D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.04.009 第23卷第4期 北京科技大学学报 VoL23 No.4 2001年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag2001 用电化学交流阻抗法研究铝合金 表面稀土转化膜 王新东 武世民刘艳芳 孙根生 段淑贞 北京科技大学冶金学院物理化学系，北京100083 摘要应用电化学阻抗谱E$)研究了铝合金表面稀土膜的成膜过程和机理，并通过测试极 化曲线，比较了不同极化电位、不同pH值对膜层耐蚀性的影响.结果表明在铈盐溶液中可在铝 合金表面成膜，与成膜过程相对应的EIS变化清楚地显示膜层的变化.转化膜层具有良好的耐 蚀能力. 关键词 交流阻抗：稀土转化膜；腐蚀；铝合金 分类号 0646.54;TD856;TG174.453 化学转化膜处理是铝合金表面防蚀处理的 Ti.工作面积为1cm,其余部分用有机胶封嵌， 重要方法之一.常用的铬酸盐转化膜虽然操作 工作面用水砂纸打磨至1200目，再经丙酮清 简单，但使用铬酸盐带来的环境污染使这类转 洗，置于成膜液中成膜.在整个实验过程中，用 化膜的应用受到了限制.国内外近几年就稀 交流阻抗技术监测膜层的变化.交流阻抗测试 土盐类对铝合金的防蚀作用进行了研究，提 采用英国Solartron公司的1280B电化学综合测 出了稀土转化膜替代传统的铬酸盐处理的可能 试仪，所加正弦波电位幅值为10mV,频率扫描 性山然而，采用传统的电化学方法如电极电 范围为10kHz0.05Hz. 位、极化曲线等测试方法只能研究其应用性能， 1.1自然腐蚀电位下的交流阻抗测试 对其成膜过程的研究却受到了限制，而电化学 成膜溶液为：(1)Ce(NO:)溶液，含量5×10-3， 阻抗谱(EIS)方法则显示出其独特的优点.交流 pH值为5.1；(2)CeCl,溶液，含量5×10-3，pH值为 阻抗法以测得的很宽频率范围内的阻抗谱来研 4.0.将待测试样放在成膜溶液中并稳定1h后， 究电极系统，因而能比其他常规电化学方法得 进行交流阻抗测试 到更多的动力学信息和界面结构信息，故已在 12阴极极化下的交流阻抗测试 电极过程及电极表面过程研究中得到广泛的应 自然腐蚀电位下的EIS谱图虽然能很好地 用.同时该方法采用小振幅的正弦波扰动信号， 表征自然腐蚀状态下的成膜过程，但却不能反 不会使成膜体系在测量过程中发生大的改变， 映出阴极过程的反应特征.因此本文分别测 故可以在不同电位下进行反复的测量. 定了不同pH值的Ce(NO溶液的阴极过程EIS 谱图. 1实验 13耐腐蚀性能测试 成膜溶液为不同pH值、质量分数为5×10~3 利用Solartron公司的1280B电化学综合测 的Ce个NO)为和CeCl,溶液.电化学测试采用三电 试仪测定成膜试样和棵试样在3.5%NaCl溶液 极体系：辅助电极为光谱纯石墨棒，参比电极为 中的稳态极化曲线，求出其腐蚀速度.辅助电极 饱和甘汞电极，工作电极为铝合金试样.铝合金 为Pt片，参比电极为饱和甘汞电极，试样暴露 中其他成分（质量分数）为0.1%C,0.45%Mg,0.1% 面积为0.2cm2,起始电位约为自然腐蚀电位以 Mn,0.35%Fe,0.40%Si,0.10%Zn,0.10%Cr;0.10% 下250mV,终止电位在自然腐蚀电位以上500 收稿日期200101-12王新东男，39岁，散授，博士 mV.测量前试样在介质中稳定180s,扫描速度 *国家自然科学基金资助项目(No50074003) 为0.167mV/s.第 23 卷 第 4 期 2 0 1 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ u . 曰 of U. 城. 勿 。 f cs 触. ec . 叼 1权卜. 。 协盯 决幼加 g Vo L2 3 N 0 . 4 A . .g 20 1 用 电化学交流 阻抗法研究铝合金 表面稀土转化膜 王 新 东 武世 民 刘艳芳 孙根生 段淑 贞 北京科技大学冶金学院物理化学系 , 北京 1 0() 0 8 3 摘 要 应用 电化学 阻抗谱仍15) 研究 了铝合金表面稀土膜 的成膜过程和机理 , 并通过侧试极 化曲线 , 比较了不 同极化电位 、 不同 PH 值对膜层 耐蚀性的影响 . 结果表明在饰盐溶液中可 在铝 合金 表面 成膜 , 与成膜过程 相对应的EI S 变化清楚地显示膜层 的变化 . 转化膜层具有 良好的耐 蚀能力 ` 关扭词 交流阻抗; 稀土转化膜; 腐蚀 ; 铝合金 分 类号 0 64 6 . 54 ; T D 8 56 ; T G 174 . 4 53 化学转化膜处理是铝合金表面 防蚀处理 的 重要方法 之一 常用 的铬酸盐转化 膜虽然操作 简单 , 但 使用铬酸盐带来 的环境污染使 这类转 化膜 的应 用 受到 了 限制 . 国 内外 近几 年 就稀 土盐类 对 铝合金 的 防蚀作 用进 行 了研 究 , 提 出了稀土转化 膜替代传统 的铬酸盐处理的可能 性 `1, ’ 1 . 然而 , 采用传统 的电化学方法 如电极 电 位 、 极化 曲线等测试方法只能研究其应用性能 , 对其成膜过程 的研 究却受到 了限制 , 而 电化学 阻抗 谱 (lE s) 方 法则显示 出其 独特 的优点 . 交 流 阻抗法 以测得 的很宽频率范 围内的阻抗谱来研 究 电极 系统 , 因而能 比其他常规电化学方法得 到更 多的动力学信息和界面结构信 息 , 故 已 在 电极过程及 电极表面过程研究 中得 到广泛的应 用 . 同时该方法采用小振 幅的正弦波扰动信号 , 不会 使成膜体 系在测量 过程 中发生大 的改 变 , 故可 以 在不 同电位 下进行反复 的测量 . 1 实验 成膜 溶液为不 同 p H 值 、 质量分数 为 5 、 1 -0 , 的 C e困0 3 ) , 和 C eC 卜溶液 . 电化学测试采用三 电 极体 系 : 辅助电极 为光谱纯石墨棒 , 参 比电极 为 饱和甘汞 电极 , 工作 电极为铝合金试样 . 铝合金 中其他成 分 (质量分数 )为 0 . 1% C, .0 45 % M g , 0 . 1% M n , 0 . 3 5 % F e , 0 . 4 0 % 5 1 , 0 . 10 % Z n , 0 . 10% rC ; 0 . 1 0% 收 稿日期 2 0 1刁卜 12 王新东 男 , 39 岁 , 教授 , 博士 * 国家 自然 科学基金资助项 目( No s o 74 0 3) iT . 工作 面积为 l e m Z , 其余部分用有机胶 封嵌 , 工作面用水 砂纸 打磨 至 1 2 0 目 , 再经丙酮 清 洗 , 置于成膜液 中成膜 . 在整个 实验过程 中 , 用 交 流阻抗技术监测 膜层的变化 . 交流阻抗测试 采用英 国 S ul 越tr o n 公 司的 12 8 0B 电化学综合 测 试仪 , 所加 正弦波 电位幅值为 10 m V , 频率扫描 范 围为 10 妞-2 .0 05 12 . L l 自然腐蚀电位下的交流阻抗侧试 成膜溶 液为 : ( l) C e困0 3万溶液 , 含量 sx lo 一 3 , 声 值为 5 . 以2) C e C卜溶 液 , 含量 sx lo 一 3 , PH 值为 .4 0 . 将待测试样 放在成膜溶 液 中并稳定 l h 后 , 进行交 流阻抗 测试 . 1 .2 阴极极化下的交流阻抗洲试 自然腐蚀 电位 下的 IE S 谱 图虽然 能很好 地 表征 自然腐蚀 状态下 的成膜 过程 , 但却 不能反 映 出 阴极 过 程 的反应 特征 . 因此 本文 分别 测 定 了不 同 PH 值 的 C e困0 3 ) , 溶液 的阴极过 程 lE s 谱图 . 1 3 耐腐蚀性能测试 利用 S of 田tr o n 公 司的 12 80 B 电化学 综合测 试 仪测定成膜试样 和裸试样在 3 . 5 % N a C I 溶 液 中的稳 态极化 曲线 , 求出其 腐蚀 速度 . 辅助电极 为 tP 片 , 参 比电极为饱和甘 汞电极 , 试样暴 露 面积为 .0 2 c耐 , 起始 电位 约为 自然腐蚀 电位 以 下 2 50 m V , 终止 电位在 自然腐蚀 电位 以 上 5 0 m V . 测量前试样在介 质 中稳定 180 5 , 扫描速 度 为 0 . 1 6 7 m V / s · DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 04. 009