摘要
表面防护处理是提高铝合金耐蚀性能的重要手段，而稀土转化工艺是最有希望代替铬酸盐转化的工艺之一。本文针对酸性稀土转化液稳定性较差的问题，开发了一种溶液稳定性较好的铝合金碱性铈基转化工艺，对转化膜的耐蚀性能、表面形貌及组织成分进行了表征，并对转化膜在碱性条件下的成膜机理进行探讨。 经过碱性铈盐转化处理得到的Ce膜为无色，自腐蚀电流密度降为铝合金基体的2/5。以碱性铈盐转化工艺为基础，确定了由Ce(NO3)3和Na2MoO4构成的碱性Ce-Mo转化基础体系。通过正交实验及单因素实验确定了碱性Ce-Mo基础体系转化的较佳工艺参数为：Ce(NO3)34g/L，Na2MoO412g/L，EDTA-2Na8g/L，成膜温度为70℃，pH值为8.5，成膜时间为20min。通过对比实验和单因素实验确定了BTA是最佳的添加剂，并得到了优化碱性Ce-Mo转化体系的最佳工艺参数为：Ce(NO3)34g/L，Na2MoO412g/L，EDTA-2Na8g/L，BTA1g/L，成膜温度为40℃，pH值为8.7，成膜时间为15min。 极化曲线分析表明，相较于铝合金基体的自腐蚀电流密度10.98μA·cm-2，Ce膜、Ce-Mo膜和Ce-Mo-BTA膜的自腐蚀电流密度分别下降至4.38μA·cm-2、0.61μA·cm-2和0.15μA·cm-2；电化学阻抗分析表明，成膜后试样的阻抗弧直径均大于基体铝合金，其中Ce-Mo-BTA膜的阻抗模值和相位角最大，能为铝合金提供最有效的保护。 运用SEM、EDS、XRD、XPS和FT-IR对转化膜的成分和组织结构进行表征，结果表明，Ce膜疏松多孔，膜层厚度约为0.8μm，主要由Al2O3、铈的氧化物（Ce2O3、CeO2）和铈的氢氧化物组成；Ce-Mo膜和Ce-Mo-BTA膜表面分布有微裂纹，但后者更为均匀致密，Ce-Mo膜的膜厚大约为1.2μm，而Ce-Mo-BTA膜的膜厚约为1μm，均主要由非晶态物质组成，Ce-Mo膜除了Ce膜含有的成分外，还含有钼的氧化物（MoO2、MoO3），Ce-Mo-BTA膜还包含金属-BTA络合物。 通过对膜层的成分分析及不同成膜时间对转化膜的影响分析，得到碱性铈基转化膜的成膜机理：Al在碱性条件下发生溶解反应，导致MoO24-、AlO-2失稳生成相应的氧化物/氢氧化物；基体附近液层的OH-浓度迅速下降导致Ce络合物的离解平衡被打破，释放出Ce3+，使得Ce3+、被MoO24-氧化的Ce4+生成铈的氢氧化物；BTA的加入，电离的BTA负离子与金属离子反应形成金属-BTA络合物吸附在合金表面。
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