锌铜钛合金阳极氧化工艺及耐蚀性研究

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锌铜钛合金(也称钛锌板),有着良好的延展性、抗蠕变性能、机械加工性能和抗腐蚀性能,常用于高档建筑的装饰外墙和屋顶,有着良好的经济价值。我国虽然拥有着大量优质锌资源,但对变形锌合金(包括锌铜钛合金)的研制和生产方面,都远远落后于欧美发达国家。目前国内外对于锌铜钛合金的合金成分、力学性能和机械加工性能都有了十分详细的研究。考虑到锌铜钛合金主要作为建筑装饰材料,应用在屋顶或外墙等领域,需要靓丽的颜色,进行表面处理是必要的,目前国外对锌铜钛合金表面处理工艺进行封锁保密,而其它表面处理的工艺得到较薄的处理层,满足不了环境的侵蚀。本论文以锌铜钛合金为研究对象,采用阳极氧化工艺进行表面处理,弄清楚锌铜钛合金的腐蚀机理,不仅仅丰富了有色金属的表面处理工艺,对于打破国外对我国的技术封锁,提高锌合金的生产附加值均具有重大的意义和社会价值。首先,本论文以锌铜钛合金为研究对象,通过正交实验研究了不同氧化温度、氧化时间、电流密度和氢氧化钠浓度下锌铜钛合金的阳极氧化膜的外观形貌,分析确定了外观最佳的工艺方案,并对阳极氧化处理后的锌铜钛合金的外观、显微形貌、耐蚀性及腐蚀产物进行了研究,同时从理论上对阳极氧化处理过程中氧在锌表面吸附过程进行了计算,得到以下结论:(1)正交实验结果显示最佳的阳极氧化工艺方案为:A1B1C3D3,即电解液氢氧化钠含量为10g/L,氧化电流密度为5A/dm2,氧化时间为30min,氧化温度为40℃,阳极氧化膜的主要成分是氧化锌,显微形貌中白色与黑色区域代表氧化锌的含量不同,氧化锌含量越大,显微形貌中呈白色。(2)显微形貌和电化学结果分析发现,氧化膜表面层越厚,越光滑,耐蚀性越好;氧化膜表面越粗糙,孔洞越多越大,裂纹越多,耐蚀性越差。通过交流阻抗等效电路的分析发现代表阳极氧化膜的膜电阻Rt远大于电荷转移电阻Rc,这说明阳极氧化膜对于耐蚀性的贡献更大。(3)模拟海水浸泡试验和盐雾试验发现阳极氧化处理后的锌铜钛合金比未防护的锌铜钛合金更晚出现白锈,耐蚀性更好,主要腐蚀产物是氧化锌和碱式氯化锌(盐雾试验的主要产物还有碱式碳酸锌),模拟海水浸泡试验和盐雾试验在120h后腐蚀产物布满了试样表面后,腐蚀的速率被减缓,试样表面没有明显的变化。(4)氧原子在锌(0001)面上稳定吸附位置是FCC位置和HCP位置,且HCP位置比FCC位置要更稳定,HCP位置的吸附能比FCC中更负;锌(0001)面吸附氧原子后,表面存在偶极矩,体系的功函数变大,在FCC位置吸附氧原子时体系的功函数最高,为4.362eV。锌原子的4s轨道和3d与氧原子的2p轨道发生杂化,锌原子中的电子转移到了氧原子中,它们之间形成了吸附键。
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