铝合金锻造车轮三价铬钝化工

铝合金锻造车轮三价铬钝化工艺

陈二军*，张泽昭，党璐玮（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安）

作者简介：陈二军（–），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为汽车工程。

论文编号：

发表期数：年第4期（二月下）

文章全文

铝合金的密度低、比强度高、塑性好，可加工成各种型材，一些铝合金可以通过热处理获得良好的力学性能和防腐性能，在航天、建筑、桥梁、船舶、汽车、机械制造等工业领域有广泛使用。但铝合金在潮湿环境中容易发生局部腐蚀，进而影响铝合金外观件的美观[1]。汽车工艺中，常用铝合金锻件制造车轮，为了提高其防腐性能，需要对铝合金进行表面处理。目前铝合金的表面处理方法主要有电镀、阳极氧化、喷粉、喷蜡、钝化等。但电镀、阳极氧化、喷粉、喷蜡的成本高，设备复杂，而钝化工艺相对简单，且成本低，更易满足铝合金锻造车轮的外观及防腐的要求。

现有的钝化工艺主要有三价铬钝化、硅酸钠钝化、锆钛钝化等，但在铝合金锻件上应用尚不成熟。刘超等研究了铝合金三价铬钝化工艺参数对其耐蚀性的影响，最优工艺参数下的耐中性盐雾试验可达到h[2]。肖鑫等则研究了三价铬钝化工艺参数对ADC12铝合金耐蚀性的影响，最优工艺参数下的耐中性盐雾试验也有h[3]。尽管三价铬钝化工艺的研究已有报道，但其耐中性盐雾时间较短，还不能满足铝合金车轮长期防腐的要求。本文通过研究三价铬钝化工艺参数对-T6铝合金锻件耐蚀性的影响，拟开发一种适合该产品的钝化工艺。

1实验

1.1材料

尺寸为mm×50mm的-T6铝合金车轮锻件试样，其主要元素组成为：铜0.15%~0.40%，锰0.15%，镁0.8%~1.2%，锌0.25%，铬0.04%~0.35%，钛0.15%，硅0.4%~0.8%，铁0.7%，铝余量。

1.2钝化工艺

工艺流程为：碱洗除油→去离子水洗→酸洗出光→去离子水洗→钝化→去离子水洗→自然老化。

1.2.1碱洗除油

采用某工业用脱脂剂，在50°C下浸泡试样5min。

1.2.2酸洗出光

采用某市售铝合金专用酸洗剂30g/L，在常温下浸泡试样2min。

1.2.3钝化

在40°C下，将试样浸泡在pH为4.0的钝化液中。Cr2(SO4)3为主要的钝化成膜物质，K2ZrF6为成膜促进剂。主要的工艺参数见表1。

1.2.4自然老化

常温下，将试样置于无尘环境中24h。

1.3性能检测

1.3.1厚度及外观质量

三价铬钝化膜的厚度采用Dektak6M型台阶仪测量，探针半径范围1.00~12.5μm，施加载荷l~30mg，扫描极限长度是30mm，极限分辨率最高达0.75nm。根据汽车行业外饰件的外观要求，目视成膜情况，尤其是外观颜色变化、连续性及均匀性，综合评价钝化膜的外观质量。

1.3.2耐蚀性

按照GB/T–《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行中性盐雾(NSS)试验。试剂为(50±5)g/LNaCl溶液(电导率≤20μS/cm)，温度(35±2)°C，pH6.5~7.2，喷雾压力70~kPa，每80cm2面积的盐雾沉降量为1.2~2.0mL/h，试样未保护一面朝上并与垂直方向成20°±5°。根据GB/T–《化学转化膜铝及铝合金上漂洗和不漂洗铬酸盐转化膜》对h盐雾试验后的试样耐蚀性进行评价。

2结果与讨论

2.1前处理后的表面状态

碱洗除油、酸洗出光后的表面状态如图1所示，去除了油污及氧化层后，表面变得光亮、洁净，呈银白色金属光泽。

2.2Cr2(SO4)3质量浓度对钝化膜的影响

Cr2(SO4)3在钝化液中的主要作用是令铝合金表面覆盖一层三价铬氧化物Cr2O3及氢氧化物Cr(OH)3、CrO(OH)[4]。成膜液中Cr2(SO4)3的质量浓度分别为5g/L(1#)、6g/L(2#)、7g/L(3#)时，在K2ZrF6质量浓度为2g/L，pH为4，温度为40°C，成膜时间为4min的条件下，钝化膜厚度依次为、和nm。钝化后和盐雾试验后试样的表面状态分别如图2和图3所示。3个试样的钝化膜色泽均匀，均呈青白色，只是3#试样的颜色较深。另外2#试样的钝化膜最厚，3#试样的最薄。经过h中性盐雾试验后，1#与2#试样变为青灰色，均满足耐盐雾h的要求，其中2#试样表面无明显腐蚀；3#试样表面色泽则变化较大，颜色不均匀，整体呈现灰黑色且泛彩，腐蚀面积也较大，不满足耐盐雾h的要求。分析原因：Cr2(SO4)3浓度较低时，钝化反应慢，故成膜较薄；随着Cr2(SO4)3浓度升高，反应充分，成膜质量变好。Cr2(SO4)3达到7g/L时K2ZrF6的量略显不足，其表面活性作用减弱，故成膜分子与基体之间的结合作用减弱，使得钝化膜在基体表面成形不完全，厚度减小，质量变差，因而耐蚀性下降。

2.3K2ZrF6质量浓度对钝化膜的影响

K2ZrF6的主要作用是降低铝合金的表面张力，活化合金表面，促进Cr2(SO4)3与基体充分反应，从而在铝合金表面形成均匀的转化膜[5]。成膜液中K2ZrF6的质量浓度分别为1g/L(4#)、2g/L(2#)、3g/L(5#)时，在Cr2(SO4)3质量浓度为6g/L，pH为4，温度为40°C，成膜时间为4min的条件下，钝化膜厚度依次为、和nm。钝化后和盐雾试验后试样的表面状态分别如图4和图5所示。经过钝化处理后，3个试样表面色泽均匀，均呈青白色。随促进剂浓度增加，试样表面光泽整体差异较小，但是略有降低。虽然均满足耐h盐雾腐蚀的要求，但随着促进剂浓度增加，K2ZrF6为3g/L时制备的5#试样表面有部分腐蚀斑块。另外，随着K2ZrF6质量浓度增加，钝化膜厚度波动较小，以2g/L时厚度最大。

分析原因：K2ZrF6的质量浓度影响了铝合金基体的活性。当K2ZrF6质量浓度较小时，其表面活化作用较弱，虽可满足耐盐雾腐蚀h的要求，但形成的钝化膜较薄；而随着K2ZrF6质量浓度增加，钝化反应中基体表面活性增强，反应充分，成膜致密均匀，膜层较厚；当K2ZrF6质量浓度增加到3g/L时，由于活化作用过强，反应剧烈，反而使得成膜结构疏松，成膜不均匀，虽然厚度也较大，但质量较差，故盐雾试验后表面出现不均匀的腐蚀斑块。

2.4钝化时间对钝化膜的影响

在成膜液含6g/LCr2(SO4)3和1g/LK2ZrF6，pH为4，温度为40°C的条件下，分别钝化2min(6#)、4min(4#)和6min(7#)，钝化膜厚度依次为、和nm。钝化后和盐雾试验后试样的表面状态分别如图6和图7所示。3个试样钝化后的表面状态相差不大。经过h中性盐雾试验后，6#试样表面有明显的黑色腐蚀产物，且腐蚀面积较大，不满足h耐盐雾要求。随钝化时间延长，钝化膜增厚，盐雾试验后表面腐蚀减弱。4#、7#试样均满足耐h盐雾试验的要求。分析原因：钝化时间过短时，钝化反应不完全，成膜质量较差；而随着时间延长，成膜趋于完全，致密度提高。就工业应用而言，钝化处理时间过长会浪费资源，因此当耐中性盐雾试验要求为h时，最佳钝化时间为4min。

3结论

成功开发了一种适用于-T6铝合金车轮锻件的三价铬钝化工艺，可满足耐h中性盐雾腐蚀的要求，其成膜厚度能达到nm。获得最优外观质量和耐蚀性的三价铬钝化工艺规范如下：Cr2(SO4)3质量浓度6g/L，K2ZrF6质量浓度2g/L，温度40°C，pH4.0，钝化时间4min。

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