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添加剂对铝阳极氧化膜耐蚀性能的影响

作　者: 秦露平
导　师: 雷惊雷
学　校: 重庆大学
专　业: 物理化学
关键词: 铝合金阳极氧化添加剂沸水封闭耐蚀性
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铝及其合金因具有密度小、比强度大、易成型以及优良的表面装饰性能等特点,在建筑、装饰、航空以及日常生活等诸多领域得到应用。但因存在表面硬度低、耐磨性差、易腐蚀等缺点而影响其应用范围和寿命。对铝及其合金进行适当的表面处理来提高其耐蚀性能具有非常重要的意义。阳极氧化工艺因其操作简单、成本低廉而成为目前比较常用的表面防护方法。但是将经过阳极氧化处理后的金属铝置于腐蚀性较强的环境中,表面仍容易受到腐蚀,大幅度降低铝材的使用寿命。在阳极氧化的电解液中引入添加剂是提高阳极氧化铝膜耐蚀性最简单易行的方法之一。本文选取柠檬酸、葡萄糖酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫酸铈、硼酸作为单一添加剂分别加入硫酸电解液中,并采用阳极氧化工艺制备出阳极氧化铝膜。在开路电位下通过电化学阻抗谱和Tafel极化曲线研究阳极氧化铝膜在3.5% NaCl溶液中的变化情况,并结合氧化过程电流密度-时间曲线的特点分析不同单一添加剂对阳极氧化铝膜耐蚀性的影响。同时考察了优选出最佳的单一添加剂分别与柠檬酸、葡萄糖酸钠以及十二烷基苯磺酸钠复合后制备的氧化膜的耐蚀性,分析了氧化膜经封闭处理对耐蚀性的影响。研究结果表明:单一添加剂柠檬酸、葡萄糖酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫酸铈以及硼酸对阳极氧化膜的耐蚀性都有一定的提高,尤以硫酸铈的性能最佳,各单一添加剂的最适宜浓度分别为0.10 mol/L、0.10 mol/L、0.050 mol/L、2.0 mmol/L、0.050 mol/L。在硫酸电解液中分别加入硫酸铈+柠檬酸、硫酸铈+葡萄糖酸钠、硫酸铈+十二烷基苯磺酸钠的复合添加剂后,通过电化学阻抗谱实验发现阳极氧化铝膜的阻抗值为4710 KΩ、4150 KΩ、3510 KΩ,与不含添加剂以及含单一添加剂相比阻抗值明显增加,并且硫酸铈+柠檬酸复合后效果最明显。将硫酸溶液、最佳复合添加剂两种电解液中制备的氧化膜进行封闭处理,电化学阻抗测试结果和Tafel极化曲线测试结果表明,氧化膜经过封闭处理后耐蚀性得到了很大的提高,多孔层的阻抗值均达到了10 KΩ,且在电解液中加入复合添加剂(硫酸铈+柠檬酸)后制备的氧化膜的耐蚀性最佳。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-24
  1.1 课题背景及学术意义  9
  1.2 铝阳极氧化原理简介  9-10
  1.3 阳极氧化铝膜的形成机理  10-12
    1.3.1 电场支持下的溶解模型  10
    1.3.2 临界电流密度模型  10
    1.3.3 体膨胀应力模型  10-12
  1.4 阳极氧化过程的影响因素  12-16
    1.4.1 电解液的影响  13-14
    1.4.2 氧化电压和氧化电流密度  14-15
    1.4.3 氧化温度  15
    1.4.4 氧化时间  15
    1.4.5 其他因素  15-16
  1.5 添加剂在铝阳极氧化过程中的作用  16-20
    1.5.1 无机添加剂  16-17
    1.5.2 有机添加剂  17-18
    1.5.3 复合添加剂  18-20
  1.6 阳极氧化铝膜的孔封闭  20-22
    1.6.1 沸水封孔  20
    1.6.2 重铬酸盐封孔  20
    1.6.3 有机酸封孔  20-21
    1.6.4 常温金属盐封孔  21
    1.6.5 稀土封孔  21
    1.6.6 微波水合封孔  21-22
    1.6.7 溶胶封孔  22
  1.7 阳极氧化铝膜在耐腐蚀领域的应用  22-23
  1.8 选题依据及研究内容  23-24
    1.8.1 选题依据  23
    1.8.2 研究内容  23-24
2 实验部分  24-28
  2.1 实验材料及仪器  24-25
    2.1.1 电极材料和实验试剂  24
    2.1.2 实验仪器  24-25
  2.2 阳极氧化铝膜的制备与所用装置  25-26
    2.2.1 电极的预处理  25
    2.2.2 阳极氧化铝膜制备方法  25
    2.2.3 阳极氧化实验装置  25-26
  2.3 阳极氧化铝膜的性能测试方法  26-27
    2.3.1 电化学阻抗谱(EIS)  26
    2.3.2 电化学极化方法  26-27
  2.4 阳极氧化铝膜的封闭处理  27-28
3 单一添加剂对阳极氧化铝膜耐蚀性能的影响  28-48
  3.1 实验结果与讨论  28-47
    3.1.1 柠檬酸对阳极氧化铝膜的影响  28-33
    3.1.2 葡萄糖酸钠对阳极氧化铝膜的影响  33-37
    3.1.3 十二烷基苯磺酸钠对阳极氧化铝膜的影响  37-40
    3.1.4 硫酸铈对阳极氧化铝膜的影响  40-44
    3.1.5 硼酸对阳极氧化铝膜的影响  44-47
  3.2 本章小结  47-48
4 复合添加剂对阳极氧化铝膜耐蚀性能的影响  48-58
  4.1 实验结果与讨论  48-57
    4.1.1 复合添加剂的电流密度-时间曲线  48-49
    4.1.2 硫酸铈+柠檬酸对阳极氧化铝膜的影响  49-51
    4.1.3 硫酸铈+葡萄糖酸钠对阳极氧化铝膜的影响  51-54
    4.1.4 硫酸铈+十二烷基苯磺酸钠对阳极氧化铝膜的影响  54-57
  4.2 本章小结  57-58
5 阳极氧化铝膜的封闭处理  58-62
  5.1 实验结果与讨论  58-61
    5.1.1 电化学阻抗测试  58-60
    5.1.2 Tafel 极化曲线测试结果  60-61
  5.2 本章小结  61-62
6 结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-70
附录  70

添加剂对铝阳极氧化膜耐蚀性能的影响

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