A357铝合金轮毂无铬终钝化膜的制备与耐蚀性

?A357铝合金轮毂无铬终钝化膜的制备与耐蚀性

王双红（沈阳大学机械工程学院；沈阳防锈包装材料有限责任公司）

文章全文

铝合金轮毂主要采用A356或A6061锻造成型，在机械高抛光后通常进行无铬钝化预处理再涂装多道有机涂层来满足耐蚀性要求。

传统工艺的无铬钝化膜能够显著提高与有机涂层的结合力，但其耐盐雾腐蚀能力一般，所以一般不作为工作层应用。

近年来，一种A357铝合金(成分与A356基本一致)液态模锻制作的大尺寸商用车铝轮毂对无铬钝化膜提出了新要求，即在不影响A357铝轮毂色泽和表面质量的前提下，未涂装无铬钝化膜必须能够耐中性盐雾腐蚀96 h以上(锈蚀面积小于10%)。

目前较成熟的铝合金无铬钝化是以氟锆(钛)酸为主的无机?有机复合体系钝化，以汉高和凯密特儿的产品为代表。

虽然氟锆酸膜较薄时为无色透明，但其耐盐雾腐蚀能力差，需要通过提高膜厚来增强其耐蚀性，但厚的氟锆酸体系钝化膜一般呈蓝色或彩色。

目前常用的无铬钝化膜在未涂装情况下的耐盐雾时间一般都不会超过72 h，并且多数都是颜色涂层。

为满足A357铝合金轮毂的特殊要求，笔者所在的课题组基于汉高Alodine 4595和凯密特儿Gardobond X4707体系的优点，开发出能够满足A357铝合金轮毂的无铬终钝化工艺，具有很好的应用前景和重要的社会意义。

1 A357铝合金无铬钝化工艺

A357铝合金选自高抛光的铸造轮毂(无后续涂装)，其化学成分(以质量分数计)为：Si 6.5% ~ 7.5%，Mg 0.45%~ 0.60%，Fe < 0.2%，Cu <0.1%，Mn < 0.1%，Zn <0.1%，Ti 0.1% ~ 0.2%，Al余量。

工艺流程为：脱脂(WJ-401脱脂剂质量分数2%，温度60 °C，时间5 min)→自来水漂洗→脱氧(JFS-101脱氧剂质量分数2%，温度20 °C，时间3 min)→自来水漂洗→去离子水漂洗→无铬钝化(钝化剂质量分数10%，温度30 °C，时间5 min)→热风干燥(温度120 °C，时间10 min)。

WJ-401脱脂剂和JFS-101脱氧剂均由沈阳防锈包装材料有限责任公司提供。

无铬钝化剂的配制：称取6 g双氨基硅烷(Dynasylan?HYDROSIL 2776)溶于75.8 g去离子水中，搅拌60 min，控制反应温度在30 °C以下；加入6 g环氧基硅烷(Dynasylan? GLYEO)继续搅拌30 min，再加入6 g环氧基硅烷搅拌水解10 min；然后加入1.2 g乙酸搅拌水解30min；再依次加入4 g氟锆酸(丹东中和)、0.2 g氟化氨(分析纯)、1.0 g硝酸镁(分析纯)和8 g纳米SiO2(沈阳玺金SISOL108)，搅拌30 min，最后用氨水调节pH到2.0。

2 无铬终钝化膜的性能

2. 1 外观

从图1可以看出，所得无铬终钝化膜无色、均匀、透明，能够令基体表面保持原有的色泽。

2. 2 微观形貌和元素成分

采用荷兰Phenom ProX扫描电镜观察钝化膜的表面形貌，发现其表面存在类球形的大颗粒聚集沉积带，而且弥散分布着纳米白色点状颗粒物(见图2)。采用扫描电镜附带的能谱仪(EDS)对图2不同位置进行分析，结果见表1。

可见聚集沉积带1和3主要由Si、Al、O、F、Zr和Mg组成。点状颗粒物2由Al、Si、O、Mg组成。无颗粒物区4由Al、Si、Zr和Mg组成。

对图3标记的各区域进行面扫描的结果(见表2)表明，聚集沉积带和无颗粒区主要由Al、Si、O、Mg、F和Zr组成。

综合点扫描和面扫描结果可知，整个铝合金表面的无铬终钝化膜是连续的，但成分不均匀。

这可能是配比调控使氟锆酸优先与铝基体形成了非晶态Al2O3·4AlOF·ZrO2·H2O无机复合物，沉积在基体表面形成原子层级的形核层，随局部形核层的生长和聚集，逐步形成了类球形的大颗粒Al2O3·4AlOF·ZrO2·H2O无机复合物聚集沉积带。

又因无机复合物的形核层和沉积带的界面活性高，更容易定向化学吸附硅烷的硅羟基，进而发生强键合化学反应；剩余的硅羟基、氨基、环氧基之间再进一步交联和缩合成致密的三维有机厚膜；SiO2纳米颗粒夹杂在有机厚膜的空隙和无机复合物沉积层的微孔中，更好地强化了钝化膜的致密度和连续性。

2. 3 耐中性盐雾腐蚀性能

采用德国富奇VSC 450中性盐雾试验箱对来自实验室和生产线的无铬终钝化样品进行中性盐雾试验，主要参数为：(50 ±5) g/L NaCl溶液，pH 6.5 ~ 7.2，温度35 °C，24 h为1个观察周期。

从图4和表3可以看出，该无铬钝化工艺无论是应用在实验室还是生产线上，所得钝化膜经96 h中性盐雾试验后的锈蚀面积分数均小于96%，无明显失光和变色。

只是在120 h连续喷雾后，两种样品都有明显的失光现象，其中实验室样品表面局部出现淡黄色锈蚀，生产线样品则出现丝状灰黑色锈蚀。

3 结语

采用本工艺处理A357铝合金所得无铬终钝化膜无色、透明，能在保持A357铝合金原有色泽和表面品质的前提下，满足耐中性盐雾腐蚀96 h的要求。

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