铝合金表面硅烷化处理工艺及膜层性能研究

发布时间：2017-04-01 19:03

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【摘要】：铝合金的机械性能十分优良,相对密度比其它金属要低,能够承受较大的加工压力,因而拥有十分广泛的应用。特别是其材料的抗冲击和耐腐蚀性能良好,能够满足汽车产业、航天行业以及建筑装修行业等产业的要求。铝元素属于活泼金属,其合金的耐腐蚀性能不满足使用工况条件要求,铝合金零件使用前必须对其表面进行防护性处理。有机硅烷处理技术具有污染程度低、毒性小、工艺操作简单且及优良的耐腐蚀性能,在金属表面预处理领域具有广阔的应用前景。硅烷偶联剂有能水解成为硅醇的基团,可以与无机物结合成为硅氧烷,同时又具有与机物质结合的有机官能团,其特殊的分子结构特征使其与金属具有良好地结合强度。本文主要研究了应用BTESPT(双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物)硅烷偶联剂在铝合金材料表面制备硅烷膜工艺过程,得出了最佳工艺条件,并研究了添加硝酸铈对铝合金硅烷膜性能的影响。通过单因素变量方法研究了铝合金表面制备硅烷膜过程中BTESPT偶联剂水解的工艺条件,通过研究铝合金硅烷化过程中浸泡时间、固化温度、固化时间等因素对硅烷膜性能的影响,得出了优化的硅烷膜成膜工艺。利用塔菲尔曲线法研究了铝合金硅烷膜在3.50%Na Cl中性溶液中的耐腐蚀性能,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了硅烷膜的表面形貌,利用X射线衍射仪确定硅烷膜的相组成。同时用硝酸铈盐对硅烷膜进行了改性处理,测试了稀土改性后硅烷膜的耐腐蚀性能、观察了表面形貌,总结稀土对硅烷膜的性能的影响规律。研究得出了铝合金成膜的工艺过程为两步,首先以BTESPT硅烷偶联剂进行水解,其溶液配比为V(去离子水):V(乙醇):V(BTESPT硅烷偶联剂)=20:5:1,水解温度30℃,溶液p H=3,水解时间8h;然后,将经过预处理的铝合金在硅烷溶液中浸泡6min、固化温度160℃、固化140min,得到硅烷膜结构致密,能够有效阻止腐蚀介质侵入铝合金基体,有较好的耐腐蚀性能,能很好的防护铝合金,保证其不被腐蚀。塔菲尔曲线测试结果表明,硅烷膜的形成使铝合金的自腐蚀电位明显正移,自腐蚀电流密度减小,由0.587A/cm2降到了0.045A/cm2。说明铝合金经硅烷化处理后耐腐蚀性能明显提高,硅烷膜对铝合金起到防护作用。硅烷膜经添加Ce(N03)3改性处理后,通过盐雾试验、硫酸铜点滴试验等测试发现,经稀土改性后铝合金表面硅烷膜防护性能得到了明显提升。
【关键词】：铝合金 正交试验 硅烷膜 耐腐蚀性能 稀土
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 铝及铝合金的性质和应用12-13
• 1.2 铝合金的腐蚀类型及分类13-15
• 1.2.1 点蚀14
• 1.2.2 微电偶腐蚀14
• 1.2.3 应力腐蚀开裂14-15
• 1.2.4 缝隙腐蚀15
• 1.2.5 磨损腐蚀15
• 1.3 金属腐蚀的防护15-17
• 1.3.1 改良金属材料15-16
• 1.3.2 金属层覆盖保护层16
• 1.3.3 缓蚀剂法16-17
• 1.3.4 改善金属材料的工作环境17
• 1.4 硅烷化处理的进展及原理研究17-19
• 1.4.1 硅烷化处理的进展17-18
• 1.4.2 硅烷化处理的原理18-19
• 1.5 本课题研究的目的和意义19-20
• 1.6 本课题的主要研究内容20-21
• 第2章 实验材料与研究方法21-27
• 2.1 实验材料、实验药品及仪器21
• 2.1.1 实验材料21
• 2.1.2 实验药品21
• 2.1.3 实验仪器21
• 2.2 实验流程21-27
• 2.2.1 样品处理22
• 2.2.2 正交试验法22-23
• 2.2.3 电导率检测水解程度23-24
• 2.2.4 硫酸铜点滴试验24
• 2.2.5 电化学性能测试分析24
• 2.2.6 全浸腐蚀试验24-25
• 2.2.7 盐雾试验25
• 2.2.8 扫描电子显微镜(SEM)25-26
• 2.2.9 X射线光电子能谱分析(XPS)26
• 2.2.10 X射线衍射(XRD)26-27
• 第3章 铝合金上BTESPT硅烷膜的制备27-46
• 3.1 前言27
• 3.2 BTESPT硅烷偶联剂的选用依据27-28
• 3.3 硅烷水解的理论基础28-29
• 3.3.1 水解机理28
• 3.3.2 缩合机理28-29
• 3.4 结果与讨论29-43
• 3.4.1 硅烷溶液p H对水解的影响29-31
• 3.4.2 碱溶液对硅烷膜性能的影响31-34
• 3.4.3 水解温度的影响34
• 3.4.4 去离子水、乙醇、硅烷比例对水解的影响34-35
• 3.4.5 成膜参数对硅烷化处理的影响35-43
• 3.5 空白对比实验43-45
• 3.5.1 样品制备43
• 3.5.2 对比样品的极化曲线测试43-44
• 3.5.3 对比样品的硫酸铜点滴变色实验44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 稀土元素对硅烷膜进行改性46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 硅烷膜改性原理46-47
• 4.3 不同铝合金防护膜的制备工艺47
• 4.4 结果与讨论47-51
• 4.4.1 盐雾试验47-48
• 4.4.2 Na Cl溶液浸泡实验48
• 4.4.3 表面形貌48-50
• 4.4.4 稀土改性铝合金硅烷膜XPS分析50-51
• 4.5 稀土改性铝合金硅烷膜XRD表征51
• 4.6 硫酸铜点滴实验51-52
• 4.7 本章小结52-54
• 第5章 硅烷化处理工艺在戴卡轮毂生产线上的应用54-58
• 5.1 戴卡轮毂硅烷化处理工艺54-55
• 5.2 预处理槽液检测55-56
• 5.2.1 碱点测量55
• 5.2.2 酸点测量55
• 5.2.3 铝点测量55
• 5.2.4 电导率测量55-56
• 5.2.5 p H测量56
• 5.3 硅烷化处理异常情况及处理方法56
• 5.4 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果64-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

【参考文献】

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1 闫星宇;白术波;肖围;;纳米SiO_2协同稀土铈对铝管表面硅烷膜的耐蚀性研究[J];电镀与环保;2010年03期

2 廖煜p，

本文编号：281104