小知識(shí)丨無(wú)鎳封孔劑的研制進(jìn)展(中)
2、脂肪酸封孔美國(guó)的 Garson P.Shlman,發(fā)明了脂肪酸常溫封孔法,該方法使用 2~5 個(gè)碳原子的醇做溶劑,一個(gè) 10~24 個(gè)碳原子的長(zhǎng)鏈羧酸對(duì)陽(yáng)極氧化膜在室溫進(jìn)行封孔處理。具體實(shí)例是:
用硫酸草酸混合酸陽(yáng)極氧化,獲得厚度為18um的陽(yáng)極氧化膜,水洗后干燥,然后浸入5%的脂肪酸溶液中,溶劑為低分子量的醇和1%的非醇(氟碳化合物)調(diào)整劑,在 27℃下,3~5min,封孔后進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn),每片試片產(chǎn)生5個(gè)以上的腐蝕點(diǎn)為最終腐蝕時(shí)間。結(jié)果見表 1。
表 1 中性鹽霧試驗(yàn)
從表 1 可以看出,陽(yáng)極氧化膜用脂肪酸,硬脂酸或是月桂酸的2-異丙醇溶液封孔,均可獲的較高的耐腐蝕性能,其中2024 鋁合金的陽(yáng)極氧化膜可通過 2856h 的鹽霧試驗(yàn),7075鋁合金的陽(yáng)極氧化膜可通過2550h 的鹽霧試驗(yàn),6061 鋁合金的陽(yáng)極氧化膜經(jīng)過1350h 的鹽霧試驗(yàn)無(wú)腐蝕。如果改變?nèi)軇┠臀g性迅速下降,無(wú)陽(yáng)極氧化膜的鋁合金和有陽(yáng)極氧化膜但未封孔的鋁合金耐蝕性都很差。
通過該封孔工藝可以看出,沒有使用鎳或其他金屬鹽,并且在常溫下進(jìn)行,封孔后的陽(yáng)極氧化膜有優(yōu)異的耐腐蝕性。但也可以看出,工藝中大量使用有機(jī)溶劑,必將帶來(lái)有機(jī)溶劑的危害,如有毒蒸汽、易燃易爆等,只適合有特別耐蝕要求的小型零件的封孔,幾十至幾百升槽液。對(duì)于六米長(zhǎng)的鋁型材需要上萬(wàn)至幾萬(wàn)升的槽液是不適合的。
3、常溫電解封孔
北京化工大學(xué)的趙景茂等人,對(duì)鋁合金的常溫電解封孔進(jìn)行了研究并發(fā)表了專利。
在專利 CN1333111C 中指出,在 0.5~5g/L 的硫酸鋁溶液中進(jìn)行電解封閉,封閉在室溫中進(jìn)行,所用電源為小功率脈沖電源,電壓為 200~1500mV,脈沖頻率為50~800Hz,并保持正向工作比小于負(fù)向工作比,凈結(jié)果相當(dāng)于陰極電解,處理時(shí)間為 20~40min。
封孔過程為恒壓脈沖,在電源的負(fù)周期內(nèi),Al3+離子向孔內(nèi)移動(dòng),Al3+與OH-發(fā)生如下反應(yīng):Al3++ 3OH-→Al(OH)3,沉積于孔內(nèi)。電源變正周期時(shí),OH-離子在電場(chǎng)力的作用下向孔內(nèi)移動(dòng),促進(jìn)了反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)電壓大于1500mV 時(shí)會(huì)有氫氣產(chǎn)生,對(duì)氧化膜起到破壞作用,所以要將電壓控制在 1500mV 以內(nèi)。
該工藝使用無(wú)毒的硫酸鋁代替了傳統(tǒng)有毒重金屬鹽,對(duì)人體和環(huán)境都沒有不利影響,并且藥品費(fèi)低廉。但該專利沒有介紹用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)封孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。
趙景茂等人還對(duì)脈沖電場(chǎng)下的鈰鹽封閉工藝的封孔進(jìn)行研究,鈰鹽封孔工藝:在鈰鹽溶液(Ce3+1~3g/L)中,對(duì)試樣施加等幅方波脈沖電流,頻率為50~100Hz,負(fù)向、正向工作比分別為30~40%和60~70%,電壓為0.6~0.8V,處理時(shí)間為 30~60min。討論了各參數(shù)對(duì)封閉效果的影響,并且研究了幾種封閉工藝后氧化膜的時(shí)效性。
主要結(jié)論:
?。?)鈰鹽雙向脈沖封閉的封閉效果要好于鈰鹽的浸泡封閉、無(wú)氧脈沖封閉和單負(fù)向脈沖封閉的封閉效果。鈰鹽雙向脈沖封閉后,陽(yáng)極氧化膜表面已經(jīng)基本封閉完全,并且發(fā)現(xiàn)有顆粒狀物填充多孔層的孔洞。鈰鹽雙向脈沖封閉工藝的封閉效果與外加電流、氧氣和正向電流密切相關(guān),其中的機(jī)理可能是負(fù)向電流的通入促進(jìn)了負(fù)電荷在氧化膜端部積累,進(jìn)而產(chǎn)生了OH-,并且負(fù)向電流促進(jìn)了溶液中Ce3+向氧化膜表面遷移,而氧氣的存在是溶液中產(chǎn)生OH-的根本原因,正向電流的通入則有利于溶液中產(chǎn)生的OH-向氧化膜及其多孔層孔中遷移。
?。?)鈰鹽雙向脈沖封閉后氧化膜表面有明顯的鈰元素存在,氧化膜表面的鈰元素主要以三價(jià)形式存在,也有少部分的四價(jià)鈰的存在。表面的氧元素主要存在于鈰的氧化物和氫氧化物中,其中三價(jià)鈰主要以氫氧化亞鈰和氧化亞鈰的形式存在,四價(jià)鈰存在形式是氧化鈰,四價(jià)鈰的形成是由三價(jià)鈰在空氣中氧化而成。
?。?)影響鈰鹽雙向脈沖封閉的參數(shù)有:封閉時(shí)間、溫度、外加電壓、電源脈沖頻率、負(fù)向占空比、正向占空比、鈰離子添加量等。它們都對(duì)封閉后陽(yáng)極氧化膜的耐蝕性有一定的影響,其中封閉時(shí)間、脈沖頻率以及負(fù)向占空比對(duì)氧化膜耐蝕性的影響更為明顯。首次在稀土封閉中引入氟離子,得到氟離子的添加對(duì)加快封閉進(jìn)程有利。
(4)經(jīng)過鈰鹽脈沖封閉的陽(yáng)極氧化膜耐蝕性相比未封閉之前得到了很大提高,并且其耐蝕性要好于沸水封閉得到的陽(yáng)極氧化膜,其耐蝕性與重鉻酸鉀封閉的陽(yáng)極氧化膜具有可比性。但是在30g/L的NaCl 溶液中浸泡180天后,鈰鹽脈沖封閉得到的陽(yáng)極氧化膜耐蝕性要好于重鉻酸鉀封閉和沸水封閉得到的陽(yáng)極氧化膜。
電解封孔為封孔工藝提供了一個(gè)嶄新的思路,從文獻(xiàn)上觀察,電解封孔的優(yōu)點(diǎn)是,處理液環(huán)保,封孔后耐蝕性好。缺點(diǎn)是增加設(shè)備投資,增加封孔工藝的控制參數(shù),如電解電流和電解電壓等,增加了封閉處理的復(fù)雜性。從市場(chǎng)上觀察,接受度并不高,未見大廠使用。該技術(shù)仍處于研究探索階段。
4、氟鋯酸鹽、氟鈦酸鹽封孔
氟鋯酸鹽封孔源自一篇日本專利昭和特許62-130295,專利介紹:陽(yáng)極氧化條件是,15%硫酸,溫度20~21℃,陽(yáng)極氧化電流密度2A/dm2,處理時(shí)間15~30min。封孔條件為30℃,時(shí)間30min,封孔劑分別為1g/L 的K2ZrF6、(NH4)2ZrF6、Na2ZrF6,封孔效果用JIS H 8681滴堿試驗(yàn),滴堿試驗(yàn)時(shí)間愈長(zhǎng),陽(yáng)極氧化膜的耐蝕性愈好,封孔效果愈好。結(jié)果見表 2。
表 2 氟鋯酸鹽的封孔效果
聲明:本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自鋁合金陽(yáng)極氧化