沉积Cerium-Based转换涂料在380铝合金

文摘

Cerium-based转换涂料铸态380铝合金基体上沉积了自发浸过程。在这项研究中,洗涤温度的影响之前,沉浸在涂层沉积的解决方案对表面形貌,研究了电化学反应,涂层的耐蚀性。电池板在清洗在涂层表面涂有大裂缝和孔洞。相比之下,面板冲洗之前涂层均匀涂层形态较少,规模较小的裂缝。电化学测试表明,涂层沉积在基板清洗高阻抗(~ 80 kΩ·厘米吗²),降低腐蚀电流(~ 0.34一个/厘米²)相比,涂层沉积在基板清洗10 kΩ·厘米²阻抗和2.7一个/厘米²腐蚀电流。最后,ASTM B117盐雾测试表明,冲洗涂层之前导致cerium-based转换涂料能够抵抗盐反面的形成至少8天。

1。介绍

铝铸造合金广泛应用于汽车和航空行业创新,轻质材料和产品形式需要提高性能(1]。普通铝铸造合金含有影响机械性能的合金添加剂,流动性和耐腐蚀2]。例如,3 xx。x系列包含高尚的硅和铜等合金元素,能促进点状腐蚀,导致失败的铝合金组件(3]。

铬酸盐转化涂层用于腐蚀保护各种铝合金组件(4]。然而,六价铬的毒性和致癌性质(Cr^{6 +})造成严重限制强加于使用铬酸盐(5- - - - - -7]。因此,环保替代铬酸盐都进行了广泛的调查(8]。潜在的替代铬酸盐转化涂层包括阳极氧化涂层(9),动力源抑制剂在转换涂料(10),和溶胶-凝胶涂层11]。铬酸中潜在的替代品,稀土抑制剂吸引了大量关注。辛顿等人首先调查cerium-based转换涂料(主要单位)作为环保替代铬酸盐转化涂层(12,13]。

耐腐蚀的主要单位是源自屏障属性和积极应对环境(14,15]。主要单位的屏障保护特性研究了通过改变工艺参数,具体表面处理(16,17),治疗后(18),和明胶的使用(19]。主要单位的耐腐蚀高强度铝合金通过筛选优化的研究检验了变量如铈浓度、沉积溶液的pH值、过氧化氢浓度(20.,21]。喷雾沉积的构成解决方案用于目前的研究是基于Pinc等的工作。19),表现出最好的耐腐蚀性能在半岛2024 - t3。

先前的研究都集中在主要单位的沉积机制从氯化铈的解决方案到铝合金基体上。辛顿和威尔逊[22)推测许多电化学细胞会出现由于金属间化合物粒子的不同活动时铝合金表面合金沉浸到解决方案。当沉浸,阳极溶解反应(表达的1)可能发生在不同的位置根据不均匀表面活性。

当铝溶解、相应的阴极反应可能是氢进化(反应(2)),减少过氧化反应(3),和/或减少氧气溶解在溶液中反应(4)):

电解液的pH值附近当地阴极网站增加电极反应进行。在pH值低于2.5,H₂O₂配合物在溶液中与Ce (III)物种Ce (H₂O₂)^{3 +},随着pH值(2.5 - 3.3)通过deprotonating步骤peroxo物种形成Ce (O₂)^{2 +}当pH值达到6.5 Ce (O₂)^{2 +}转换Ce (O₂)(哦)₂(23,24]。在沉积过程中,H₂O₂作为络合剂,氧化剂,结晶抑制剂,哦⁻发电机(24]。

本文的目的是探讨沉积cerium-based转换涂料铸铝合金380 380 (AA)。预处理和面板的温度的影响在浸渍涂层形貌、电化学反应,耐腐蚀。

2。实验的程序

铝合金380表0.3厘米厚切成测试板2.5厘米,7.6厘米大小。AA的名义组成380年总结表1(1]。预处理板涂层之前开始的异丙醇擦拭之后,脱脂在水溶液中商业碱性清洗剂(5 wt % 4215年阿尔及利亚士兵NC-LT去离子水)5分钟55°C。脱脂后,面板被浸10分钟激活50°C在水溶液中含有1 wt %硫酸。清洁和激活后,面板在去离子水冲洗或室温(名义上25°C)或加热到100°C约1分钟。冲洗后,面板都沉浸在沉积的解决方案不同的8分钟的时间间隔。

主要单位沉积的解决方案是由40 g CeCl股票组成的解决方案₃·H₂O(阿尔法蛇丘,99.9%)和780 g的去离子水。溶液的pH值调整到2.07后与盐酸氯化铈的解散。沉积的解决方案,205克的股票的解决方案是混合0.8 g的水溶性明胶(DSF Rousselot)溶解在去离子水的25克。在沉积前,15毫升的H₂O₂(费舍尔化工、30 wt %)补充道。

涂板被浸5分钟posttreated包含2.5 wt %钠的水溶液₃阿宝₄与磷酸(pH值调整到4.5),加热到85°C。后处理转换as-deposited水合氧化铈相水合磷酸铈,具有优越的防腐(14,18]。涂层的腐蚀电阻板进行评估使用盐雾测试(Q-Fog, Q-Panel实验室产品)/ B117 ASTM标准。板的主要单位是储存在室温下实验室前至少24小时描述或盐雾测试。

扫描电子显微镜(SEM);日立s - 4700),能量色散x射线能谱(EDS);凤凰系统)被用来描述主要单位的表面形态和成分。涂层厚度测定涂层板的截面由聚焦离子束铣的双列仪器(FIB函数;范Helios nonalab 600)。

电化学阻抗谱(EIS)进行了在开路电位振幅频率范围从10 10 mV⁵到10⁻²赫兹。测量是在1500年代测试电解液稳定后。所有实验频率响应分析仪(斯伦贝谢SI 1255高频)加上一个稳压器/恒流器(EG&G普林斯顿273应用研究模型)。光谱是适合等效电路模型来确定涂层特点包括涂层阻抗()根据以前报道的方法25,26]。Potentiodynamic极化测量进行了EIS之后,最初可能是−400 mV_{南加州爱迪生公司}最后可能是800 mV_{南加州爱迪生公司}关于开路电位、扫描率为1 mV /秒。一个标准的扁平细胞(EG&G普林斯顿应用研究)是用于电化学极化测量。细胞电解质改性prohesion解决方案,包括0.70 wt % (NH₄)₂所以₄在去离子水和0.35 wt %氯化钠。自然pH值标本进行测试的解决方案,约为5.5。工作电极的接触面积是1厘米²。饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,Pt网格用作反电极。开路电位()和腐蚀电流()是由塔费尔合适方法使用CorrView和ZView软件(斯克里布纳尔出版社Associates)之前报道(18]。

3所示。结果与讨论

3.1。预处理的影响

铝合金380是由几个不同阶段包括基体相、Si的第二阶段,主要和微量金属间化合物阶段等₂铜、FeSi₂,艾尔。_4所示。5FeSi。表面形貌(数据分析1(一)和1 (b))和基质的化学预处理后显示金属间化合物颗粒含有铁和硅溶解碱性或酸性环境。解散有时左洞大约20的基质μ米直径(数字1 (c)和1 (d))。没有明显的差异,表面形态观察面板被冲洗的水在室温下或100°C。

预处理改变基板的电化学反应。从potentiodynamic曲线如图2(一个)预处理增加约600−mV的开路电位_{南加州爱迪生公司}从面板到−500 mV_{南加州爱迪生公司}碱性清洗后,酸活化、冲洗。图2(一个)还表明,预处理增加了腐蚀电流从0.3μ一个/厘米²预处理前2.0μ一个/厘米²预处理之后。然而,洗涤温度,25°C或100°C,没有产生显著差异在开路电位或腐蚀电流。预处理后的腐蚀电流的增加表明,合金表面电化学,使面板容易外套。从相应的电化学危急光谱(图2 (b)),从面板的阻抗是大约40 kΩ·厘米²,这是远远大于预处理后的阻抗(~ 7.5 kΩ·厘米²洗涤温度)。基于之前的研究结果比较(27),预处理过程可能减少原生氧化层的厚度,降低衬底的阻抗。先前的分析显示,阻抗的降低和增加腐蚀电流是必要促进沉积的主要单位27]。

3.2。主要单位的电化学行为

对基板清洗25°C涂层沉积之前,增加表面涂层溶液的浸泡时间更多的电化学(总结在表值2)。从potentiodynamic曲线在图3(一个)从0.82,腐蚀电流增加μ一个/厘米²两分钟后涂层解决方案1.6μ一个/厘米²5分钟后和2.7μ一个/厘米²后八分钟。相比之下,开路电位之间没有显著变化三个面板,所有有价值约530−mV_{南加州爱迪生公司}。腐蚀电流随着浸泡时间增加表明AA的表面380氯化更容易受到攻击和解散。因此,对于基板清洗25°C,增加基质的浸泡时间似乎增加攻击的氯离子涂层解决方案。

对基板清洗在100°C涂层沉积之前,增加涂层溶液中浸泡时间增加了耐腐蚀(价值观总结表2)。potentiodynamic曲线如图4(一)从0.73表明,腐蚀电流减小μ一个/厘米²后浸泡2分钟,至0.54μ一个/厘米²五分钟后,至0.34μ一个/厘米²后八分钟。开路电位是相同的沉浸在沉积后的解决方案2或5分钟(−480 mV_{南加州爱迪生公司}),但下降到约540−mV_{南加州爱迪生公司}浸了八分钟。腐蚀电流下降表明,涂料最好耐腐蚀随着浸泡时间的增加。而在25°C(0.82板清洗μ一个/厘米²在100°C),清洗2分钟导致涂层有更好的耐腐蚀(0.73μ一个/厘米²)和耐腐蚀,腐蚀电流,继续增加随着沉积时间的增加。因此,清洗前在100°C涂层沉积似乎产生主要单位AA 380有更好的耐蚀性。

EIS结果作为浸渍时间的函数与potentiodynamic分析(表一致2)。冲洗前25°C沉积导致涂层的阻抗值,随着浸泡时间的增加而减少(图3 (b))。为板冲洗25°C涂层之前,阻抗是32 kΩ·厘米²2分钟后浸涂料解决方案和价值下降到16 kΩ·厘米²5分钟后,10 kΩ·厘米²后八分钟。然而,对于板冲洗在100°C涂层沉积之前,阻抗kΩ·36厘米²沉浸在涂层解决方案2分钟后,它增加到49 kΩ·厘米²5分钟后和79年kΩ·厘米²8分钟后(图4 (b))。在100°C板清洗涂层沉积之前,79年的阻抗kΩ·厘米²浸没式的8分钟后涂层解决方案是两倍多的最高价值涂料沉积在板冲洗25°C,这是32 kΩ·厘米²2分钟后,沉浸在涂层解决方案。这些结果表明,冲洗前25°C沉积导致耐蚀性随浸泡时间增加而降低的涂料解决方案而冲洗之前在100°C涂层沉积导致耐蚀性,随着浸泡时间增加。

3.3。主要单位的形态和厚度

沉积的涂层板冲洗在25°C被破解,有大洞。如图5,裂缝成为大涂层时间增加。除了裂缝,大洞(黑色区域),~ 5μ米直径,也观察到在面板表面。尽管涂层断裂(图的平均厚度6)地区的涂料增加随着浸泡时间的增加。例如,涂层厚度是2分钟后约350海里,但是增加到近2μ米8分钟后,沉浸在涂层解决方案。然而,厚度不均匀的和不同的面板。表面形态支持电化学测试结果表明,该涂层阻抗随着浸泡时间的增加而减少对涂层基板清洗25°C。随着涂层时间的增加,裂缝的大小增加,暴露出更多的衬底的涂料解决方案,允许衬底的攻击。阻抗接近10 kΩ·厘米的值²淀积乘以8分钟,大约三分之一的价值(32 kΩ·厘米²浸泡2分钟后)。因此,SEM分析电化学结果一致显示涂层沉积在基板清洗25°C不作为有效的壁垒,由于非均匀腐蚀的报道AA 380面。

涂层的沉积在基板清洗在100°C有结节性外观(图7)所有沉积时期,这是类似于以前的工作是报道(13]。涂料覆盖在基板,只有几个小裂缝观察。与涂料对底物冲洗25°C,主要单位沉积在基板的厚度,在100°C冲洗随着沉积时间的增加而增加。浸泡2分钟后,涂层厚度超过200海里,它增加了~ 700海里浸泡8分钟后(图6)。尽管大约两倍厚高强度铝合金主要单位,如Al 2024 - t3和Al 7075 - t6 (28,29日),涂料只有几个小裂缝。通过电化学分析在图所示4 (b)随着浸泡时间的增加,涂层阻抗增加,符合更厚的形成,连续的涂层。因此,涂料的表面形态和厚度与电化学结果一致,这表明涂层基质上冲洗在100°C和裸基板相比增加了阻抗。

3.4。腐蚀保护

Cerium-based转换涂料金黄金黄的外表(数字8(一个)和9(一个)后处理后)。盐雾试验后,涂层沉积在基板清洗浸泡前25°C显示大量的白色腐蚀产生(即。、盐)。腐蚀坑和盐尾巴可见后24小时盐雾测试,如图8 (b)。涂料继续降低进一步在盐雾测试(数字8 (c)和8 (d))。相比之下,涂层沉积在基质沉积前冲洗在100°C显示更好的耐蚀性。24小时后,一些腐蚀坑在场(图9 (b)),但是没有发现显著的盐直到192小时的盐雾测试。因此,盐雾测试的结果与电化学表征和表面形态一致。涂层沉积在基板的清洗前25°C浸有更高的腐蚀电流,低阻抗值,并被破解,导致更严重的腐蚀盐雾测试。涂料,是沉积在基质,冲洗前在100°C沉积较低腐蚀电流,高阻抗值,没有大的裂缝。因此,涂层沉积在基板清洗在100°C为AA 380合金基板提供了改进的防腐。

4所示。总结

Cerium-based转换涂料AA 380合金基体上沉积。本研究调查的影响改变冲洗温度之前沉浸在涂层溶液的电化学响应,涂层形貌和耐腐蚀的主要单位。从上述结果,可以得出结论包括以下。(1)洗涤温度的差异并没有产生任何明显的形态学差异前基板涂层或涂层前面板的电化学反应。基于SEM / EDS分析、预处理导致的铁,制备了金属间化合物化合物从基质表面,但开路电位(−500 mV_{南加州爱迪生公司}),腐蚀电流(2μ一个/厘米²)和阻抗(kΩ·7.5厘米²)使用的面板是几乎相同的不管最后冲洗温度。(2)涂层沉积在板冲洗25°C在主要单位有裂缝和大洞。裂缝和洞变得越来越深入随着浸泡时间。表面形态与电化学测试结果是相一致的。例如,浸泡两分钟导致腐蚀电流为0.82μ一个/厘米²和一个阻抗32 kΩ·厘米²。随着涂层沉积时间增加到5分钟,裂缝变得越来越大洞出现了。这导致腐蚀电流增加到1.6μ一个/厘米²和一个阻抗下降到16 kΩ·厘米²。沉浸在涂层解决方案8分钟后,涂层腐蚀电流的值更低(2.7μ一个/厘米²(10)和阻抗kΩ·厘米²)。(3)冲洗在100°C涂层沉积导致涂料之前,统一的外观和更少的裂缝。随着浸泡时间,增加涂层的厚度均匀,提高了耐蚀性。从电化学测试,浸泡2分钟的沉积溶液中产生腐蚀电流为0.73μ一个/厘米²和一个阻抗kΩ·36厘米²涂层厚度的~ 200纳米。增加涂层沉积时间增加到5分钟~ 400纳米涂层的厚度,降低腐蚀电流0.54μ一个/厘米²,增加了阻抗kΩ·49厘米²。进一步增加了浸泡时间8分钟~ 750 nm的涂层厚度增加,腐蚀电流下降至0.34μ一个/厘米²,增加了阻抗kΩ·76厘米²。显然,洗涤温度越高导致更多的均匀成核和生长产生的主要单位,降低腐蚀电流和类似的涂料相比,增加了阻抗沉积在基板清洗25°C。(4)Cerium-based转换涂层沉积在AA 380板冲洗水加热到100°C预处理后,但在主要单位沉积提供了显著的耐蚀性。而涂层沉积在基板清洗25°C都坑和盐尾巴后24小时盐雾测试,涂层沉积在基板清洗在100°C能够抑制形成的盐尾巴至少96小时。改进的腐蚀性能的主要单位在基质冲洗在100°C归因于更均匀涂层沉积,导致高阻抗和低腐蚀电流。

确认

作者承认的技术指导和支持布鲁斯Sartwell战略环境研究和开发项目(SERDP)。这个工作是通过资助SERDP w912hq - 08 - c - 0008合同下作为项目wp - 1618。克拉丽莎的帮助威斯纳(SEM),博士伊丽莎白Kulp (FIB),凯的歌(FIB),博士和卡洛斯Castano (FIB)研究生材料研究中心密苏里科技是承认。

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