鋁材表面的自組裝成膜新工藝

（1．廊坊師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000；2．河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定071002）

[摘要]鋁材表面易氧化從而影響后續(xù)涂層質(zhì)量。以有機膦化合物、氨三乙酸和聚環(huán)氧琥珀酸為主要原料，采用一步法對鋁表面自組裝成膜，通過正交試驗確定了最佳成膜工藝，將此工藝制得的自組裝膜的形貌、性能與傳統(tǒng)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜比較，并探討了自組裝成膜機理。結(jié)果表明：最佳成膜工藝為5.0 mL/L有機膦化合物，5.0 g/L氨三乙酸，2.5 ML/L聚環(huán)氧琥珀酸，10.0 g/L氟化鈉，pH =6，成膜時間3 min，室溫；自組裝膜為致密的咎狀晶態(tài)膜，耐蝕性、附著力、抗沖擊力均優(yōu)于傳統(tǒng)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜。

[關(guān)鍵詞]  自組裝成膜；鋁；形貌；性能；成膜機理；鉻酸鹽轉(zhuǎn)化

[中圖分類號] TG174.4  [文獻標識碼]B   [文章編號]1001 - 1560( 2011) 01 - 0058 - 02

0前言

鋁合金用途廣泛，但硬度低、耐磨性差、易發(fā)生晶間腐蝕。鋁及其合金在空氣中易生成不均勻的氧化膜，從而影響后續(xù)涂層的附著力和耐蝕性^[1]。此外，鋁件在加工過程中往往會黏附油脂灰塵，焊接時生成殘渣。為了改善鋁材的性能，常對其進行化學(xué)轉(zhuǎn)化。鉻酸鹽轉(zhuǎn)化對環(huán)境污染嚴重^[2,3],而無鉻轉(zhuǎn)化中鋯系轉(zhuǎn)化^[4]和稀土轉(zhuǎn)化^[5]的處理工藝比較復(fù)雜。自組裝成膜技術(shù)是近年來發(fā)展的一種新型有機超薄膜技術(shù)^[6]，主要用于金屬表面預(yù)處理。自組裝膜堆積緊密、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有抑止金屬腐蝕的作用^[7]。

本工作首次以聚環(huán)氧琥珀酸、氨三乙酸和有機膦化合物為主要原料，采取一步法在鋁表面自組裝成膜，通過正交試驗確定了最佳成膜工藝，將此工藝制得的自組裝膜的形貌、性能與傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜進行了比較，并探討了自組裝成膜機理。

1試驗

1.1基材前處理

基材為尺寸30.0 mm×10.0 mm×0.3 mm的LY21硬鋁片。自組裝成膜基材室溫下除油（除油液由5.0%NaOH和1.5%非離子表面活性劑組成）至表面

不掛水珠，水洗后成膜。傳統(tǒng)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化基材室溫下進行前處理：除油（除油液由5.0%NaOH和1.5%非離子表面活性劑組成，5～10 min）→水洗→出光(3%HN0₃，3 min) →水洗。

1.2膜的制備

室溫下將基材浸泡在自組裝成膜劑中，以聚環(huán)氧琥珀酸濃度、有機膦化合物濃度、氨三乙酸濃度、氟化鈉濃度、成膜時間、pH值為6個因素，每個因素5個水平做L25 (65)正交試驗優(yōu)選自組裝成膜工藝。

傳統(tǒng)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化工藝：6 g/L Cr0₃，30 g/L H₃ P0₄(85%),5 g/L F^-,3 g/L Ni²⁺，室溫，5 min.

1.3測試分析

室溫下在成膜后的鋁片表面滴一滴檢驗液，同時啟動秒表，記錄至液滴內(nèi)出現(xiàn)黑色時的時間，以此作為正交試驗的定量因子來表征自組裝膜。檢驗液配方：41 g/L CuS0₄.5H₂0,35 g/L NaCl,13 mUL HCl(0.1mol/L)。

用KYKY -2800B掃描電鏡(SEM)觀察膜的形貌。按GB 6807 - 86附錄D測定點滴時間；按GB/T12612 - 90測定鹽水浸泡時間；按GB 6807 - 86附錄A測定膜重；用熱固化粉末涂料靜電噴涂試片，固化后分別按GB 1720 - 79和GB/T 1732 - 93測試涂層的附著力和抗沖擊力。

2結(jié)果與討論

2.1  自組裝成膜工藝優(yōu)選

正交試驗的因素水平見表1，評定結(jié)果見表2。