2024铝合金(AA2024)因高强度、高硬度、可进行热处理强化等优点而广泛应用于航空航天领域，但较高的铜量使其极易发生晶间腐蚀。为解决上述问题，航空工业中常采用铬酸盐转化膜作为该铝合金的表面处理技术。然而，由于绿色环保的要求，铬酸盐转化工艺将被无铬环保化处理技术所取代。

但目前尚无有效的环保化无铬转化膜能够满足AA2024铝合金的防护要求，因此，研制替代铬酸盐处理的无铬转化膜成为AA2024表面防护的技术难点。  本论文针对这一亟待解决的问题，在铝合金表面制备钛锆转化膜和硅烷膜替代铬酸盐转化膜，通过在转化液中加入经筛选的缓蚀剂进行配方工艺调整和优化。在AA2024表面制备了三种高性能无铬转化膜——灰色钛锆转化膜、金黄色钛锆转化膜及硅烷转化膜，并对转化膜的耐蚀性能和防护机制进行了研究。

论文取得的主要研究结果如下:  

1.提出以苯并咪唑为缓蚀剂的新型无铬钛锆转化膜工艺，制备与铬酸盐转化膜性能相当的钛锆转化膜。缓蚀剂苯并咪唑的加入有效的提高了钛锆转化膜的性能，在加入量为4g/L时，经168h中性盐雾试验表面无明显腐蚀产物产生，膜层表现出优异的耐盐雾性能。无铬钛锆转化膜由微米级的微小颗粒组成，膜层均匀平整，无明显缺陷;膜层主要由金属氧化物(TiO2，ZrO2，Al2O3)，金属氟化物(ZrF4和AlF3)和C-N复合物组成。电化学测试结果表明:经168h中性盐雾试验后，钛锆转化膜的自腐蚀电位达到了-0.5972V，自腐蚀电流降低了3个数量级，腐蚀电阻增加了2个数量级。由于苯并咪唑的缓蚀作用，有效抑制了铝合金基体腐蚀。  

2.提出基于六偏磷酸钠和苯甲酸钠的钛锆转化膜工艺，在AA2024表面成功制备金黄色无铬钛锆转化膜。苯甲酸钠和六偏磷酸钠的加入，对金黄色钛锆转化膜的耐蚀性能有着显著的提高。经168h中性盐雾试验后，转化膜表面颜色变浅，但无明显腐蚀产物产生。转化膜由微米级的圆球状颗粒组成，膜层均匀平整，无明显缺陷存在。钛锆转化膜主要由金属氧化物(TiO2，ZrO2，Al2O3)和金属氟化物(ZrF4和AlF3)组成。电化学测试结果表明:经168h中性盐雾试验后，转化膜自腐蚀电位升高了273mV，腐蚀电流降低了2个数量级，极化电阻增加了1个数量级。  

3.采用偶联剂A-187为前驱体、水杨酸为缓蚀剂，在AA2024表面成功制备硅烷转化膜，性能与铬酸盐转化膜相当(盐雾168h无腐蚀)。制备的硅烷膜，膜层均匀平整，无明显缺陷;硅烷膜主要由C，O，Si组成，硅烷膜可有效的提高铝合金的腐蚀电位(正移154mV)，膜下基体腐蚀反应的阻抗值随浸泡时间呈逐渐升高的趋势，硅烷的自钝化作用有效抑制基体的腐蚀，提高转化膜防护性能。  

4.采用环氧富铝涂料和丙烯酸涂料作为顶涂，对转化膜涂覆后的涂层体系防护性能进行评价。结果表明，三种转化膜与环氧富铝涂料的结合要好于与丙烯酸涂料的结合。两种涂料与三种转化膜配套后，经1000h中性盐雾试验，涂层无脱落、起泡、锈蚀的现象产生，均表现出优异的耐蚀性能。配套体系经附着力试验后表明，制备的钛锆转化膜和金黄色钛锆转化膜与两种涂层配套良好，满足试验标准GB9286-98中的规定，但硅烷膜与两种涂层配套较差，破坏程度均超过4级。

登录阅读