层的后处理技术,如激光熔覆、密封处理、热压、阳极电镀等都可以进一步提高了喷涂后铝合金的耐受性能。

3 其他涂层技术

随着纳米技术的不断发展,纳米涂层的研究逐渐成为热点课题。纪红等,采用溶胶-凝胶法,在LY12铝合金表面形成铈纳米薄膜,这种方法具有工艺简单,膜层均匀、致密,可起到提高材料表面性能的防护作用,具有很好的应用前景。王双红等,采用两步法在AA601铝合金表面制备钛锆-氨基三甲叉磷酸盐复合膜,经过72h盐雾腐蚀后,钛锆-氨基三甲叉磷酸盐复合膜的腐蚀面积小于10%,极大的提高了铝合金的耐蚀性能。

总之,不同的表面处理方法都在不同程度上提高了铝合金的耐蚀性能,但是各个方法都不可避免的存在自身的不足。因此,在对铝合金进行表面处理的时候,应综合一个或多种工艺对材料进行综合处理,利用不同工艺的不同优异特性,有选择的获得各个工艺的优点,最大程度的弥补单个工艺的不足。

参考文献

[1] 胡传炘.表面处理手册.北京:北京工业大学出版社,2004.

[2] 王成,江峰.LY12铝合金铈化学转化膜的结构及耐蚀性研究[J].材料保护,2002.

[3] 张新宇,石玉龙,方明.维护养护陶瓷膜的性能研究[J].电镀与涂饰,2002.