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使用铬酸盐进行铝型材表面处理后转化膜的自愈性
六价铬酸盐的危害性逐渐显现出来,同时在这40年间也促进了铝型材和涂料涂装技术的开发;随着无铬技术的研发,除了必不可少的需要六价铬可靠性的机械零件、航空零件等行业保留以外,其他领域的六价铬基本已经退出了;在这个过程中,又重新认识了Cr^6+的耐腐蚀性;根据所述六价铬酸盐的作用效果,促进了无铬技术的发展;在本节中,将主要说明铬酸盐的普遍性和自愈性;
1:六价铬酸盐的普遍性
六价铬酸盐转化膜对所有实际应用的铝型材均能起到防腐蚀的作用;Cr^6+具有较高的氧化还原电位,是氧化的抑制剂;出于这个原因,对于铝型材基体的材质、合金类型、晶体偏析、组成不均、缺陷部位等都容易形成不敏感、稳定的处理膜、铬酸盐转化膜通过溶胶-凝胶析出,通过干燥处理进行水合物的脱水、缩合,形成非晶态、致密、无孔的高分子聚合物的网状结构;
锰系转化膜可与铬酸盐转化膜相媲美,同样以溶胶-凝胶形式析出,显示出较高的氧化能力;锰的危害性尚不清楚,存在发展困难之虞,现在还在开发中;
2:铬酸盐转化膜的自愈性
铝型材的铬酸-铬酸盐转化膜是六价和三价铬的复合化合物膜;在多数情况下,六价铬是水溶性的,三价铬是不溶性的;铬表面一旦受到损伤,Cr^6+就会从转化膜位置移动到损伤部位,修复作用在很久以前就已经广为人知了,这是经过各种腐蚀试验的经验得到的一种现象;图1就是一个典型的模型;
(铝型材表面自愈性模型)
已提出了多种化学转化膜的组成、结构,伴随着仪器分析、检测设备的发展,转化膜的自愈性理论、验证也不断进步;举一个采用扫描震动电极法的例子,在0.01/L的NaCl电解腐蚀溶液中测量腐蚀电流分布随时间的变化情况,如图2所示;在斜切划痕位置的初始腐蚀电流具有一个峰值,经过4h、8h、24h后,腐蚀电流逐渐变小,32h后,腐蚀电流几乎为零,斜切位置被认为已经自愈;这里的自愈性是在0.01g/L的NaCl水溶液中的结果,在严重的腐蚀环境下,不发生自愈作用;
3:铝型材表面修复性的差异
铬酸盐转化膜的自愈性是因为在铝型材表面形成了化学转化膜,这点并不是由铝型材基材所引起的;铝型材表面如同皮肤,只要存在就会受到氧和水的腐蚀,在铝型材表面覆盖一层基材的氧化物膜,从而抑制腐蚀;氧化膜的损伤位置通过铝型材氧化物进行修复;金和铂在自然环境中不形成氧化膜,其他金属都会形成氧化膜,具有保护母材的作用;不锈钢、钛等特别坚固,铜、耐候钢板等通过形成腐蚀产物再次抑制腐蚀的进行;在严峻的环境下,保护膜被破坏,也无法看到修复作用;
4:干燥温度的影响
铬酸盐转化膜通过溶胶-凝胶析出干燥脱水缩合聚合成膜;干燥是不可缺少的,有报告称,75℃干燥2h以上其耐腐蚀性会降低;作者认为用80℃以上的温度干燥会导致铝型材表面电位变差,与涂料的附着性降低,通过对铬酸盐转化膜进行差热分析发现,在124℃存在吸热反应的峰;此外,欧洲标准MIL-C-5514B中规定该转化膜在储存过程中不得超过60℃;
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