铝金属基复合材料A16061/SiCp表面稀土转化膜的研究
引言
随着航天工业的迅猛发展，对材料的各种性能也提出了越来越高的要求。铝金属基复台材料由于具有较高的比强度和比刚度，良好的耐热性、耐磨性等多种优异的物理和机械性能，在航空、航天、汽车等工业领域显示出广泛的应用前景[1,2]。但由于材料本身增强体的大量引入而使其抗腐蚀性极差，加之增强体多为陶瓷材料，是非导电体，阳极氧化法不能在基体表面形成连续的阳极氧化膜。阿罗丁化学法又由于铬酸盐是一种致癌的毒性物质而使其应用受到限制。随着稀土在工业应用中的深入研究，近年来，国内外许多学者对铝合金表面稀土转化膜进行了研究。澳大利亚航空研究室的Hin—ton和美国南加利福尼亚大学的Mansfeld等人在这方面做了许多工作[3-6]。我们曾对纯铝和LYl2表面稀土转化膜进行过研究，取得了很好的效果[7]。
本文研究利用混合稀土作为成膜物质，在铝金属基复合材料A16061/SiCp表面获得金黄色转化膜，对其抗腐蚀性能进行了研究。混合稀土价格低廉，应用前景广泛。
1 实验方法
1.1 原材料
本试验采用的成膜基体为A16061/SiCp，其成分和主要机械性能列于表1，混合稀土的成分列于表2。
1.2 试样的制备
A16061/SiCp试样依次经过打磨抛光。擦拭粉尘、有机除油、清洗。转化膜成膜工艺、清洗、干燥等工序制备出混合稀土转化膜，其中转化膜工艺条件如表3所列。
1.3 抗腐蚀能力测定
(1)湿热试验用5Y25型恒温恒湿箱，按GB2361-80进行试验。试验条件：箱内温度为49±1℃；空气通人量力每小时箱内容积的3倍；箱内相对湿度为95％以上；环境温度不低于20℃：试片转速为1/3rpm；每天连续运转时间为8h。
(2)盐水浸渍试验按JB/T6073—92进行全浸腐蚀试验。浸渍液为3.5％NaCl；温度为35℃；每6天换一次盐水，试验周期为1个月；通过失重法计算其腐蚀速率，单位为μg/m2·s。
(3)电化学方法评价转化膜耐蚀性采用三电极体系，利用美国Parc公司生产的M273恒电位仪与IBM586微机组成的电化学测试系统、测定转化膜在3.5％NaCl中的Tafel曲线来评价转化膜的耐蚀性能，测试软件为M352，参比电极为饱和甘汞电极、辅助电极为期电极，试样面积为3.5cm2。
1.4 转化膜的形貌观察
在S570型扫描电子显微镜(SEM)下观察混合稀土转化膜的表观形貌。
1.5 转化膜形态的确定
利用日本理学公司生产的D/max—3B型衍射仪(XRD)确定膜的形态。
2 结果与讨论
2.1 膜的耐蚀性能
(1)不同转化膜的耐蚀性比较为了评价混合稀土转化膜的耐蚀性能，将其与MBY法、A1odine法进行比较，各种转化膜的湿热试验结果如表4所示。从表4可以看出，混合稀土转化膜的耐蚀性优于MBV法和Alodine法。
(2)全浸失重试验不同处理方法所得的转化膜在全浸试验过程中的腐蚀速率如图1所示。混合稀土转化膜的腐蚀速率低于MBV法和Aldee法，这和湿热试验结果一致。
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(3)电化学测试图2为混合稀土转化膜试样和空白试样在3.5％NaCl溶液中的Tafel曲线。从图中可以看出，混合稀土转化膜试样的腐蚀电势Ecorr比无转化膜试样的腐蚀电势Ecorr增大，这在一定程度上说明了混合稀土转化膜具有较好的抗腐蚀性能。另一方面，混合稀土转化膜和无转化膜试样相比，Tafel曲线的阴极分支和阳极分支部向负方向发生了移动，腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应都被混合稀土转化膜有效地抑制。将Tafel曲线经微机处理数据后得出二种试样的腐蚀电流jcorr和腐蚀电阻Rd,如表5所示。
由表5可以看出，混合稀土转化膜的Rp比未经处理的A16061/SiCp的Rp高出19倍，而Ecorr比未经处理的A16061/SiCp的Ecorr小19倍。说明混合稀土转化膜提高了铝金属基复合材料A16061/SiCp的耐腐蚀性能。
2.2 膜的表现形貌
图3为铝金属基复合材料A1606.1/SiCp表面混合稀土转化膜的扫描电镜(SEM)照片，其中(a)为放大400倍时的微观形态；(b)为放大800倍的微观形态。从照片中可以看出，混合稀土转化膜呈现出蜂窝状结构，在蜂窝低谷处还排布着球形小颗粒。从表观形貌来看，混合稀土转化膜完全覆盖了基体表面，并且比较致密，保护了基体免遭破坏。对于A16061/SiCp来说，其腐蚀过程包括阳极溶解反应：Al-3e→Al3+和阴极去极化反应：o+2H2O+4e-→4OH-。任一反应被抑制时.腐蚀都会被有效地控制。由于混合稀土转化膜的存在阻碍了O2和电子在腐蚀介质与基体表面之间的转移和传递，腐蚀过程中的二个反应均受到抑制，腐蚀的动力下降，因此混合稀土转化膜的存在提高了材料的耐蚀性。
2.3 混台稀上转化膜晶型的确定
图4为铝金属基复合材料A16061/SiCp表面混合稀土转化膜的X射线衍射图谱(XRD)。从中可以看到。混合稀土转化膜的XRD图谱未出现尖峰，2θ角在20-40度范围内出现了一个漫宽峰，说明转化膜是非晶态结构c由于非晶态结构的膜各向同性，表面元晶界，在腐蚀介质中不易形成腐蚀微电池，发生电化学腐蚀的可能性极小，故耐蚀性较好。
3 结论
(1)利用混合稀土为主的处理液处理铝金属基复合材料A16061/3iCp印，可在基表面形成金黄色的转化膜，该膜的耐蚀性优于在A16061/SiCp印表面上获得的阳极氧化膜和化学氧化膜。
(2)混合稀土转化膜呈现出蜂窝状结构，在蜂窝低谷处排布着球形小颗粒。
(3)混合稀土转化膜是非晶态结构。
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