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镁合金具有密度小,比强度高等特点,它是重要的航空和宇航结构材料之一。然而镁合金化学活性高,在空气中生成碱式碳酸盐膜(腐蚀产物),所以镁合金作结构材料用时,必须采取可靠的防护措施。镁合金表面防护有化学氧化和电化学氧化两种方法。化学氧化可获得0.5μm~3μm的薄膜层;电化学氧化可获得l0斗m~401山m的厚膜层。由于化学氧化膜薄而软,电化学氧化膜质脆而多孔,故镁合金氧化除作装饰和中间工序防护外,很少单独使用。为提高镁合金的耐蚀性,一般在氧化之后都要进行喷涂油漆、树脂及塑料等有机膜。经电化学氧化并加涂层者抗蚀能力高。
(一)常温封孔机理常温封孔基于吸附阻化原理,主要是金属的水解沉积作用,根据其组分不同,还有水化作用和生化学转化膜等协同效应,是三个作用的综合结果。(1)水化作用。常温下氧化膜与水生成亚稳态的水化产物(1一Al:O。·3H。O),常温封闭剂中加有促进水化反应的物质,如Ni2+、Cr3+、C02+、Zr4+等,可加速水化作用。(2)金属盐的水解作用。这是主反应,常温封孔中大都采用Ni—F或Ni—c0—F系。F-离子特性吸附在膜壁上,中和了阳极氧化膜的正电荷使之带负电位,有利于金属离子向膜孔中扩散,另外F-与膜反应又生成0H-,与扩散进入膜孔的Ni2+结合,生成氢氧化物面沉积于膜孔中堵塞孔隙。(3)形成铝的化学转化膜。铝氧化膜与封孔剂作用发生微溶,生成的铝离子与封孔剂的某些成分
(1)温度。封孔温度愈高,水向膜孔扩散快,氧化膜水化反应速度快,封闭效果好。一定要达到95℃以上。(2)水质。微量杂质会毒化水化反应(即抑制水化反应),导致封孔失效。水纯度愈高封闭质量愈好。电阻为60Ω~l04Ω的去离子水较适合,最有害的杂质是S042-,C1-、P043-,F一、Si042-,允许含量分别为100mg/L、50mg/L、15mg/L、5mg/L、5mg/L以下,每周要更换一次纯水。(3)封孔时间。水化反应直到完全封闭需要一定时间,水化反应开始很快,当天面形成水化薄膜后水向膜孔的扩散速度减慢,水化速度随之降低。速度系数为(2.5—3)min/1μm,水质好为2min/1μm,10μm需封闭25min~30min。(4)pH值。当pH值偏高时,可强化水化反
铝阳极氧化膜具有很高的孔隙率和吸附能力,容易受污染和腐蚀介质浸蚀,因此,氧化膜无论着色与否,用于何场合,都必须进行封孔处理。其目的是提高耐蚀性、提高抗污染能力和固定色素体。封孔处理的方法很多,按其作用机理可分为三种:(1)利用水化反应产物体积膨胀而堵塞孔隙,如沸水法、蒸汽法。(2)利用盐的水解作用吸附阻化封闭,如无机盐封孔(含高温法和常温法)。(3)利用有机物屏蔽封孔,如浸油、浸漆、电泳涂漆、喷粉等。其中(1)(2)法用得最广。为节省能源,利用吸附阻化的常温封孔法已占主导地位。一、高温封孔工艺高温封孔是将具有很高化学活性的非晶质氧化膜变成化学钝态的结晶质氧化膜的讨程。水化反应在常温和高温下都能进行,水化反应结合水分子的数目为1个~3个,依反应温
(1)挂具。氧化和着色均应采用硬铝作挂具,不导电部分要绝缘,不能用钛作挂具。必须保障足够的导电面积和牢固接触,防止松动错位。铝型材用纯铝绑料,一定要绑紧每一根型材。(2)对极。用耐酸不锈钢作对极,呈栅栏式分布,其面积至少要与着色最大总面积相等。在对极上挂一些纯锡条可提高着色稳定性,防止亚锡氧化、。(3)氧化膜。着色氧化膜厚度要大于6μm着纯黑色要大于10μm。(4)工艺衔接。氧化后要立即进行着色,放在清水中太久(>30min)将着色困难,因发生水化反应而降低氧化膜的化学活性。(5)软升压。氧化零件需先浸入着色液中,让金属离子向膜孔扩散,然后在30s~60s内将电压缓缓升至额定值,这样可保障着色均匀性。
(1)镍锡盐。参与着色的主盐。当亚锡含量一定时,随硫酸镍含量升高,着色速度加快。通常保持25g/L~30g/L,若需着纯黑色,则要提高到40g/L以上。硫酸亚锡的作用是提高着色速度;提高着色液分散能力和重现性;促进与镍共沉积。通常夏季宜用3g/L~4g/L,秋冬春用5g/L~6g/L。着纯黑色需升至l0g/L。镍在pH=1左右本不可能电沉积,但在亚锡存在下有可能竞争还原。提出了两种假说,一是“锡触媒学说”,认为两离子共存时,镍在锡的触媒下电沉积变得容易了;二是“氢”过电位学说,由于锡上氢过电位比镍上高,故镍在锡上放电变得容易了。(2)硼酸。它在膜孔内可起缓冲作用,还有促进共析,提高着色均匀性,防止色差与色散现象。以25g/L左右为宜,主要是带出损失。(3)硫酸。
(1)单锡盐着色法:①色调广泛,可获得从香槟色至黑色多种色调(咖啡色、纯黑色除外)。②着色液分散能力好,色差小,色调均匀稳定,适合于各种复杂型材。③着色膜耐光、耐晒、耐气候、耐腐蚀,在建筑物上使用30余年不变色。④成分简单,操作方便,易于控制。⑤着色速度较快,对杂质容忍度高。(2)镍锡混合盐着色法:①综合了单镍、锡盐的优点,工艺范围宽,色系更完整,能获得从香槟-青铜-咖啡-纯黑色。②着色液稳定性比单锡盐好,亚锡用量少,不易产生乳白色混浊。③混盐着色两种金属离子竞争还原,比单盐着色更快。④着色均匀性,重现性好,适合于复杂件的着色。⑤着色膜的色素体是合金,比单盐着色膜耐磨、耐蚀、耐气候腐蚀和药品腐蚀性更强。⑥着