硝酸鈰對6061鋁合金磷化過程的影響

1、1硝酸鈰對硝酸鈰對6061鋁合金磷化過程的影響鋁合金磷化過程的影響張圣麟1.楊麗云2張小麟31河南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院河南省新鄉(xiāng)市4530072新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院河南省新鄉(xiāng)市4530033河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院河南省鄭州市450052[摘要摘要]通過SEM，XRD，F(xiàn)TIR和電化學(xué)的方法，研究了硝酸鈰對6061鋁合金磷化過程的影響，并對鋁合金磷化動力學(xué)行為進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，硝酸鈰的加入使得在鋁合金表面上所形成的磷化膜

2、結(jié)晶細(xì)化，成膜速度加快，磷化完成時間縮短。磷化膜組成為Zn3(PO4)2?4H2O和Zn2Fe(PO4)2?4H2O，硝酸鈰并沒有構(gòu)成磷化膜的組成成分，硝酸鈰在鋁合金磷化過程中起到了形核與促進(jìn)磷化的作用。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]硝酸鈰；磷化膜；鋁合金；動力學(xué)[中圖分類號中圖分類號]TG178；TG174.4[文獻(xiàn)標(biāo)識碼文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A在各種金屬表面處理方法中，磷化是最廣泛采用的方法之一。由于磷化膜是由金屬和磷酸鹽反應(yīng)生成的，所以膜和基體金屬結(jié)合非

3、常牢固，磷化膜具有微孔結(jié)構(gòu)，因而具有良好的吸附性能，被廣泛用作涂料底層[1]。磷化在鋼鐵應(yīng)用中最廣，但對鋁磷化的報道較少這是因為鋁及其合金在一般磷化液中成膜比較困難，通常僅能形成膜重為0.20.5g／m2的磷化膜，不能滿足涂裝要求。其次，鋁表面轉(zhuǎn)化膜方法很多，有許多成熟工藝在涂裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如陽極氧化、鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理、鉻酸鹽磷酸鹽處理等，這些處理涂裝效果良好，因此鋁磷化長期沒有得到人們的重視[2]。但是，這些鋁合金表面處理方法也存

4、在著許多不足之處，例如陽極氧化法存在投資大、成本高的缺點，鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理及鉻酸鹽磷酸鹽處理中使用的六價鉻是致癌物?，F(xiàn)在各國和地區(qū)都實施了工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格限制六價鉻在金屬表面處理中的使用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，急需開發(fā)新的鋁合金表面處理方法[38]。鋁合金磷化處理克服了上述諸多缺點，工藝簡單且不含鉻，工件經(jīng)磷化處理后與涂料配套性好，能提高鋁材的涂裝質(zhì)量[9]。近幾年來，稀土在收稿日期：20070312第一作者通

5、信聯(lián)系人：張圣麟（1960），男，漢，河南省新鄉(xiāng)市人，河南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，高級工程師，博士研究生.[基金項目]河南省科技攻關(guān)研究項目（0424240074）；河南省自然科學(xué)研究項目（200510476009）3可以看出，當(dāng)磷化液中硝酸鈰濃度從0mgL增加到20mgL時，磷化膜的覆蓋率增大，同時，磷化晶粒明顯得到細(xì)化。當(dāng)硝酸鹽濃度從40mgL增加到60mgL時，磷化膜的覆蓋率基本保持不變，而磷化晶粒的微觀形貌變得有所粗糙，尺寸

6、稍微增大。從SEM相片所示結(jié)果來看，硝酸鈰在鋁合金磷化過程中起到了細(xì)化晶粒的作用。2.2磷化過程的時間—電位曲線因為磷化膜是一種多孔性的電絕緣假性轉(zhuǎn)化膜[10]可根據(jù)它的電化學(xué)響應(yīng)解釋磷化過程發(fā)生在鋁合金基體與磷化液固液界面上的電化學(xué)反應(yīng)信息.圖1分別示出了鋁合金試樣在含有不同濃度硝酸鈰（060mgL）的磷化液中磷化過程的電位～時間（a）和電流～時間（b）變化曲線。01002003004005006001.101.091.081.071

7、.061.051.041.031.02aTime(s)￡s￡?4321￡Vvs.SCE￡?Potential￡Vvs.SCE￡?圖2a示明，磷化初期，電極電位迅速隨磷化時間延長而負(fù)移，說明該鋁合金基體在酸性磷化液的浸蝕作用下，首先發(fā)生溶解，表現(xiàn)為陽極極化。當(dāng)電極電位降到最低值后，繼而反轉(zhuǎn)隨時間近似呈直線關(guān)系上升此時鋁合金表面開始形成磷化膜，至電位達(dá)到最高值然后進(jìn)入鋁合金基體的再溶解、磷化晶粒的再結(jié)晶過程，最終電位保持在1.053V～1.

8、047V之間.值得注意的是，當(dāng)磷化液含有不同濃度硝酸鈰時，鋁合金基體所表示出的初始電位是不同的，這說明正是由于硝酸鈰的存在，使得鋁合金基體與磷化液固液界面上電位發(fā)生了變化，磷化過程達(dá)到穩(wěn)定電位的時間得以縮短以硝酸鈰濃度為20mgL為例，結(jié)合圖1a可以看出，此時所需時間最短，說明硝酸鈰具有促進(jìn)磷化過程的作用。實驗表圖2.磷化液含有不同濃度硝酸鈰(mgL):(1)0(2)20(3)40(4)60時時間與電位(a)和電流(b)的關(guān)系曲線Fig

9、.2.Timedependenceofpotential(a)current(b)ofaluminumalloyinphosphatingsolutionscontainingdifferentconcentrationsofceriumnitrate(mgL):(1)0(2)20(3)40(4)6001002003004005006002.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.8b4321(A)Curren

10、t(A)Time(s)￡s￡?圖1.鋁合金試樣在含有不同濃度硝酸鈰(mgL)的磷化液中形成磷化膜的SEM相片:(a)0(b)20(c)40(d)60Fig.1.SEMmicrographsofthephosphatecoatingsobtainedinthephsphatingsolutionscontainingdifferentconcentrationsofceriumnitrate(mgL):(a)0(b)20(c)40(d)6