CN103436935B - 一种柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法 - Google Patents

一种柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法，选择硝酸铈、硼酸、柠檬酸和过氧化氢组成的电镀液，将预处理的铝合金、铂片置于电镀池内分别作为阴极、阳极并与直流稳压电源相连进行稳压直流沉积。本发明提供一种粘着力以及耐蚀性好的防腐转化膜，操作简便、费用低、耗时短、耐蚀性好、应用范围广，是一种集经济、高效、优质于一体的制备方法。

Description

一种柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法
技术领域
本发明属于腐蚀防护技术领域，更加具体地说，涉及一种柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法，主要用于金属材料的腐蚀防护，例如碳钢、铝合金、镁合金的腐蚀防护。
背景技术
近年来，稀土铈转化膜以其无毒、无污染以及良好的自修复功能受到许多研究者的重视。但稀土铈转化膜由于膜层不均匀、工艺处理时间较长、盐溶液不稳定等问题，使其应用受到限制。一些研究者在稀土盐溶液中加入强氧化剂，如H2O2、KMnO4、(NH4)2S2O8等，以此来缩短转化膜的成膜时间、提高膜层的均匀性和致密性，但是，这种稀土铈转化膜层与基体的结合力差，易开裂，并不能有效的提高稀土铈转化膜的耐蚀性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、制备过程简单、耐蚀性好的柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种柠檬酸掺杂铈转化膜及其制备方法，按照下述步骤进行制备：
步骤1，在1L水溶液中，依次加入Ce(NO3)3·6H2O，H3BO3，30mL30wt%的H2O2水溶液和柠檬酸，其中所述Ce(NO3)3·6H2O浓度为0.5g/L，所述H3BO3浓度为0.4g/L，所述柠檬酸浓度为0.1g/L—0.8g/L，优选0.2g/L—0.4g/L，并调节整个体系pH=2.5。
在所述步骤1中，利用20wt%HNO3水溶液或者0.1MNaOH水溶液对整个体系进行调节，以使整个体系pH稳定在2.5。
步骤2，利用直流稳压电源为电镀装置，阳极为铂片，阴极为待处理工件，外加电压为5—10V，电镀时间为5—15min。
在所述步骤2中，外加电压为5—8V，电镀时间为5—10min。
在所述步骤2中，所述阳极铂片面积为1×1cm2。
在所述步骤2中，所述阴极为AA2219铝合金，并经过如下步骤处理，除去铝合金表面的氧化膜并且形成许多小的腐蚀坑：
（1）分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用；
（2）将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH水溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20wt%HNO3水溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
在本发明的技术方案中，一些广泛应用于金属防护中的缓蚀剂，例如硼酸、柠檬酸、次磷酸钠等，这些缓蚀剂之间存在协同效应，在稀土盐溶液中添加这些缓蚀剂能够促使其形成完整、高耐蚀性并且与基体结合牢固的稀土铈转化膜。柠檬酸盐被发现对铝合金的腐蚀具有一定的缓蚀作用，而柠檬酸又是羧基三元羧酸，能够与稀土铈离子产生络合作用，不仅缩短了稀土成膜时间，而且形成了粘着力以及耐蚀性好的稀土铈转化膜，具有广泛的应用价值。本发明操作简便、费用低、耗时短、耐蚀性好、应用范围广，是一种集经济、高效、优质于一体的制备方法。
附图说明
图1是本发明柠檬酸掺杂铈转化膜的形貌SEM照片。
图2是本发明柠檬酸掺杂铈转化膜的线性极化曲线图，其中1为基体，2为铈转化膜，3为掺杂0.1g/L柠檬酸，4为掺杂0.2g/L柠檬酸，5为掺杂0.4g/L柠檬酸，6为掺杂0.8g/L柠檬酸。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。选择的AA2219铝合金成分如下表所示（wt%）：
Al Cu Fe Si Mn Mg V Zr
AA2219 余量 5.80 0.30 0.20 0.20 0.02 0.05 0.10
实施例1：一种新型的铈转化膜，其特征在于：利用直流稳压电源在AA2219铝合金表面共沉积掺杂柠檬酸的铈转化膜。
电镀液的制备，在2×10-3M的Ce(NO3)3·6H2O水溶液中，依次加入0.4g/LH3BO3，0.1g/L的柠檬酸，30mL/L30%的H2O2，用20%HNO3或者0.1MNaOH溶液调节电镀液，使其pH=2.5。采用的电沉积装置是两电极***，阳极为铂片，阴极为AA2219铝合金。上述所说的新型铈转化膜的制备方法其步骤如下：
（1）将尺寸为15mm×10mm×1.5mm的AA2219铝合金试样表面分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用。
（2）将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20%HNO3溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
（3）将上述酸碱处理之后的样品放入电沉积装置中，采用沉积电压5V，时间10min。
（4）将样品取出，用水冲洗，在室温下自然干燥，即可以在铝合金表面沉积一层黄色的柠檬酸掺杂的铈转化膜。
实施例2：一种新型的铈转化膜，其特征在于：利用直流稳压电源在AA2219铝合金表面共沉积掺杂柠檬酸的铈转化膜。
电镀液的制备，在2×10-3M的Ce(NO3)3·6H2O水溶液中，依次加入0.4g/LH3BO3，0.2g/L的柠檬酸，30mL/L30%的H2O2，用20%HNO3或者0.1MNaOH溶液调节电镀液，使其pH=2.5。采用的电沉积装置是两电极***，阳极为铂片，阴极为AA2219铝合金。上述所说的新型铈转化膜的制备方法其步骤如下：
（1）将尺寸为15mm×10mm×1.5mm的AA2219铝合金试样表面分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用。
（2）将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20%HNO3溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
（3）将上述酸碱处理之后的样品放入电沉积装置中，采用沉积电压5V，时间10min。
（4）将样品取出，用水冲洗，在室温下自然干燥，即可以在铝合金表面沉积一层黄色的柠檬酸掺杂的铈转化膜。
实施例3：一种新型的铈转化膜，其特征在于：利用直流稳压电源在AA2219铝合金表面共沉积掺杂柠檬酸的铈转化膜。
电镀液的制备，在2×10-3M的Ce(NO3)3·6H2O水溶液中，依次加入0.4g/LH3BO3，0.4g/L的柠檬酸，30mL/L30%的H2O2，用20%HNO3或者0.1MNaOH溶液调节电镀液，使其pH=2.5。采用的电沉积装置是两电极***，阳极为铂片，阴极为AA2219铝合金。上述所说的新型铈转化膜的制备方法其步骤如下：
（1）将尺寸为15mm×10mm×1.5mm的AA2219铝合金试样表面分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用。
（2）将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20%HNO3溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
（3）将上述酸碱处理之后的样品放入电沉积装置中，采用沉积电压5V，时间10min。
（4）将样品取出，用水冲洗，在室温下自然干燥，即可以在铝合金表面沉积一层黄色的柠檬酸掺杂的铈转化膜。
实施例4：一种新型的铈转化膜，其特征在于：利用直流稳压电源在AA2219铝合金表面共沉积掺杂柠檬酸的铈转化膜。
电镀液的制备，在2×10-3M的Ce(NO3)3·6H2O水溶液中，依次加入0.4g/LH3BO3，0.8g/L的柠檬酸，30mL/L30%的H2O2，用20%HNO3或者0.1MNaOH溶液调节电镀液，使其pH=2.5。采用的电沉积装置是两电极***，阳极为铂片，阴极为AA2219铝合金。上述所说的新型铈转化膜的制备方法其步骤如下：
（1）将尺寸为15mm×10mm×1.5mm的AA2219铝合金试样表面分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用。
（2）将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20%HNO3溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
（3）将上述酸碱处理之后的样品放入电沉积装置中，采用沉积电压5V，时间10min。
（4）将样品取出，用水冲洗，在室温下自然干燥，即可以在铝合金表面沉积一层黄色的柠檬酸掺杂的铈转化膜。
实施例5：一种新型的铈转化膜，其特征在于：利用直流稳压电源在AA2219铝合金表面共沉积掺杂柠檬酸的铈转化膜。
电镀液的制备，在2×10-3M的Ce(NO3)3·6H2O水溶液中，依次加入0.4g/LH3BO3，30mL/L30%的H2O2，用20%HNO3或者0.1MNaOH溶液调节电镀液，使其pH=2.5。采用的电沉积装置是两电极***，阳极为铂片，阴极为AA2219铝合金。
上述所说的新型铈转化膜的制备方法其步骤如下：
（1）将尺寸为15mm×10mm×1.5mm的AA2219铝合金试样表面分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用。
（2）将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20%HNO3溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
（3）将上述酸碱处理之后的样品放入电沉积装置中，采用沉积电压5V，时间10min。
（4）将样品取出，用水冲洗，在室温下自然干燥，即可以在铝合金表面沉积一层黄色的铈转化膜。
通过扫描电子显微镜S4800，Hitachi，Japan，EDAX公司的能谱探头进行EDS测试，利用扫描电镜进行形貌分析（如附图1所示）和eds分析，材料薄膜表面元素分析
元素 Wt% At%
CK 13.00 34.27
OK 24.13 47.75
AlK 3.98 4.67
CeK 58.90 13.31
Matrix Correction ZAF
利用的电化学工作站型号为GamryReference600，测试介质为：3.5wt.%氯化钠水溶液，温度25±2℃。采用三电极***测定极化曲线，工作电极为镀层，对电极为2×2cm2的铂网，参比电极为饱和甘汞电极，参数设置为：起始电位-0.9V，终止电位-0.35V，扫描速率1mV/s。极化曲线如附图2所示，随着柠檬酸的加入，曲线向左下角移动，即腐蚀速率降低，耐蚀性提高。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种柠檬酸掺杂铈转化膜，其特征在于，按照下述步骤进行制备：
步骤1，在1L水溶液中，依次加入Ce(NO3)3·6H2O，H3BO3，30mL30wt％的H2O2水溶液和柠檬酸，其中所述Ce(NO3)3·6H2O浓度为0.5g/L，所述H3BO3浓度为0.4g/L，所述柠檬酸浓度为0.1g/L-0.8g/L，并调节整个体系pH＝2.5；
步骤2，电镀装置，利用直流稳压电源，阳极为铂片，阴极为待处理工件，外加电压为5-10V，电镀时间为5-15min。
2.根据权利要求1所述的一种柠檬酸掺杂铈转化膜，其特征在于，在所述步骤1中，利用20wt％HNO3水溶液或者0.1MNaOH水溶液对整个体系进行调节，以使整个体系pH稳定在2.5。
3.根据权利要求1所述的一种柠檬酸掺杂铈转化膜，其特征在于，在所述步骤1中，所述柠檬酸浓度为0.2g/L-0.4g/L。
4.根据权利要求1所述的一种柠檬酸掺杂铈转化膜，其特征在于，在所述步骤2中，外加电压为5-8V，电镀时间为5-10min；所述阳极铂片的尺寸为1cmX1cm。
5.根据权利要求1所述的一种柠檬酸掺杂铈转化膜，其特征在于，在所述步骤2中，所述阴极为AA2219铝合金，并经过如下步骤处理，除去铝合金表面的氧化膜并且形成许多小的腐蚀坑：
(1)分别用800#，1000#，1500#，2500#砂纸逐级打磨至光滑，后用去离子水清洗干净，无水乙醇超声10min后干燥备用；
(2)将上述打磨之后的铝合金样品进行酸碱处理，碱处理液为1.25MNaOH水溶液，室温刻蚀5min，水冲洗；酸处理液为20wt％HNO3水溶液，室温出光5min，水冲洗后用吹风机吹干备用。
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