0 引言 隨著航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，對材料的各種性能 也提出了越來越高的要求。鋁金屬基復(fù)臺材料由于 具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，良好的耐熱性、耐磨 性等多種優(yōu)異的物理和機(jī)械性能，在航空、航天、 汽車等工業(yè)領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景 [1,2] 。但由 于材料本身增強(qiáng)體的大量引入而使其抗腐蝕性極 差，加之增強(qiáng)體多為陶瓷材料，是非導(dǎo)電體，陽極 氧化法不能在基體表面形成連續(xù)的陽極氧化膜。阿 羅丁化學(xué)法又由于鉻酸鹽是一種致癌的毒性物質(zhì)而 使其應(yīng)用受到限制。隨著稀土在工業(yè)應(yīng)用中的深入 研究，近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者對鋁合金表面稀土 轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行了研究。澳大利亞航空研究室的 Hin— ton和美國南加利福尼亞大學(xué)的 Mansfeld等人在這 方面做了許多工作 [3-6] 。我們曾對純鋁和 LYl2表 面稀土轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行過研究，取得了很好的效果 [7] 。 本文研究利用混合稀土作為成膜物質(zhì)，在鋁金屬基 復(fù)合材料A16061／SiCp表面獲得金黃色轉(zhuǎn)化膜，對 其抗腐蝕性能進(jìn)行了研究?；旌舷⊥羶r(jià)格低廉，應(yīng) 用前景廣泛。 1 實(shí)驗(yàn)方法 1.1 原材料 本試驗(yàn)采用的成膜基體為 A16061／SiCp，其成 分和主要機(jī)械性能列于表1，混合稀土的成分列于 表2。
1.2 試樣的制備 A16061／SiCp試樣依次經(jīng)過打磨拋光。擦拭粉 塵、有機(jī)除油、清洗。轉(zhuǎn)化膜成膜工藝、清洗、干 燥等工序制備出混合稀土轉(zhuǎn)化膜，其中轉(zhuǎn)化膜工藝 條件如表3所列。
1.3 抗腐蝕能力測定
(1)濕熱試驗(yàn)用5Y25型恒溫恒濕箱，按 GB2361-80進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：箱內(nèi)溫度為49± 1℃；空氣通人量力每小時(shí)箱內(nèi)容積的3倍；箱內(nèi)相 對濕度為95％以上；環(huán)境溫度不低于20℃：試片轉(zhuǎn) 速為1／3rpm；每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為8h。
(2)鹽水浸漬試驗(yàn)按JB／T6073—92進(jìn)行全浸 腐蝕試驗(yàn)。浸漬液為3．5％NaCl；溫度為35℃；每6 天換一次鹽水，試驗(yàn)周期為1個(gè)月；通過失重法計(jì)算 其腐蝕速率，單位為μg／m2·s。 (3)電化學(xué)方法評價(jià)轉(zhuǎn)化膜耐蝕性采用三電 極體系，利用美國 Parc公司生產(chǎn)的 M273恒電位儀 與 IBM586微機(jī)組成的電化學(xué)測試系統(tǒng)、測定轉(zhuǎn)化 膜在3．5％NaCl中的 Tafel曲線來評價(jià)轉(zhuǎn)化膜的耐 蝕性能，測試軟件為 M352，參比電極為飽和甘汞電 極、輔助電極為期電極，試樣面積為3．5cm2。 1.4 轉(zhuǎn)化膜的形貌觀察 在S570型掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察混合 稀土轉(zhuǎn)化膜的表觀形貌。 1.5 轉(zhuǎn)化膜形態(tài)的確定 利用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的 D／max—3B型衍射儀 (XRD)確定膜的形態(tài)。 2 結(jié)果與討論 2.1 膜的耐蝕性能 (1)不同轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性比較為了評價(jià)混合 稀土轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能，將其與 MBY法、A1odine 法進(jìn)行比較，各種轉(zhuǎn)化膜的濕熱試驗(yàn)結(jié)果如表4所 示。從表4可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性優(yōu) 于MBV法和Alodine法。
(2)全浸失重試驗(yàn)不同處理方法所得的轉(zhuǎn)化 膜在全浸試驗(yàn)過程中的腐蝕速率如圖1所示?；旌?稀土轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率低于MBV法和Aldee法，這 和濕熱試驗(yàn)結(jié)果一致。
(3)電化學(xué)測試圖2為混合稀土轉(zhuǎn)化膜試樣 和空白試樣在3.5％NaCl溶液中的Tafel曲線。從 圖中可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜試樣的腐蝕電勢 Ecorr比無轉(zhuǎn)化膜試樣的腐蝕電勢Ecorr增大，這在一 定程度上說明了混合稀土轉(zhuǎn)化膜具有較好的抗腐蝕 性能。另一方面，混合稀土轉(zhuǎn)化膜和無轉(zhuǎn)化膜試樣 相比，Tafel曲線的陰極分支和陽極分支部向負(fù)方向 發(fā)生了移動，腐蝕過程中的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)都 被混合稀土轉(zhuǎn)化膜有效地抑制。將 Tafel曲線經(jīng)微 機(jī)處理數(shù)據(jù)后得出二種試樣的腐蝕電流jcorr和腐蝕 電阻Rd,如表5所示。 由表5可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜的Rp比未 經(jīng)處理的A16061／SiCp的Rp高出19倍，而Ecorr比 未經(jīng)處理的A16061／SiCp的 Ecorr小19倍。說明混 合稀土轉(zhuǎn)化膜提高了鋁金屬基復(fù)合材料 A16061／ SiCp的耐腐蝕性能。
2.2 膜的表現(xiàn)形貌 圖3為鋁金屬基復(fù)合材料A1606．1／SiCp表面混 合稀土轉(zhuǎn)化膜的掃描電鏡(SEM)照片，其中(a)為放 大400倍時(shí)的微觀形態(tài)；
(b)為放大800倍的微觀形 態(tài)。從照片中可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜呈現(xiàn)出蜂 窩狀結(jié)構(gòu)，在蜂窩低谷處還排布著球形小顆粒。從 表觀形貌來看，混合稀土轉(zhuǎn)化膜完全覆蓋了基體表 面，并且比較致密，保護(hù)了基體免遭破壞。對于 A16061／SiCp來說，其腐蝕過程包括陽極溶解反應(yīng)： Al-3e→Al3+和陰極去極化反應(yīng)：o+2H2O+ 4e-→4OH-。任一反應(yīng)被抑制時(shí)．腐蝕都會被有效 地控制。由于混合稀土轉(zhuǎn)化膜的存在阻礙了 O2和 電子在腐蝕介質(zhì)與基體表面之間的轉(zhuǎn)移和傳遞，腐 蝕過程中的二個(gè)反應(yīng)均受到抑制，腐蝕的動力下降， 因此混合稀土轉(zhuǎn)化膜的存在提高了材料的耐蝕性
2.3 混臺稀上轉(zhuǎn)化膜晶型的確定 圖4為鋁金屬基復(fù)合材料A16061／SiCp表面混 合稀土轉(zhuǎn)化膜的X射線衍射圖譜(XRD)。從中可 以看到。混合稀土轉(zhuǎn)化膜的 XRD圖譜未出現(xiàn)尖峰， 2θ角在20-40度范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)漫寬峰，說明 轉(zhuǎn)化膜是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)c由于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的膜各向同 性，表面元晶界，在腐蝕介質(zhì)中不易形成腐蝕微電 池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性極小，故耐蝕性較好。
3 結(jié)論
(1)利用混合稀土為主的處理液處理鋁金屬基 復(fù)合材料A16061／3iCp印，可在基表面形成金黃色 的轉(zhuǎn)化膜，該膜的耐蝕性優(yōu)于在A16061／SiCp印表 面上獲得的陽極氧化膜和化學(xué)氧化膜。
(2)混合稀土轉(zhuǎn)化膜呈現(xiàn)出蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在蜂窩 低谷處排布著球形小顆粒。
(3)混合稀土轉(zhuǎn)化膜是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
1.2 試樣的制備 A16061／SiCp試樣依次經(jīng)過打磨拋光。擦拭粉 塵、有機(jī)除油、清洗。轉(zhuǎn)化膜成膜工藝、清洗、干 燥等工序制備出混合稀土轉(zhuǎn)化膜，其中轉(zhuǎn)化膜工藝 條件如表3所列。
1.3 抗腐蝕能力測定
(1)濕熱試驗(yàn)用5Y25型恒溫恒濕箱，按 GB2361-80進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：箱內(nèi)溫度為49± 1℃；空氣通人量力每小時(shí)箱內(nèi)容積的3倍；箱內(nèi)相 對濕度為95％以上；環(huán)境溫度不低于20℃：試片轉(zhuǎn) 速為1／3rpm；每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為8h。
(2)鹽水浸漬試驗(yàn)按JB／T6073—92進(jìn)行全浸 腐蝕試驗(yàn)。浸漬液為3．5％NaCl；溫度為35℃；每6 天換一次鹽水，試驗(yàn)周期為1個(gè)月；通過失重法計(jì)算 其腐蝕速率，單位為μg／m2·s。 (3)電化學(xué)方法評價(jià)轉(zhuǎn)化膜耐蝕性采用三電 極體系，利用美國 Parc公司生產(chǎn)的 M273恒電位儀 與 IBM586微機(jī)組成的電化學(xué)測試系統(tǒng)、測定轉(zhuǎn)化 膜在3．5％NaCl中的 Tafel曲線來評價(jià)轉(zhuǎn)化膜的耐 蝕性能，測試軟件為 M352，參比電極為飽和甘汞電 極、輔助電極為期電極，試樣面積為3．5cm2。 1.4 轉(zhuǎn)化膜的形貌觀察 在S570型掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察混合 稀土轉(zhuǎn)化膜的表觀形貌。 1.5 轉(zhuǎn)化膜形態(tài)的確定 利用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的 D／max—3B型衍射儀 (XRD)確定膜的形態(tài)。 2 結(jié)果與討論 2.1 膜的耐蝕性能 (1)不同轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性比較為了評價(jià)混合 稀土轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能，將其與 MBY法、A1odine 法進(jìn)行比較，各種轉(zhuǎn)化膜的濕熱試驗(yàn)結(jié)果如表4所 示。從表4可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性優(yōu) 于MBV法和Alodine法。
(2)全浸失重試驗(yàn)不同處理方法所得的轉(zhuǎn)化 膜在全浸試驗(yàn)過程中的腐蝕速率如圖1所示?；旌?稀土轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率低于MBV法和Aldee法，這 和濕熱試驗(yàn)結(jié)果一致。
(3)電化學(xué)測試圖2為混合稀土轉(zhuǎn)化膜試樣 和空白試樣在3.5％NaCl溶液中的Tafel曲線。從 圖中可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜試樣的腐蝕電勢 Ecorr比無轉(zhuǎn)化膜試樣的腐蝕電勢Ecorr增大，這在一 定程度上說明了混合稀土轉(zhuǎn)化膜具有較好的抗腐蝕 性能。另一方面，混合稀土轉(zhuǎn)化膜和無轉(zhuǎn)化膜試樣 相比，Tafel曲線的陰極分支和陽極分支部向負(fù)方向 發(fā)生了移動，腐蝕過程中的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)都 被混合稀土轉(zhuǎn)化膜有效地抑制。將 Tafel曲線經(jīng)微 機(jī)處理數(shù)據(jù)后得出二種試樣的腐蝕電流jcorr和腐蝕 電阻Rd,如表5所示。 由表5可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜的Rp比未 經(jīng)處理的A16061／SiCp的Rp高出19倍，而Ecorr比 未經(jīng)處理的A16061／SiCp的 Ecorr小19倍。說明混 合稀土轉(zhuǎn)化膜提高了鋁金屬基復(fù)合材料 A16061／ SiCp的耐腐蝕性能。
2.2 膜的表現(xiàn)形貌 圖3為鋁金屬基復(fù)合材料A1606．1／SiCp表面混 合稀土轉(zhuǎn)化膜的掃描電鏡(SEM)照片，其中(a)為放 大400倍時(shí)的微觀形態(tài)；
(b)為放大800倍的微觀形 態(tài)。從照片中可以看出，混合稀土轉(zhuǎn)化膜呈現(xiàn)出蜂 窩狀結(jié)構(gòu)，在蜂窩低谷處還排布著球形小顆粒。從 表觀形貌來看，混合稀土轉(zhuǎn)化膜完全覆蓋了基體表 面，并且比較致密，保護(hù)了基體免遭破壞。對于 A16061／SiCp來說，其腐蝕過程包括陽極溶解反應(yīng)： Al-3e→Al3+和陰極去極化反應(yīng)：o+2H2O+ 4e-→4OH-。任一反應(yīng)被抑制時(shí)．腐蝕都會被有效 地控制。由于混合稀土轉(zhuǎn)化膜的存在阻礙了 O2和 電子在腐蝕介質(zhì)與基體表面之間的轉(zhuǎn)移和傳遞，腐 蝕過程中的二個(gè)反應(yīng)均受到抑制，腐蝕的動力下降， 因此混合稀土轉(zhuǎn)化膜的存在提高了材料的耐蝕性
2.3 混臺稀上轉(zhuǎn)化膜晶型的確定 圖4為鋁金屬基復(fù)合材料A16061／SiCp表面混 合稀土轉(zhuǎn)化膜的X射線衍射圖譜(XRD)。從中可 以看到。混合稀土轉(zhuǎn)化膜的 XRD圖譜未出現(xiàn)尖峰， 2θ角在20-40度范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)漫寬峰，說明 轉(zhuǎn)化膜是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)c由于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的膜各向同 性，表面元晶界，在腐蝕介質(zhì)中不易形成腐蝕微電 池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性極小，故耐蝕性較好。
3 結(jié)論
(1)利用混合稀土為主的處理液處理鋁金屬基 復(fù)合材料A16061／3iCp印，可在基表面形成金黃色 的轉(zhuǎn)化膜，該膜的耐蝕性優(yōu)于在A16061／SiCp印表 面上獲得的陽極氧化膜和化學(xué)氧化膜。
(2)混合稀土轉(zhuǎn)化膜呈現(xiàn)出蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在蜂窩 低谷處排布著球形小顆粒。
(3)混合稀土轉(zhuǎn)化膜是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
