D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.06.007 第30卷第6期 北京科技大学学报 Vol.30 No.6 2008年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2008 石墨纤维增强铝基复合材料表面稀土成膜过程 王春雨张强康鹏超姜龙涛武高辉 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150080 摘要采用含稀土C盐的化学溶液浸泡工艺在石墨纤维增强铝基(Gr/)复合材料表面制备无毒、无污染稀土耐蚀膜层， 并对不同时间稀土Ce盐在Gπ/A复合材料表面的成膜情况进行研究：铝基体和石墨纤维表面均覆盖稀土膜层，此类稀土膜 呈现“干泥"状，覆盖于Gr/Al复合材料表面.EDS面扫描结果表明：A、0,C,Si,Ce和Mg是组成膜的主要元素；成膜30mim, 稀土Ce质量分数达14.44%：成膜120min,稀土Ce质量分数增加到47.48%.通过对其成膜过程进行研究，提出了膜层微裂 纹的形成机制，其电化学成膜机理符合“微阴极成膜机理”·由于稀土转化膜的存在，腐蚀过程中析氢和吸氧反应均受到抑制， 同时还抑制阳极反应的发生· 关键词铝基复合材料：石墨纤维；稀土转化膜；成膜过程 分类号TG174.4 Process of rare earth conversion coating on the surface of graphite fiber reinforce- ment aluminum matrix composites WANG Chunyu,ZHA NG Qiang,KANG Pengchao.JIA NG Longtao,WU Gaohui School of Materials Science and Engineering.Harbin Institute of Technology.Harbin 150001.China ABSTRACI A Ce conversion coating.which is non"toxic and non"pollution,was prepared by chemical dipping immersion treatment on graphite fibers reinforce aluminum(Gr/Al)composite surface.It is shown that the graphite fiber and aluminum alloy surfaces both are coated by the Ce conversion coating.and the microstructure of the coating is dried-mud-like.Energy dispersive spectroscopy (EDS)indicates that the major elements distributing on the coating are Al.O.C.Si.Ce,and Mg.and the mass fraction of Ce is 14.44wt%after coating for 30min but increases to 47.48wt%after coating for 120min.The formation mechanism of coating micro- cracks was put forward.The micro-cathodic formation mechanism can explain the characters of the coatings.The Ce conversion coat- ing becomes a barrier of 02 diffusion and electron transmitting,and oxygen absorption and hydrogen separation were both inhibited. KEY WORDS aluminum matrix composites:graphite fiber:rare earth conversion coating:coating procedure 铝金属基复合材料的腐蚀防护方法大都采用铝 中期开始，澳大利亚航空研究室的Hinton和美国南 合金的防腐蚀处理方法，如阳极氧化法和铬酸盐处 加利福尼亚大学的Mansfeld等人在在铝合金表面 理，由于这种材料本身增强体的存在，使其抗腐蚀 使用稀土饨化方法制作出耐蚀性较好的稀土转化 性能较差；加之增强体的存在，用阳极氧化的方法不 膜[].近些年来，随着稀土在工业中应用研究的 能在基体表面形成连续的阳极氧化膜，铬酸盐处理 深入，在铝合金表面防腐处理中，稀土转化膜的研究 的阿罗丁化学氧化法被广泛用于铝合金的防腐蚀工 取得了一定的进展[80].在铝基复合材料表面稀土 作中，但铬酸盐是一种致癌的毒性物质而使其应用 转化膜的研究工作中大多关注的是SiC/Al复合材 受到了限制].因此铝金属基复合材料的腐蚀防 料，Gr/Al复合材料表面稀土转化膜的研究工作进 护还没有切实可行的方法，这一领域的研究工作成 行得不多-13]. 为科技工作者致力研究的热点③]，20世纪80年代 本文采用含有稀土铈盐添加成膜促进剂的化学 溶液浸泡方法在Gr/6061Al复合材料表面制作稀土 收稿日期.：2007-04-26修回日期：2007-05-29 转化膜，稀土Ce的耐蚀膜层生成过程对环境友好， 作者简介：王春雨(1975一)，男，博士研究生：武高辉(1955-)，男。 膜层无毒、无污染，具有环境保护作用，研究了稀土 教授，博士生导师，E-mail:wugh@ht·eud.cn Ce耐蚀膜的成膜工艺，并对膜层成膜过程进行了探石墨纤维增强铝基复合材料表面稀土成膜过程 王春雨 张 强 康鹏超 姜龙涛 武高辉 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院‚哈尔滨150080 摘 要 采用含稀土 Ce 盐的化学溶液浸泡工艺在石墨纤维增强铝基（Gr／Al）复合材料表面制备无毒、无污染稀土耐蚀膜层‚ 并对不同时间稀土 Ce 盐在 Gr／Al 复合材料表面的成膜情况进行研究．铝基体和石墨纤维表面均覆盖稀土膜层‚此类稀土膜 呈现“干泥”状‚覆盖于 Gr／Al 复合材料表面．EDS 面扫描结果表明：Al、O、C、Si、Ce 和 Mg 是组成膜的主要元素；成膜30min‚ 稀土 Ce 质量分数达14∙44％；成膜120min‚稀土 Ce 质量分数增加到47∙48％．通过对其成膜过程进行研究‚提出了膜层微裂 纹的形成机制‚其电化学成膜机理符合“微阴极成膜机理”．由于稀土转化膜的存在‚腐蚀过程中析氢和吸氧反应均受到抑制‚ 同时还抑制阳极反应的发生． 关键词 铝基复合材料；石墨纤维；稀土转化膜；成膜过程 分类号 TG174∙4 Process of rare earth conversion coating on the surface of graphite fiber reinforce￾ment aluminum matrix composites W A NG Chunyu‚ZHA NG Qiang‚KA NG Pengchao‚JIA NG Longtao‚W U Gaohui School of Materials Science and Engineering‚Harbin Institute of Technology‚Harbin150001‚China ABSTRACT A Ce conversion coating‚which is non-toxic and non-pollution‚was prepared by chemical dipping immersion treatment on graphite fibers reinforce aluminum （Gr／Al） composite surface．It is shown that the graphite fiber and aluminum alloy surfaces both are coated by the Ce conversion coating‚and the microstructure of the coating is dried-mud-like．Energy dispersive spectroscopy （EDS） indicates that the major elements distributing on the coating are Al‚O‚C‚Si‚Ce‚and Mg‚and the mass fraction of Ce is 14∙44wt％ after coating for30min but increases to47∙48wt％ after coating for120min．T he formation mechanism of coating micro￾cracks was put forward．T he micro-cathodic formation mechanism can explain the characters of the coatings．T he Ce conversion coat￾ing becomes a barrier of O2diffusion and electron transmitting‚and oxygen absorption and hydrogen separation were both inhibited． KEY WORDS aluminum matrix composites；graphite fiber；rare earth conversion coating；coating procedure 收稿日期：2007-04-26 修回日期：2007-05-29 作者简介：王春雨（1975—）‚男‚博士研究生；武高辉（1955—）‚男‚ 教授‚博士生导师‚E-mail：wugh＠hit．eud．cn 铝金属基复合材料的腐蚀防护方法大都采用铝 合金的防腐蚀处理方法‚如阳极氧化法和铬酸盐处 理．由于这种材料本身增强体的存在‚使其抗腐蚀 性能较差；加之增强体的存在‚用阳极氧化的方法不 能在基体表面形成连续的阳极氧化膜．铬酸盐处理 的阿罗丁化学氧化法被广泛用于铝合金的防腐蚀工 作中‚但铬酸盐是一种致癌的毒性物质而使其应用 受到了限制［1—2］．因此铝金属基复合材料的腐蚀防 护还没有切实可行的方法‚这一领域的研究工作成 为科技工作者致力研究的热点［3］．20世纪80年代 中期开始‚澳大利亚航空研究室的 Hinton 和美国南 加利福尼亚大学的 Mansfeld 等人在在铝合金表面 使用稀土钝化方法制作出耐蚀性较好的稀土转化 膜［4—7］．近些年来‚随着稀土在工业中应用研究的 深入‚在铝合金表面防腐处理中‚稀土转化膜的研究 取得了一定的进展［8—10］．在铝基复合材料表面稀土 转化膜的研究工作中大多关注的是 SiC／Al 复合材 料‚Gr／Al 复合材料表面稀土转化膜的研究工作进 行得不多［11—13］． 本文采用含有稀土铈盐添加成膜促进剂的化学 溶液浸泡方法在 Gr／6061Al 复合材料表面制作稀土 转化膜‚稀土 Ce 的耐蚀膜层生成过程对环境友好‚ 膜层无毒、无污染‚具有环境保护作用．研究了稀土 Ce 耐蚀膜的成膜工艺‚并对膜层成膜过程进行了探 第30卷 第6期 2008年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．6 Jun．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．06．007