开题报告封闭工艺参数对铝锂合金铬酸阳极氧化膜性能的影响3

1、封闭工艺参数对铝锂合金铬酸阳极氧化膜性能的影响戏）右W空士罟毕业设计（论文）开题报告封闭工艺参数对铝锂合金题目铬酸阳极氧化膜性能的影响_专业名称：金属材料工程（腐蚀与防护）班级学号：10012421学生姓名：帅志龙指导教师：邵志松填表日期：2014年03月南昌航空大学开题报告封闭工艺参数对铝锂合金铬酸阳极氧化膜性能的影响 目录TOC o 1-5 h z毕业设计(论文)开题报告1 HYPERLINK l bookmark6 一、选题的依据及意义2 HYPERLINK l bookmark8 二、国内外研究现状4 HYPERLINK l bookmark10 1、电泳涂漆4 HYPERLINK l

2、 bookmark12 2、沸水和蒸汽封闭5 HYPERLINK l bookmark14 3、重铬酸盐封闭5 HYPERLINK l bookmark16 4、常温封闭5 HYPERLINK l bookmark18 5、水解盐封闭法6 HYPERLINK l bookmark20 6、醋酸镍封闭6 HYPERLINK l bookmark22 三、实验方法7 HYPERLINK l bookmark24 铬酸阳极氧化膜的制备7 HYPERLINK l bookmark38 铬酸阳极氧化膜性能检测8 HYPERLINK l bookmark40 铝锂合金铬酸阳极氧化工艺适应性研究9 HYPE

3、RLINK l bookmark42 四、拟解决的关键问题与创新点12五、预期目标及可行性分析13六、研究计划进度13 HYPERLINK l bookmark44 参考文献14封闭工艺参数对铝锂合金铬酸阳极氧化膜性能的影响南昌航空大学材料科学与工程学院100124班帅志龙一、选题的依据及意义随着科学技术的发展，人类对飞行器的制造和使用提出了更高的要求。铝合金铬酸阳极氧化工艺作为提高铝及铝合金防护性能，延长飞机寿命而得到了广泛应用170年代以来，铬酸阳极氧化工艺逐步取代了硫酸阳极氧化工艺。铝元素是地壳中含量最大的金属元素，金属铝具有密度小、易成型、比强度高、延展性好等特点，并且其有良好的导电性

4、和导热性，因此铝材是有色金属中使用量最大、应用最广的金属材料。铝是比较活泼的金属，它的标准电位为-1.66V，在空气中极易被氧化成一层厚度为0.010.02um的氧化铝膜，该层膜将铝基体与空气隔开，从而一定程度上提高了铝材在大气中的耐蚀性。锂（Li）是元素周期表中最轻的金属元素，密度只有5360kg/nn。在铝中每加入1%（质量比）的锂，可使合金密度降低3%,并增加弹性模量约6%。由于铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性和卓越的超塑成形性能，用其取代常规铝合金，可使构件质量减轻10%15%，刚度提高15%20%，特别是它的价格比先进的复合材料便宜得多，被认为是

5、21世纪航空航天工业最理想的轻质高强结构材料2。铝合金的阳极氧化处理除了用于防腐、耐磨之外，也可作为涂装和粘结的前处理本文通过考察铝锂合金铬酸阳极化后的耐盐雾腐蚀性和漆膜附着力，对铬酸阳极化表面处理工艺对铝锂合金的适用性进行研究。阳极氧化可称为铝合金表面处理万能性的技术,合金表面经阳极氧化处理后得到一层多孔状氧化，与阳极氧化的条件有关，所氧化的铝表面上单位面积可以获得表面积非常大的氧化层，这是因为这些孔非常小而且数量极多，一块0.1*0.1平方英寸的表面上所拥有的孔眼数几乎相当于地球上人口总数，这样多的孔，这样大的表面，当然就使得表面具有极大的化学活性假使这些孔没有被填充或堵塞，那么由于环境的

6、腐蚀性，污染物质就会因为吸附进入孔内，从而降低了阳极氧化膜的抗氧化性，闭的目的就是将刚形成的氧化膜表面由化学活性状态转变为化学情性状态。只有采用恰当的封闭技术使氧化膜中的微孔闭合阳极氧化膜才能起到更好地保护铝合金表面。铝及其合金的阳极氧化膜具有硬度高、绝缘性好、耐磨性优、耐蚀性良、结合力强等优点，故在建筑业、航空航天业、交通运输业、膜分离领域及许多高尖端领域得到了广泛应用。铝及铝合金阳极氧化膜属于多孔型氧化膜，由阻挡层和多孔层两部分组成。在腐蚀性介质中，氧化膜的外部多孔层很容易从外界吸收水和侵蚀性离子，而侵蚀性离子很容易穿过非常薄的阻挡层，因此铝及其合金的阳极氧化膜极易发生腐蚀，必须进行封闭处

7、理。总的来说，采用封闭处理可以得到以下的好处：防止氧化面的外观在使用期间变坏。提咼其耐侯性。3增强其抗点蚀能力。最大限度地提高其染色层的牢度提咼其抗腐蚀能力提高阳极氧化膜的电绝缘性，特别是处于潮湿环境中时二、国内外研究现状一般来讲铝及铝合金阳极氧化膜的封闭工艺有沸纯水封闭、高温水蒸汽封闭、以氟化镍为主体的冷封闭、以重铬酸盐4-和镍盐为主体的中温封闭、以丙烯酸系为主体的电泳涂装等。从处理时的温度来分有：热处理法：处理温度在98C以上：中等温度处理法：71-88C；冷（常温）处理法：21-35C下面我们将分别进行论述：如前所述，早期人们曾在错阳极化跷上采用涂蜡，喷蜡，等物理封闭方法，但效果不怎么明

8、显，容易机械脱落等原因，逐步让位给耐蚀性能，结合力更好的化学封闭方法。但是自六十年代水溶性树脂漆开始在工业上得到广泛应用以来一项新的技术一一电泳涂装迅速掘起。电泳漆可分为阳极电泳涂漆与阴极电泳涂漆。对铝阳极氧化膜的封闭来说，主要使用阳极沉积涂漆。1、电泳涂漆电泳涂漆是一个复杂的电化学反应，包括电解、电泳、电沉积和电渗四个连续进行的过程当把被涂物浸入水溶性丙梯酵树脂漆溶液中作阳极电泳时，涂料即进行电离分散，带负电荷的涂料报子向阳极泳动，度逐渐增加，当带负电的漆离子在阳极上被氧化，与阳极上的H+结合而成漆分子时，即在阳极氧化膜的胺孔和表面上沉形成涂膜，与此同时，吸附在涂膜上的水分，在内渗力的作用下

9、穿过涂膜渗析出来进入溶液中，即电渗透。电泳涂装的优点是：1）可实现自动化连续操作，劳动生产率高，并能减轻劳动强度；2）电泳漆膜均匀，附着能力越强，质量好，用一股漆膜不容易涂到一些边缘地方或不完好的地方，如（内层、凹缘、锐边）3）涂漆的利用率高达95以上，可降低成本因此得到极为广泛的应用，尤其是大批量的而且进行自动化生产的零件，采用水溶性树脂漆，以电泳方法生产更为优越。但是电泳涂漆也有如下的缺点：1）电泳漆目前均需进行高温烘干2）电泳漆因涂上一层漆后已成为绝缘漆，无法电泳涂上第二层。2、沸水和蒸汽封闭采用水蒸汽封闭6-法,可以有效地封闭所有的孔隙。若在封闭前将氧化后的制件进行真空处理一段时间，则

10、封闭效果更加明显。蒸汽封闭的特点是不发生颜色的透扩散现象，因此不宜出现“流色”但是蒸汽封闭法所用的设备及成本较沸水法高，所以除非有特殊要求，应尽可能使用沸水法封闭。当用蒸汽封闭时,温度应控制在100-110C,时间为30min,温度太高，氧化膜的硬度和耐磨性严重下降，因此蒸汽温度不可太高。3、重铬酸盐封闭此法适宜于封闭硫酸溶液中阳极氧化的膜层及化学氧化的膜层，用本方法处理后的氧化膜显黄色，耐蚀性高，但不适用于装饰性使用。这种方法的实质是在较高的温度下,使氧化膜和重铬酸盐产生化学反应,反应产物碱式铬酸铝及重铬酸铝就沉淀于膜孔中，同时热沉淀使氧化膜层表面产生水化，加强了封闭作用，故可认为是填充及水

11、化的双重封闭作用。通常使用的封闭溶液为5%-10%勺重铬酸钾水溶液，操作温度为90-95C,封闭时间为30min,沉淀中不得有氯化物或硫酸盐。4、常温封闭常温封闭具有节能、封闭时间短及封孔效果好等优点,己得到广泛的认可及接受。常温封闭液配方及工艺条件如下：醋酸镍5-8g/L氟化钠1-1.5g/L表面活性剂0.3-0.5g/L添加剂A3g/LpH值5.5-6.5T25-60Ct1015min常温封闭工艺所获得的封闭膜具有紧密的结构及优良的耐蚀性能。和沸水封闭方法比较，具有速度快、节约能源、操作简单、原料来源方便等优点。封闭时间越长，其性能越好。5、水解盐封闭法水解盐封闭法，又称钝化处理。目前在国

12、内应用较广泛，主要用于染色后膜封闭,其封闭机理是易水解的钻盐与镍盐被氧化膜吸附后，在阳极氧化膜微细孔内发生水解，产生氢氧化物沉淀将孔封闭。工艺配方为：NiSO7H04245g/LCoSO7HO0.50.8g/L42HBO45g/L33NaAc3HO246g/LpH值46T8085Ct1520min此法克服了沸水封闭的许多缺点,封孔质量达到了国家标准。6、醋酸镍封闭热水封闭法的一个主要问题是对某些着色氧化膜有流色的现象，所以认为它只适用于阳极化膜，而对电解着色膜封闭效果不理想。醋酸镍封闭法就是为解决此问题发展起来的，在醋酸镍封闭法中至少有三种反应在起作用。阳极氧化膜中的孔眼因水化作用而被封闭，而

13、镍离子有促进和加速水合反应的作用在孔眼中擦与氨矧七铝产生共沉淀，从而防止了染料的流色镍与染料分子超化学反应形成一种新的金属络合物，从而增加了染料的稳定性和耐晒度醋酸镍封闭常用的有高温和中温两种，比较常用的中温配方醋酸镍55.8g/LTOC o 1-5 h z醋酸钻1g/L硼酸8g/LpH5-6温度70-90C时间15-20min适用于有机染料着色制品的封孔，稳定性良好各种处理溶液均采用分析纯试剂和去离子水配制。三、实验方法当前在航空工业中应用较多的铝合金阳极化工艺是铬酸阳极化和硫酸阳极化，而铬酸阳极化由于其耐腐蚀性较好,对材料的疲劳性能影响优于硫酸阳极化而被更为广泛地应用在国内外民用飞机铝合金

14、的防护上，所以采用铬酸封闭9-1.0（1）铬酸阳极氧化膜的制备1）试验药品、材料和设备试验药品：铬酸、硝酸、氢氟酸、Isoprep44碱清洗剂、铬酸钠、丙酮等。试验材料及规格：新型铝锂合金2060-T8E30试验设备：整流器、盐雾试验箱、分析天平、划痕仪、扫描电镜等。2）铬酸阳极氧化工艺流程铬酸阳极氧化工艺流程为：有机溶剂擦洗（丙酮）一碱性清洗剂除油一温水水洗f冷水洗f脱氧f冷水洗f去离子水漂洗f铬酸阳极化f冷水洗f去离子水漂洗f封闭f干燥。其中主要工序的工艺参数及配方设计如下：有机溶剂擦洗：用清洁抹布沾丙酮清洗污染表面并揩干；碱性清洗剂除油：Isoprep444575g/L温度5763C时间

15、1015min脱氧:HNO7.5%10.6%（体积比）3Cr6+22.626.2g/LHF保持单面腐蚀速率为0.0203mm/h0.0254mm/h温度室温时间520min铬酸阳极氧化：游离铬酸（CrO）30.552g/L3六价铬（CrO）30.5107.5g/L3温度3238C电压2024V时间5560min封闭：六价铬（以Cr6+计）45ppm100ppm二氧化硅WIOppmpH3.23.8温度8893C时间2328min（2）铬酸阳极氧化膜性能检测1）阳极氧化外观检测：用肉眼观察膜层外观，色泽应呈现金属灰色、灰色或黄色到绿灰色；膜层无起粉、裂纹、划伤、烧蚀等缺陷；允许有少量装挂痕迹。2）

16、膜重检测：按照ASTMB137进行氧化膜重量测量试验，经铬酸阳极氧化处理（封闭前）的试片（3块75X75mm）重量不应小于21.5mg/dm2，且不应大于75.4mg/dm2。3）耐蚀性检测：按照ASTMB117进行中性盐雾试验，稀铬酸盐封闭的阳极氧化膜试片（3块75X250mm）经336小时连续喷雾后进行耐蚀性评价。4）与漆膜结合力检测：阳极氧化膜试片（3块75X150mm）用环氧底漆涂敷，漆层固化后应通过湿划痕结合力试验。5）微观形貌表征：利用SEM观察材料表面状态及膜层微观表面形貌（3）铝锂合金铬酸阳极氧化工艺适应性研究封闭工艺是保证铝锂合金铬酸阳极氧化膜耐蚀性的关键技术in。封闭的原理

17、为氧化膜和孔壁的氧化铝与水溶液中的重铬酸钾发生下列反应：2A10+3KCrO+5HO=2Al0HCr0+2Al0HCr0+6K0H232272427生成的碱式铬酸铝与重铬酸铝沉淀，其与一水合氧化铝及三水合氧化铝在一起封闭了氧化膜的微孔。在铬酸盐封闭过程中氧化膜的外层孔是张开的，孔内充满了Cr6+，Cr6+对腐蚀具有抑制作用，所以封闭工艺是提高阳极氧化膜耐蚀性的关键技术。封闭工艺初始配方为：六价铬（以Cr6+计）45ppm100ppm二氧化硅WIOppmpH3.23.8温度8893C时间2328min利用正交试验研究Cr6+浓度（45、72、lOOppm）、温度（88、90、93C）、及时间（2

18、3、25、28min）对阳极氧化膜性能的影响，选用表面状态不同的2060-T8E30铝锂合金试样，采用三因素三水平进行试验。选择优化后的铬酸阳极氧化工艺进行氧化，分析影响膜层各性能的主要因素S3。本项目是在保证现有的封闭工艺组成不变，通过正交试验和单因素实验调节其工艺参数，不断优化工艺配方，使其膜层性能达到技术指标。为解决此关键技术，具体解决途径如下：利用正交试验研究Cr6+浓度（45、72、100ppm）、温度（88、90、93C）、及时间（23、25、28min）对阳极氧化膜性能的影响，选用表面状态不同的2060-T8E30,采用三因素三水平进行试验。选择优化后的铬酸阳极氧化工艺进行氧化，

19、分析影响膜层各性能的主要因素。正交试验表设计如下。表1(a)封闭工艺正交试验试验号2060-T8E30抛光面性能检测Cr6+(ppm)温度(C)时间(min)外观结合力耐蚀性120A1(45)B1(88)C1(23)121A1(45)B2(90)C2(25)122A1(45)B3(93)C3(28)123A2(72)B2(90)C3(28)124A2(72)B3(93)C1(23)125A2(72)B1(88)C2(25)126A3(100)B3(93)C2(25)127A3(100)B1(88)C3(28)128A3(100)B2(90)C1(23)表1(b)封闭工艺正交试验试验号2060-

20、T8E30非抛光面性能检测Cr6+(ppm)温度(C)时间(min)外观结合力耐蚀性129A1(45)B1(88)C1(23)130A1(45)B2(90)C2(25)131A1(45)B3(93)C3(28)132A2(72)B2(90)C3(28)133A2(72)B3(93)C1(23)134A2(72)B1(88)C2(25)135A3(100)B3(93)C2(25)136A3(100)B1(88)C3(28)137A3(100)B2(90)C1(23)表1(C)封闭工艺正交试验试验号2060-T8E30机加面性能检测Cr6+(ppm)温度(C)时间(min)外观结合力耐蚀性138A

21、1(45)B1(88)C1(23)139A1(45)B2(90)C2(25)140A1(45)B3(93)C3(28)141A2(72)B2(90)C3(28)142A2(72)B3(93)C1(23)143A2(72)B1(88)C2(25)144A3(100)B3(93)C2(25)145A3(100)B1(88)C3(28)146A3(100)B2(90)C1(23)利用单因素试验进一步研究C（35、65、95、115ppm）浓度，槽液温度（80、85、90、95C）,氧化时间（20、24、28、30min）对膜层性能的影响。具体的方案如下：表2Cr6+浓度对膜层性能的影响试验号Cr6+

22、浓度(ppm)材料状态外观结合力耐蚀性14735抛光面148非抛光面149机加面15065抛光面151非抛光面152机加面15395抛光面154非抛光面155机加面156115抛光面157非抛光面158机加面表3温度对膜层性能的影响试验号温度（C）材料状态性能检测外观结合力耐蚀性15980抛光面160非抛光面170机加面18085抛光面181非抛光面182机加面18390抛光面184非抛光面185机加面18695抛光面187非抛光面188机加面表4时间对膜层性能的影响试验号时间(min)材料状态性能测试外观结合力耐蚀性18920抛光面190非抛光面191机加面19224抛光面183非抛光面19

23、4机加面19528抛光面196非抛光面197机加面19830抛光面199非抛光面200机加面四、拟解决的关键问题与创新点本课题研究过程中会碰到一些难点，实验中必须认真操作，或者在实验可行性的条件下总结出更好的实验方案，从而很好完成实验。试验中碰到的难点大概有以下几个方面：在试验当中发现，型号75*250mm的试片，在挂具处容易出现挂痕，影响膜层质量。由于封闭采用的是高温封闭，蒸发量特别大，容易导致液面下降，溶度增高，pH值改变。对试验的改进及创新点：(1)针对出现挂具出现挂痕的现象，我们除了在做封闭时每隔五分钟轻微摇动一下试片，除去其表面气泡以增加封闭效果外，还改进了挂具，在挂具与试片的接触面

24、，我们将原先笔直的横梁弯曲成了波折状，以减少挂具和试片的接触面，这样可以大大改善挂痕问题。（2）针对蒸发导致液面下降的一系列问题，我们首先给封闭槽定好容，做好标记，其次给封闭槽加了一个简易的封闭盖。增加封闭盖只能轻微的减少蒸发，所以每隔一段时间都会慢慢的补水至标记处。五、预期目标及可行性分析针对封闭工艺参数对铝锂合金铬酸阳极氧化膜性能的影响进行试验研究，摸索一种适合飞机上使用的铝锂合金的铬酸阳极氧化封闭工艺。获得的膜层应达到以下要求14T6：（1）膜层质量：外观完整、均匀、连续、不起粉，无裂纹与划伤；封闭后，阳极氧化膜层除颜色有改变外，应同封闭前的膜层具有相同的完整性。（2）耐腐蚀性能：按AS

25、TMB117进行中性盐雾试验，2060-T8E30铝锂合金铬酸阳极氧化膜的耐蚀性能通过336小时。（3）膜层重量：按ASTMB137测定，膜重21.5mg/dm275.3mg/dm2之间。（4）漆层结合力应通过CMS-CT-202规定的湿划痕结合力试验。六、研究计划进度内容时间1开题报告、查阅资料翻译一篇外文资料2014年3月14日2014年3月20日2.实验研究2014年3月27日开始3.数据整理及论文撰写4.论文交指导老师截止到2014年6月255.论文答辩2014年6月210-2014年6月22日参考文献周赟.铝合金阳极氧化膜封闭工艺及膜性能的研究D.合肥工业大学,2012.田连朋，左禹

26、，赵景茂，熊金平,赵旭辉.铝合金阳极氧化膜醋酸镍封闭方法耐蚀性研究J.腐蚀与防护,2006,02:58-62.田连朋，左禹，施惠基.铝阳极氧化膜绿色封闭工艺J.腐蚀与防护,2007,08:414-416.吕建琴,陈代伟,赵甫良.铝及铝合金铬酸阳极氧化工艺研究J.涂料涂装与电镀，2006,06:31-33+40.孙衍乐，宣天鹏,徐少楠，张敏.铝合金的阳极氧化及其研发进展J.电镀与精饰，2010,04:18-21.王雨顺,丁毅,马立群.铝及铝合金阳极氧化膜的封孔工艺研究进展J.表面技术，2010,04:87-90+109.蔡锡昌，刘清标,张美霞.铝阳极氧化工艺参数对冷封闭质量的影响J.表面技术，1

27、994,02:92-95.费瑞梅.铝合金阳极化二重封闭工艺的研究J.材料工程,1995,09:41-44+38.宋曰海，郭忠诚,李爱莲，张欢.铝及铝合金阳极氧化、着色及封闭的现状和发展趋势J.电镀与涂饰,2002,06:27-33.周赟,宣天鹏，汪亮，张万利铝合金阳极氧化膜的封闭方法J.电镀与精饰，2011,04:14-17.周赟,宣天鹏，张万利，汪亮封闭工艺对铝合金阳极氧化膜耐蚀性的影响J.电镀与精饰，2012,04:1-4.王帅星，赵晴，杜楠，邵志松，舒伟发,陈庆龙.铈盐对铝合金硼酸、硫酸阳极氧化膜的封闭效应J.中国有色金属学报,2012,04:1132-1141.周育红,韩喜江，周德瑞，孙丽欣.铝及铝合金阳极氧化膜的封闭技术J.哈尔滨工业大学学报,2003,11:1325-1327+1338.李婷.铝叶片铬酸阳极化后封闭产生缺陷分析J.中国新技术新产品,2012,23:108.李之璞.国外铬酸阳极氧化的应用J.航空标准化，1985,02:48-50+46.张润保，刘炳根.铝合金阳极氧化膜封闭处理的研究J.材料保护，1985,04:11-15.袁钟才.铝合金硬质阳极化