铜锌合金表面CeO_(2)颗粒掺杂微弧氧化复合膜层的制备及性能分析

作者：王帅柯; 孟建兵; 关庆义; 董小娟; 于浩洋; 李红梅; 李丽

来源：表面技术, 2022, 1-11.

• 铜锌合金
• 微弧氧化
• 二氧化铈
• 颗粒掺杂
• 耐蚀性能
• 膜层厚度

目的为了提高铜锌合金耐蚀性，对黄铜表面进行了颗粒掺杂微弧氧化（MAO），并研究纳米颗粒CeO_(2)对复合膜层性能的影响。方法以Na_(2)SiO_(3)·9H_(2)O、NaOH的混合溶液作为电解液对铜锌合金进行微弧氧化，以膜层厚度和自腐蚀电流密度为评价指标，对氧化时间、正向电压、反向电压、占空比进行正交试验和极差分析，得到最佳微弧氧化电参数。将CeO_(2)添加到混合电解液中，以制备颗粒掺杂微弧氧化复合膜层。通过SEM、EDS、XRD、动电位极化曲线和电化学交流阻抗测试等手段，研究CeO_(2)纳米颗粒对膜层表面、横截面的微观形貌和成分组成及膜层表面的物相结构和耐蚀性能的影响。结果以自腐蚀电流密度为主要评价指标，兼顾膜层厚度，通过正交试验和极差分析，得到了铜锌合金微弧氧化最佳电参数组合，即：氧化时间80min、占空比20%、正向电压550V、反向电压5V。未添加CeO_(2)的黄铜试件微弧氧化膜层表面存在粗糙多孔的结构；纳米颗粒CeO_(2)掺杂后，复合膜层表面变得更为平整，表面粗糙度Ra值从3.883μm降至3.331μm，孔隙率也由颗粒掺杂前的35.11%降至32.98%。随着CeO_(2)颗粒的掺杂，膜层表面的C、O、Si、Ce元素增加，Cu、Zn元素下降，膜层表面的物相主要由CuO、ZnO、CeO_(2)和SiO_(2)组成。纳米颗粒CeO_(2)掺杂前后，膜层均与黄铜基体结合紧密，无明显裂缝。沿着膜层表面向基体方向Cu和Zn元素含量短暂上升后保持平稳，而O和Si元素含量变化情况为增加，后减小至消失。颗粒掺杂前MAO膜层的自腐蚀电流密度i_(corr)为8.095×10~(-4) A/cm~(2)，纳米颗粒CeO_(2)掺杂后，i_(corr)为7.402×10~(-5) A/cm~(2)。两者与黄铜基体的i_(corr)1.236×10~(-2) A/cm~(2)相比，分别下降了两个和三个数量级。结论对铜锌合金进行微弧氧化可以在合金表面制得多孔且有良好耐蚀性的陶瓷膜层。纳米颗粒CeO_(2)的掺杂，能够有效改善铜锌合金微弧氧化膜层的多孔结构，降低孔隙率，阻碍外界腐蚀离子的侵入，增强膜层的耐腐蚀性能。

• 单位
  山东理工大学