Al18B4O33W/6061复合材料表面铈转化膜形成及耐蚀机理

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作为一种具有广泛应用前景的铝基复合材料,硼酸铝晶须增强铝基复合材料的腐蚀防护问题亟待解决。铈转化膜是一种很有潜力的表面处理方法,自其被发现以来,一直备受关注。关于铈转化膜的研究主要集中在铝合金表面,在铝基复合材料上的研究较少,而且极其不系统。迄今为止,几乎还没有关于铈转化膜在硼酸铝晶须增强铝基复合材料方面的研究报道。  本文主要针对硼酸铝晶须增强基复合材料表面稀土转化膜的形成与腐蚀机制进行研究。研究了不同时间氢氟酸预处理对复合材料表面稀土转化膜微观组织结构、成膜过程以及成膜复合材料腐蚀行为的影响;水热处理对复合材料表面稀土转化膜微观组织结构以及腐蚀行为的影响;同时利用电化学噪声对复合材料成膜和腐蚀过程进行了监测。通过研究基体与在复合材料复合材料的成膜特征,揭示了复合材料中的晶须在铈转化膜成膜过程中的作用,进而阐明了复合材料表面稀土转化膜的成膜机理。  研究结果表明,复合材料表面前期HF预处理对铈转化膜的形成、生长以及形貌具有强烈的影响;预处理时间越长复合材料表面的活化程度越大;复合材料表面稀土转化膜的沉积速率、膜的非均匀性以及膜的厚度与膜中缺陷随预处理时间的增加而增加。极化曲线测试结果表明,铈转化膜可以大大提高复合材料的耐蚀性能,性能的好坏取决于膜的表面状态。电化学交流阻抗谱结果表明,尽管不同时间预处理复合材料表面所形成的稀土转化膜具有相似的腐蚀规律,但自修复作用仅存在于缺陷较少的稀土转化膜中。电位时间-曲线及相应的组织形貌揭示了稀土转化膜成膜过程是基体溶解与转化膜形成相互作用的动力学过程。  水热处理复合材料表面均匀地形成一层“绒毛状”的伪勃姆石层。稀土转化膜优先在“绒毛”的尖角处形核,随后长大。随着成膜时间的延长,组成复合材料表面铈转化膜的颗粒逐渐增大,同时膜变得更加致密。极化曲线测试结果表明稀土转化处理可以明显提高水热处理复合材料的耐蚀性,稀土转化处理时间越长,耐蚀性提高越明显。阻抗谱研究结果表明,水热处理后复合材料表面形成疏松的伪勃姆石层,其电阻在NaCl中浸泡过程中逐渐升高,因为在基底中铝合金腐蚀所形成的腐蚀产物逐渐将伪勃姆石层中空隙填充,同时这种相互交错的“绒毛状”组织又能够束缚住底层产生的腐蚀产物,阻止其向溶液中扩散。  晶须的存在促进了复合材料表面稀土转化膜的形成。相对于铝合金而言,铈转化膜更易于在复合材料表面形成。电化学噪声研究结果表明,成膜溶液中CeCl3浓度的改变对复合材料成膜过程中电化学噪声电阻的影响并不明显;而H2O2浓度对复合材料成膜过程中电化学噪声电阻的影响极为明显。成膜时间对电化学噪声电阻亦有影响,相比长时间成膜,短时间成膜试样耐蚀性更好。
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