¿Cómo mejorar la resistencia a la corrosión de las superficies de aleaciones de aluminio fundido?
1 capa cerámica de oxidación por microarco
La oxidación por microarco (MAO), también conocida como oxidación por microplasma (MPO), es una combinación de electrolito y parámetros eléctricos correspondientes. Una capa de película cerámica compuesta principalmente de matriz de óxido metálico crece en la superficie del magnesio, el titanio y sus aleaciones. Dado que la oxidación química, la oxidación electroquímica y la oxidación por plasma coexisten en el proceso de oxidación por microarco, el proceso de oxidación por microarco introduce el área de trabajo en el área de descarga de alto voltaje, lo que mejora en gran medida el rendimiento general de la película. La película de oxidación de microarco está firmemente combinada con el sustrato, tiene una estructura densa, alta tenacidad, buena resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia al impacto a altas temperaturas y aislamiento eléctrico. Esta tecnología es simple de operar, fácil de ajustar la función de la capa de membrana, el proceso no es complicado y no causará contaminación ambiental. Es una nueva tecnología de tratamiento de superficies de materiales ecológica y respetuosa con el medio ambiente con amplias perspectivas de aplicación en los campos aeroespacial, maquinaria, electrónica, decoración y otros.
Los elementos de aleación cobre y magnesio favorecen la oxidación por microarco, mientras que el silicio no favorece la oxidación por microarco. Hou Chaohui et al. [1] estudiaron las condiciones del proceso, la estructura de la película y el proceso de formación de la película de una aleación de aluminio fundido ZL con un contenido de silicio de 8 a 12. Los resultados muestran que la oxidación por microarco de una aleación de aluminio fundido en un sistema compuesto de vidrio soluble puede obtener una película de óxido cerámico fina, uniforme, gruesa y de alta microdureza. En el sistema electrolítico de oxidación por microarco, el vidrio soluble puede hacer que la oxidación por microarco de la aleación de aluminio fundido se desarrolle sin problemas; la combinación de Na2WO4 y EDTA disódico puede mejorar la dureza de la película y las condiciones del proceso para obtener la microaleación ZL109; Las películas de oxidación de arco son: NaOH: 2～4g/L, vidrio soluble: 5～7ml/L, na2wo 4: 2～4g/L, EDTA disódico: 2～4g/L, densidad de corriente de oxidación de microarco 30～40a. /dm2, temperatura de la solución 30~40 ℃. Además, Gong Jianfei et al. [2] también estudiaron la oxidación por microarco de ZL109 y obtuvieron una película cerámica de óxido uniforme con un espesor de capa densa superior a 76 μm y una microdureza de HV1600.
La aleación de aluminio fundido a presión ADC12 se usa ampliamente en pistones, poleas y otras piezas y piezas estructurales en las industrias del automóvil, motocicletas e instrumentos. Zhang Jinbin et al. [3] estudiaron los efectos de la composición del electrolito y los parámetros eléctricos sobre el rendimiento de una película cerámica negra preparada mediante oxidación de microplasma sobre la superficie de una aleación de aluminio ADC12. Los resultados muestran que la concentración de fosfato de sodio es baja y la superficie es rugosa. Si la concentración es demasiado alta, la sal precipitará y la película colapsará. La concentración óptima es de 12 a 15 g/l. K en el aditivo M1 y el componente M2 de la película, mayor será la resistencia de la película y cuanto más estable sea la saturación de negro, las concentraciones óptimas son 10,0 ~ 11,0 g/L y 15,0 ~ 18,0 g/L respectivamente. El valor de pH óptimo de una película negra uniforme es de 8,0 a 9,0; la densidad de corriente óptima para formar negro saturado es de 3,0 a 4,0 A/dm2; el espesor de la película negra preparada con la fórmula de electrolito óptima es de 20 a 30 μm; es HV 500 ~ 700, la saturación de negro es 0,8 ~ 1,0.
Wang Zongren et al. [4] aplicaron tecnología de ceramización electroquímica de superficies mejorada con plasma (tecnología PECC) al tratamiento de fortalecimiento de la superficie de la aleación de aluminio fundido a presión Y112, formando cerámicas de α-Al2O3 y γ-Al2O3 en su superficie. superficie. Se dice que el rendimiento de la película es mejor que el del revestimiento de teflón.
Jin Ling et al. [5] realizaron oxidación por microarco en la superficie de la aleación ZL109 y los materiales compuestos SiCp/ZL109. Los resultados muestran que tanto la aleación ZL109 como los materiales compuestos SiCp/ZL109 pueden someterse a oxidación por microarco. La capa de oxidación por microarco consta de dos capas, a saber, una capa suelta y una capa densa. La capa de oxidación de microarco de la aleación ZL109 se compone principalmente de fases de Al2O3 con diferentes estructuras, y la capa de oxidación de microarco del material compuesto SiCp/ZL109 se compone de Al2O3 y MgAl13O40.
La investigación sobre el tratamiento integrado de oxidación y ennegrecimiento por microarco de superficies de aleación de aluminio en condiciones de corriente constante de alimentación de CA muestra que el vanadato juega un papel decisivo en el efecto de ennegrecimiento de las películas cerámicas de oxidación por microarco; películas cerámicas negras Estable y con alta microdureza, puede proporcionar una protección anticorrosión eficaz para el metal base. Los elementos principales de las películas cerámicas negras incluyen O, Al, Si, V y p. Los compuestos de la película existen principalmente en formas amorfas y/o microcristalinas, encontrándose sólo una pequeña cantidad de cristales de γ-Al2O3 y ε-Al2O3. La membrana cerámica negra tiene una estructura suelta de una sola capa, con una superficie microscópica rugosa y desigual, microporos densos del tamaño de una micra y evidentes rastros y microgrietas de sinterización a alta temperatura. La microestructura de la película cerámica negra está relacionada con su mecanismo de formación.
El crecimiento de la película cerámica de oxidación de microarco de aleación Al-2Si fundida ZL101 se divide en tres etapas. En la etapa inicial de oxidación, la densidad de corriente es alta, pero el crecimiento de la película es lento. Durante la etapa de crecimiento rápido de la película, la tasa de crecimiento de la película alcanza el máximo; después de que el crecimiento de la película entra en un período estacionario, permanece básicamente sin cambios, el tamaño externo de la muestra ya no aumenta y la película crece gradualmente. dentro de la matriz. La influencia del elemento de aleación silicio se refleja principalmente en la obstrucción del crecimiento de la película en la etapa inicial de oxidación; después del tratamiento de oxidación con microarco, la corriente de corrosión de las aleaciones de aluminio fundido se reduce considerablemente y la resistencia a la polarización aumenta en varios órdenes. de magnitud. La fina película de oxidación de microarco también mejora en gran medida la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio y silicio.
Se utilizó el método de prueba de corrosión por niebla salina neutra para estudiar la película cerámica de oxidación por microarco de la aleación de aluminio fundido de alta resistencia ZL205 [8]. Los resultados muestran que el tratamiento de oxidación por microarco puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión del ZL205. A medida que aumenta el espesor, aumenta la resistencia a la corrosión de la membrana cerámica, pero después de que el espesor alcanza un cierto valor, la resistencia a la corrosión de la membrana cerámica no mejora significativamente. A medida que aumenta el espesor, la morfología de la superficie y la estructura de fases de la película de oxidación de microarco cambian, lo que resulta en cambios en la resistencia a la corrosión de la película de oxidación de microarco.
2 Capa de Electrodeposición
La electrodeposición es el proceso de deposición electroquímica de metales o aleaciones a partir de soluciones acuosas, soluciones no acuosas o sales fundidas de sus compuestos. Es la base para la fundición electrolítica de metales, el refinado electrolítico, la galvanoplastia y el electroformado. Estos procesos tienen lugar bajo electrolitos y condiciones de funcionamiento específicos. La dificultad de la electrodoposición del metal y la morfología del depósito están relacionadas con las propiedades del metal depositado, así como con la composición del electrolito, el valor del pH, la temperatura, la densidad de corriente y otros factores. Wu et al. [9] utilizaron métodos electroquímicos para estudiar la resistencia a la corrosión del recubrimiento compuesto de Ni2SiC electrodepositado sobre una aleación de aluminio ZL105. Los resultados muestran que la morfología de la superficie del recubrimiento compuesto de Ni2SiC es completamente diferente a la del recubrimiento de Ni puro, y su resistencia a la corrosión es mejor que la del recubrimiento de Ni puro. Después del tratamiento térmico a 300 ℃ × 2 h, la resistencia a la corrosión mejora aún más.
3 Revestimiento de iones de arco múltiple
El revestimiento de iones de arco múltiple es una cámara de vacío que utiliza descarga de gas o ionización parcial de sustancias evaporadas mientras es bombardeada por iones de gas o partículas de sustancias evaporadas. , Las especies evaporadas o reactivos se depositan sobre el sustrato. El revestimiento iónico combina orgánicamente la descarga luminosa, la tecnología de plasma y la evaporación al vacío, lo que no solo puede mejorar significativamente la calidad de la película, sino también ampliar el rango de aplicación de la película.
Las ventajas son una fuerte adhesión de la película, un buen rendimiento de difracción y una amplia gama de materiales de película. Hay muchos tipos de revestimiento iónico, como calentamiento por resistencia, calentamiento por haz de electrones, calentamiento por haz de electrones por plasma, calentamiento por inducción de alta frecuencia, etc. El revestimiento iónico de arco múltiple utiliza descarga de arco en lugar de la descarga luminosa del revestimiento iónico tradicional para la deposición. En pocas palabras, el principio del revestimiento de iones de arco múltiple es utilizar el objetivo del cátodo como fuente de evaporación y evaporar el objetivo mediante una descarga de arco entre el objetivo y la carcasa del ánodo, formando así plasma en el espacio y depositando el sustrato. Se utilizó tecnología de revestimiento iónico de arco múltiple para depositar un recubrimiento de Ti-Cr-N sobre la superficie de la aleación de aluminio ZL201, y se preparó una película lipídica sobre el recubrimiento de Ti-Cr-N [10]. Los resultados muestran que el Cr en el recubrimiento de Ti-Cr-N existe en forma de solución sólida en el cristal de TiN y no se forma ninguna fase única de CrN. Este recubrimiento puede mejorar eficazmente la resistencia a la corrosión por niebla salina de la aleación de aluminio ZL201.
4 Revestimiento compuesto químico
El proceso de añadir partículas sólidas insolubles en agua a la solución de revestimiento y depositarlas junto con el metal principal se denomina revestimiento compuesto. Si se utiliza un proceso de galvanoplastia, se denomina galvanoplastia compuesta; si se utiliza un proceso de galvanoplastia, se denomina galvanoplastia compuesta. El recubrimiento obtenido se denomina recubrimiento compuesto.
En principio, cualquier metal que pueda galvanizarse puede usarse como metal principal, pero varios metales como el níquel, el cromo, el cobalto, el oro, la plata y el cobre se estudian y utilizan ampliamente. Hay dos tipos principales de partículas sólidas, una son partículas de alta dureza y alto punto de fusión para mejorar la resistencia al desgaste del recubrimiento y la otra son partículas lubricantes sólidas para mejorar las propiedades autolubricantes del recubrimiento. Se preparó un recubrimiento compuesto químico de Ni-P-diamante sobre la superficie de aluminio fundido [11]. Los resultados muestran que el alto contenido de sulfato de cerio puede promover que las partículas de diamante entren en la capa de revestimiento. La estabilidad de la solución de revestimiento mejora enormemente con el aumento del alto contenido de sulfato de cerio y luego tiende a ser estable. La resistencia al desgaste del recubrimiento compuesto de Ni-P-diamante es mejor que la del recubrimiento de Ni-P. Después de agregar 2 mg/L de sulfato de cerio, la resistencia al desgaste mejora significativamente en comparación con el recubrimiento de Ni-P.
5 Recubrimiento de conversión química
El recubrimiento de conversión química consiste en hacer que el metal entre en contacto con un líquido corrosivo específico. Bajo ciertas condiciones, se produce una reacción química, formando una capa de producto insoluble. Película con buena adherencia. Estas películas pueden proteger el metal base del agua y otros medios corrosivos, mejorar la adhesión y la resistencia al envejecimiento de los recubrimientos orgánicos o impartir otras propiedades a la superficie. Dado que la película de conversión química está formada por el metal base que participa directamente en la reacción de formación de película, la fuerza de unión entre la película de conversión química y la base es mucho mayor que la fuerza de unión entre la capa de galvanoplastia y la capa de revestimiento químico. Casi todos los metales se pueden convertir en medios seleccionados para obtener recubrimientos de conversión química con diferentes propósitos de aplicación. Sin embargo, el acero, el aluminio, el zinc, el cobre, el magnesio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en la industria. El recubrimiento de conversión química es diferente de otros recubrimientos sobre metal (como las capas de electrodeposición de metal). En su formación debe participar directamente el metal base. Los aniones en el medio generan productos de autoconversión (MmAn), por lo que también se puede decir. que la formación del recubrimiento de conversión química en realidad puede verse como un proceso controlado de corrosión del metal. Los recubrimientos de conversión química se pueden dividir en películas de óxido, películas de fosfato, películas de cromato, películas de oxalato, etc.
Las aleaciones de aluminio son susceptibles a daños por corrosión intergranular en ambientes atmosféricos. En la actualidad, las aleaciones de aluminio fundido de alta resistencia generalmente contienen elementos como silicio, cobre y magnesio. La adición de estos elementos aumenta la sensibilidad a la corrosión de la aleación. En segundo lugar, la dureza de la superficie es baja, fácil de desgastar y el brillo de la apariencia no se puede mantener durante mucho tiempo, lo que requiere mayores medidas de protección. Entre ellos, la formación de un recubrimiento de conversión química en la superficie de una aleación de aluminio tiene las ventajas de un equipo simple, un bajo costo y una baja inversión. Peng Liang et al. [12] utilizaron el método del cromato para producir transformaciones químicas en la aleación Y112.
Los resultados experimentales muestran que el recubrimiento de conversión tiene una alta resistencia a la corrosión y una hermosa superficie exterior dorada.
El potencial de corrosión de la película de óxido químico [13] obtenida por oxidación química de la superficie de la aleación de aluminio con sal de manganeso y sal de circonio como sales principales es aproximadamente 0,45 V mayor que el de la muestra de aleación de aluminio. y la densidad de corriente de corrosión es de sólo 0,286 μ a/cm2. El valor de impedancia en el extremo de baja frecuencia del espectro de impedancia de CA es un orden de magnitud mayor que el de la muestra de aleación de aluminio. La película de óxido químico sobre la superficie de la aleación de aluminio tiene una apariencia de color amarillo dorado y una estructura de crecimiento columnar regular.
Ge Shengsong et al. [14] utilizaron un método químico sin cromo para preparar una película de conversión negra en la superficie de una aleación de aluminio fundido y evaluaron la resistencia a la corrosión de la película mediante una prueba de caída. Se utilizó microscopía electrónica de barrido y sonda electrónica para observar la morfología de la película y determinar sus elementos constitutivos. Finalmente, se propone el mecanismo de formación y el mecanismo de resistencia a la corrosión de la película negra.