鋁合金陽(yáng)極氧化膜硅烷改性的研究.pdf

1、鋁陽(yáng)極氧化技術(shù)是在鋁合金表面上原位生長(zhǎng)一層具有防護(hù)性、裝飾性以及一些其他的功能性氧化膜。該氧化膜不僅使鋁合金表面硬度和耐磨性得到很大提高，同時(shí)也使其耐蝕性得到增強(qiáng)，大大擴(kuò)展了鋁合金的應(yīng)用范圍。但是受到陽(yáng)極氧化自身生長(zhǎng)機(jī)理限制，在陽(yáng)極氧化膜生長(zhǎng)的同時(shí)還伴隨著陽(yáng)極氧化膜的溶解，最終形成多孔結(jié)構(gòu)膜層，使膜層的腐蝕防護(hù)性能受限，工業(yè)生產(chǎn)中通常對(duì)陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行封孔處理來(lái)解決這一問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，本文根據(jù)陽(yáng)極氧化膜的組分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種新的封閉

2、處理方法：采用硅烷化處理方法對(duì)鋁合金陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行封閉處理，以期獲得比傳統(tǒng)封閉法更為有效、環(huán)保的陽(yáng)極氧化膜封閉處理技術(shù)。
　　本研究選用6061鋁合金板材作為基體材料。首先對(duì)鋁合金陽(yáng)極氧化膜硅烷化處理的可行性進(jìn)行了探索，研究發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極氧化膜表面直接進(jìn)行硅烷化處理可以顯著提高膜層耐蝕性；進(jìn)而根據(jù)陽(yáng)極氧化膜組分特點(diǎn)以及硅烷化機(jī)理，對(duì)陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行羥基化預(yù)處理，即通過(guò)預(yù)處理在陽(yáng)極氧化膜表面形成富含羥基的化合物，以利于硅烷化過(guò)程的進(jìn)行，促進(jìn)

3、硅烷成膜。研究表明，適當(dāng)?shù)牧u基化預(yù)處理能夠進(jìn)一步增強(qiáng)硅烷化處理效果，使膜層耐蝕性得到大幅度的提升。本文探索了水熱法、堿性溶液處理法、預(yù)制層狀雙金屬氫氧化物法等三種陽(yáng)極氧化膜的羥基化預(yù)處理方法，并著重研究水熱預(yù)處理對(duì)陽(yáng)極氧化膜硅烷化過(guò)程的影響。
　　通過(guò)紅外光譜(IR)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)分析預(yù)處理前后陽(yáng)極氧化膜表面成分變化；通過(guò) SEM觀察陽(yáng)極氧化膜不同封閉處理后的微觀形貌特征；通過(guò)動(dòng)電位極化曲線、失

4、重實(shí)驗(yàn)、接觸角測(cè)試、中性鹽霧實(shí)驗(yàn)考察羥基化預(yù)處理對(duì)陽(yáng)極氧化膜硅烷化處理后的耐蝕性；研究結(jié)果表明：
　　陽(yáng)極氧化膜層的主要成分是非晶態(tài)Al2O3，其次還含有少量的AlOOH與Al(OH)3，其中富含羥基的化合物AlOOH是保證陽(yáng)極氧化膜能夠進(jìn)行硅烷化處理的基礎(chǔ)。陽(yáng)極氧化膜直接進(jìn)行硅烷化處理后，膜層的疏水性變大，耐蝕性有較為明顯的提高。但是由于陽(yáng)極氧化膜表面羥基量不足，與硅醇之間的縮合反應(yīng)受到限制，導(dǎo)致陽(yáng)極氧化膜微孔等缺陷的封閉不完全

5、，使陽(yáng)極氧化膜膜層耐蝕性提高受限。
　　水熱法是非常有效的陽(yáng)極氧化膜羥基化預(yù)處理方法，能夠顯著增強(qiáng)氧化膜的硅烷化處理效果，使膜層耐蝕性大幅度提升。該方法在陽(yáng)極氧化膜表面形成羥基化合物的同時(shí)，水熱反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)陽(yáng)極氧化膜微孔又具有一定的封閉作用，即對(duì)膜層耐蝕性的提升具有雙重效應(yīng)。水熱預(yù)處理的溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)氧化膜表面的羥基化程度具有顯著的影響，在90℃下進(jìn)行30min的水熱處理后膜層主要成分轉(zhuǎn)變?yōu)锳lOOH，大量羥基化合物的存在使

6、硅烷化效果得到顯著增強(qiáng)。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極氧化膜表面 Al-O鍵的配位形態(tài)對(duì)硅烷化處理效果也有重要的影響。
　　通過(guò)堿性溶液進(jìn)行陽(yáng)極氧化膜的羥基化預(yù)處理時(shí)，溶液組分及pH值、處理溫度和時(shí)間等參數(shù)對(duì)處理效果影響較大，工藝不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極氧化膜受到破壞，無(wú)法達(dá)到預(yù)期目的。溶液組分及工藝參數(shù)尚需進(jìn)一步研究。
　　通過(guò)預(yù)制層狀雙金屬氫氧化物法也可以達(dá)到陽(yáng)極氧化膜表面羥基化的目的，從而使硅烷化效果顯著提升，進(jìn)一步增強(qiáng)氧化膜耐蝕性。然而受