研究人员开发多层防腐蚀涂层系统 用于保护AlSi7Mg0.3铸铝合金

盖世汽车讯 据外媒报道，斯洛文尼亚约瑟夫·斯特凡研究所（Jožef Stefan Institute）的研究人员开发出保护铸铝合金AlSi7Mg0.3免受腐蚀的多层系统。该系统采用六氟锆化三价铬涂层（Zr-CrCC，hexafluoro-zirconated trivalent chromium coating）和聚丙烯酸/硅氧烷-二氧化硅（PEHA-SS，polyacrylic/siloxane-silica）涂层。

涂覆Zr-CrCC+PEHA-SS的AlSi7Mg0.3样品的SEM图像和附着力试验（图片来源：nature.com）

3xx.x系列合金占所有铸铝合金产量的90%，其中最常见的是AlSi7Mg0.3。这种轻量化材料广泛用于发动机、汽车车轮、飞机、压缩机和泵。AlSi7Mg0.3具有良好的耐腐蚀性，但在恶劣条件下额外进行保护是有益的。目前的铬酸盐转化涂层容易对环境产生不良影响。相比之下，锆基涂层更环保，并能增强铝合金的耐腐蚀性能。这项研究探讨Zr-CrCC在铸铝合金上的腐蚀和附着力特性，包括单独涂层和具有薄有机溶胶-凝胶涂层（PEHA-SS）的多层系统。

方法

研究人员将AlSi7Mg0.3切割成长方体（6×4×1 cm）样品，经过研磨以获得没有氧化层和其他杂质的均匀表面。通过碱性脱脂、酸性除垢和钝化来制备Zr-CrCC涂层。将合金试样浸入合成溶胶以施加PEHA-SS涂层。Zr-CrCC和PEHA-SS组合涂层形成了多层Zr-CrCC+PEHA-SS体系。

使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析样品的形态。通过十字划割测试仪来测试附着力。采用三电极系统，在0.1 M NaCl溶液中和室温下进行电化学测量。研磨样品和Zr-CrCC样品在一小时后记录测量结果，PEHA-SS样品和Zr-CrCC+PEHA-SS样品在一周和四个月后记录测量结果。研究人员遵循国际标准，在盐雾室中使用NaCl溶液进行长达七天的腐蚀测试。

研究结果

FESEM结果表明，Zr-CrCC在AlSi7Mg0.3上形成的涂层覆盖范围不均匀，有三个区域具有不同的成分和厚度。尽管观察到了微裂纹，但Zr-CrCC（厚度约为100 nm）仍可在一周内增强防腐性能。PEHA-SS涂覆表面光滑，无裂纹或可见孔隙，且覆盖均匀。PEHA-SS涂层含有小的随机排列硅域，厚度约为9 µm。

在附着力测试中，PEHA-SS涂层没有剥落，从而证实其因共价键而产生很强的附着力。与无涂层和Zr-CrCC样品相比，PEHA-SS的阻抗值更高，进一步证实了其对合金表面的有效屏障保护。然而，由于有机相的膨胀作用，PEHA-SS涂层在NaCl溶液中浸泡一周后，阻抗显著下降。

多层Zr-CrCC+PEHA-SS系统的表现与单独的PEHA-SS涂层不同。它没有开裂，但沿着划线的某些位置发生了剥落。Zr-CrCC层保持牢固粘附，从而增强了PEHA-SS涂层的附着力。与单独的PEHA-SS相比，多层系统经过长时间浸泡后的阻抗降较小，从而证明了其耐用性。

在盐雾腐蚀试验中，未涂覆合金表面在一周后就被严重腐蚀，而Zr-CrCC和PEHA-SS样品则出现缓慢发展的局部腐蚀。Zr-CrCC+PEHA-SS系统则表现出优异的防腐蚀性能，腐蚀产物仅在划线处可见。

结论

就AlSi7Mg0.3防腐蚀保护而言，此次提出的Zr-CrCC和PEHA-SS多层系统表现出互补作用。虽然厚度、形态和成分不同，但这些层可以协同作用。

Zr-CrCC具有活性特性，通过自修复提供长期防腐保护，从而延长所涂覆合金的使用寿命。值得一提的是，Zr-CrCC的自修复能力通常仅对轻微损坏（如划痕）有效，并可能因涂层配方和环境条件等因素而变化。

这项研究为多层系统的界面过程提供了重要见解，并为进一步研究结合不同涂层以实现对铝合金的最佳保护提供了基础。