[发明专利]铝合金电刷镀稀土转化膜工艺

说明书

技术领域：

本发明属于材料工程技术领域，采用的处理工艺为电刷镀，属于材料表面处理技术，能够实施铝合金材料表面的稀土转化膜镀覆，制备具有优异耐腐蚀能力的电刷镀稀土转化膜层，以提高铝合金的耐腐蚀性能。

背景技术：

铝合金具有良好的导电性、传热快、密度小、强度高、易成型等优点，随着现代工业的发展，广泛应用于交通工业、航空工业、建筑装潢、日常生活。但铝和铝合金硬度低、不耐磨、易发生腐蚀，这些缺点影响了其应用范围和使用寿命。铝合金在大气、淡水、海水和其它一些含有氯离子的溶液中都会发生点蚀，造成材料的腐蚀破坏。为了提高铝合金的耐蚀性能，国内外学者经过多年的研究，发明了一系列铝合金表面处理方法，包括阳极氧化、化学氧化、电镀和涂层法等。

目前应用最为广泛的铝合金表面处理技术是阳极氧化法和铬酸盐化学氧化法。但是这两种方法都存在很大的弊端：(1)阳极氧化工艺需要消耗大量的电能，而且电解质溶液污染严重，难以处理，与清洁生产和可持续发展的要求背道而驰，其使用受到极大的限制。(2)铬酸盐钝化使用方便，耐蚀性能及装饰性能较好，但六价的铬离子是极毒的化学物质，就有强烈的毒性和致癌作用，环境污染较大。为此欧盟颁布了ROHS指令，我国也在2003年宣布，对铬酸盐实行限量使用，并与欧盟同步在2006年7月前取消使用铬酸盐转化膜技术，寻找铬酸盐的替待物这一工作已是势在必行。

为了解决上述问题，国内外竞相开发研制一种能取代传统铝合金防腐技术而又不影响铝合金的机械性能，耐腐蚀能力强而对环境无污染，在工艺上易于实现和维护并且成本低廉的新型有效的铝合金表面防护处理方法。随着阳极型缓蚀剂研究的进展和稀土在材料科学领域应用研究的深入，人们开始将稀土用在铝合金表面防腐技术上。

稀土转化膜在取代铬酸盐处理工艺方面的显现出了良好的前景，稀土转化膜技术以其无毒无污染的特点，尤其添加强氧化剂的化学浸泡法，工艺简单，己引起各国科研工作者的注意。稀土转化膜技术目前主要是浸泡处理，工艺简单、易于维护；稀土化合物价格低廉，生产成本低；废液无污染。但也有不足之处：稀土盐溶液长期浸泡工艺处理时间太长，如D.R.Amott等人将7075Al合金浸泡在0.1mol/LNaCl和0.2g/L CeCl₃溶液中20天，结果7075Al的腐蚀速率下降20倍；铈-钼处理工艺：如Mansfeld发明的专利(US5194138)，其处理温度为80℃左右，需要把处理液维持在沸腾状态，给实际生产带来较大困难；熔盐浸泡工艺：由Mansfeld等人提出的，他们把Al6061在200℃下的NaCl-SnCl₂-CeCl₃熔融体系中浸泡2小时，在Al6061表面上获得了含铈的氧化物，温度更高，不易维护；而含强氧化剂的化学法工艺：是在稀土盐溶液中加入H₂O₂、KMnO₄、(NH₄)₂S₂O₈等强氧化物，这种工艺可大大缩短处理时间，也不需很高的处理温度，但是其工艺的稳定性有待于进一步加强。

针对以上问题，本发明创造性的采用电刷镀技术在铝合金表面制备稀土铈转化膜。它可以现场常温施镀，既可以在生厂车间内对工件进行流水线加工处理，也可以无需工件拆离设备，对铝合金设备进行现场处理，防腐成本低廉，经济效益显著，同时还满足了大型设备电刷镀防腐层需要。开发的铝合金表面稀土转化膜处理工艺简单，无毒无污染，其溶液中不含强氧化剂，因此该溶液长时间稳定且可以循环利用，得到的稀土膜层表面均匀、致密、美观、无明显缺陷，而且具有优异的耐腐蚀性能。

发明内容：

本发明的目的在于开发出了一种新的铝合金表面处理工艺，提高铝合金抗腐蚀性能。采用电刷镀技术在铝合金表面制备了稀土转化膜，此膜层具有良好的耐海水腐蚀性能。而且此工艺可以现场施镀，操作工艺简单方便，成本低廉，环保性能好。

本发明的原理是：电刷镀电源提供外加电流并能够促使溶液中的稀土铈阳离子定向向铝合金表面移动，铝合金在稀土处理溶液中并在外加电流的作用下其表面会发生复杂的电化学反应，其最终结果是铈离子结合氢氧根离子生成氢氧化物和氧化物沉积到铝合金表面形成膜层并且与铝合金基体牢固结合。由于电刷镀为断续沉积过程，其制备的稀土膜层为层状结构，这与其他方法制备的稀土转化膜不同。