呂雪飛，劉　爽**，甘樹坤

(1.吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022;2.吉林化工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，吉林 吉林 132102)

銅合金具有良好的力學(xué)性能、熱塑性、易切削及易焊接性，被用于制造閥門、水管、空調(diào)內(nèi)外機(jī)連接管和散熱器等.但在濕度較高、腐蝕性介質(zhì)中，容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕[1]，導(dǎo)致銅合金工件使用壽命大大減短.采用表面鈍化成膜技術(shù)是銅及合金表面防腐蝕的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法.近年來稀土鹽被廣泛應(yīng)用，而對銅合金工件表面的稀土轉(zhuǎn)化膜的研究工作還僅限于對單一稀土鈍化工藝過程等方面的初步研究中.本文將通過正交試驗獲得雙稀土鈍化新工藝，通過對銅合金工件表面進(jìn)行處理，在其表面形成雙稀土轉(zhuǎn)化膜，并對耐蝕性進(jìn)行評價.

1　實驗部分

1.1　試件材料及流程

本實驗所用試件為H62黃銅(市售)，即Cu-Zn合金，主要化學(xué)成分(Wt%)：61.811%Cu，35.662%Zn，其余為雜質(zhì).

線切割黃銅板狀試樣尺寸為25 mm×10 mm×2 mm，頂側(cè)打2 mm孔徑便于懸掛.

處理工藝流程為：碳化硅砂紙打磨拋光→蒸餾水流動水洗→超聲波清洗→化學(xué)除油→流動水洗→化學(xué)拋光→流動水洗→酸洗→流動水洗→ 稀土鈍化 →流動水洗 →吹干備用[2].

1.2　試驗方法

采用化學(xué)浸泡法對試樣進(jìn)行處理，所用試劑均為分析純，復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化新工藝條件通過正交試驗獲得.

1.2.1前處理

(1) 研磨拋光：用碳化硅金相砂紙打磨工作面至2000#并用機(jī)械拋光以去掉原始金屬表面后水洗吹干.

(2) 化學(xué)除油：將干燥好的試樣浸入到化學(xué)除油液中除油，其主要試劑成分及工藝[3]見表1.

表1　化學(xué)除油過程工藝參數(shù)表

(3) 化學(xué)拋光：將要使用的試樣放入含有廢銅屑的化學(xué)拋光液中，在同一拋光總時間內(nèi)多次拋光使試樣達(dá)到鏡面光亮，其主要試劑成分及工藝[4]見表2.

表2　化學(xué)拋光過程工藝參數(shù)表

(4) 硫酸預(yù)酸洗：將拋光干燥后的試樣浸入到10%硫酸溶液中進(jìn)行活化以出去合金表面氧化膜，其工藝參數(shù)[5]如表3.

表3　酸洗過程工藝參數(shù)

1.2.2復(fù)合稀土鹽鈍化液配方

以文獻(xiàn)的單一稀土鹽鈍化液配方為依據(jù)[5,6]，確定以鑭鹽與鈰鹽比例為主要參數(shù)的銅合金表面復(fù)合稀土鈍化液最優(yōu)工藝，其成膜因素及水平見表4.其他成膜因素含量依照單一稀土正交試驗實驗結(jié)果取值，分別為：檸檬酸14 g/L，磺基水楊酸10 g/L，表面活性劑0.1 g/L，成膜時間為5 min.

表4　雙稀土成膜因素及水平

1.3　膜層性能測試

根據(jù)L9(34)正交試驗表進(jìn)行了9組實驗，對膜層性能評定標(biāo)準(zhǔn)如下：

根據(jù)正交試驗所得的擇優(yōu)試驗表，對預(yù)處理好的試樣進(jìn)行鈍化處理，并對各組試驗獲得的膜層分析并給予評分，標(biāo)準(zhǔn)如下[6]：

(1) 外觀顏色：鍍膜黃銅表面應(yīng)是以金黃色為主的彩虹色，膜層應(yīng)連續(xù)完整，無脫脂棉可擦去的褐色及暗黃色疏松膜層.

(2) 表面光亮度：鍍膜黃銅表面應(yīng)表面光滑高亮度，無大理石狀發(fā)霧現(xiàn)象.

2　結(jié)果與討論

2.1　正交試驗結(jié)果

由表5均值分析，A因素1水平最大，B因素1水平最大，C因素2水平最大，D因素2水平最大，因此由正交試驗獲得的復(fù)合稀土鹽最佳配方為：A1B1C2D2，即各因素在復(fù)合稀土鈍化液中的參數(shù)如表6所示.

表5　復(fù)合稀土正交試驗表及其數(shù)據(jù)分析

表6　正交試驗確定的復(fù)合稀土鹽最佳工藝參數(shù)

2.2　對比試樣性能測試

利用硝酸點滴試驗對添加雙稀土鹽、單一稀土鹽(硝酸鑭、硝酸鈰)的最優(yōu)鈍化液及未添加任何稀土鹽鈍化液所得膜層耐蝕性進(jìn)行檢驗，對比圖如1所示.

鈍化液類型圖1　不同鈍化液處理后試樣耐蝕性

從圖1可以看出，未添加任何稀土鹽的膜層耐硝酸點滴時間僅為10.71S，耐蝕性最差；而添加硝酸鑭鹽膜層耐腐蝕時間為19.1S，硝酸鈰鹽次之，僅為18.47S.添加雙稀土鹽(La/Ce)鹽的膜層耐硝酸點滴時間最長達(dá)21.98S，表明該膜層耐蝕性最好.

2.3　對比試樣膜層性能表征

采用JSM-6490LV型掃面電鏡對不同鈍化液配方獲取的轉(zhuǎn)化膜的形貌進(jìn)行表征[9-12]，圖2為不同工藝條件下各轉(zhuǎn)化膜在掃面電鏡放大200倍情況下的形貌對比圖.根據(jù)圖片可以看出，單一稀土鑭鹽試樣表面色澤較淡，有不允許存在的麻點缺陷及裂紋、基體裸露；而雙稀土鈍化液膜層表面色澤均勻呈現(xiàn)金黃色，膜層光滑致密，無缺陷存在.

(a) 單一稀土鑭鹽試樣表面

(b) 雙稀土鈍化液膜層表面圖2　不同鈍化液膜層SEM對比圖

3　結(jié)　　論

(1) 利用單一稀土鹽鈍化液試驗確定鈍化液基本成分，并由正交試驗獲得的銅合金表面最佳復(fù)合稀土鈍化液配方為：La(NO)3·6H2O-4 g/L、Ce(NO)3·6H2O-4 g/L、BTA-14 g/L、Na2MOO4·2H2O-3 g/L、C6H8O7·H2O-14 g/L、C7H7O6S·2H2O-10 g/L、C18H29NaO3S-0.1 g/L、鈍化溫度50 ℃、鈍化時間5 min.

(2) 利用硝酸點滴試驗測試不同鈍化工藝條件下對比膜層的耐蝕性，結(jié)果表明：鑭鈰復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化膜可明顯提高銅合金表面耐蝕性能，且耐蝕性最強(qiáng).

(3) 采用掃面電鏡對各膜層形貌進(jìn)行表征，結(jié)果表明：與單一稀土鹽膜層相比，復(fù)合稀土轉(zhuǎn)化膜更為均勻致密，其與基體較強(qiáng)的結(jié)合力有效的為銅合金表面提供了腐蝕防護(hù).

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