6061-T6鋁合金AlFeSi和Mg2Si相對鋯化成皮膜的影響

Abstract

鋁合金具有良好的導電、導熱性質，同時在機械性質上，具有低密度、高強度重量比，故鋁合金廣泛應用在不同的產業上，如汽車產業或是航太產業都有鋁合金的身影在。鋁合金因具有緻密的氧化鋁，普遍來說耐腐蝕性較高，然而鋁合金會添加其他合金元素以達到所需特性，這會使鋁合金抗蝕性下降，故鋁合金仍然需要進一步的提升抗腐蝕性質。由於六價鉻對人體致癌且對環境有害，故本研究選擇自配鋯化成系統來取代六價鉻。 本論文探討 6061-T6 鋁合金之鋁鐵矽相與鎂矽相，在經過前處理與不同化成參數下之組成和形貌的變化，同時研究這些參數的抗腐蝕性質，以及探討經過168小時鹽霧測試後，鋁合金與異質相的腐蝕形貌與特徵。結果顯示6061-T6 鋁合金具有2種微米等級的異質相，OM 下白色的鋁鐵矽金屬間化合物以及黑色的鎂矽相，其中鎂矽相的表層可能因拋光或是在大氣中氧化而部分轉為氧化矽。前處理後，鋁鐵矽相並未改變，而鎂矽相會轉變為氧化矽，同時周圍會發生氧化矽與鋁基地周圍有不連續的現象，根據Auger 的結果，拋光後和前處理後的鋁基地上會覆蓋極薄的氧化鋁層，符合電化學以及鹽霧的結果，前處理後無法有效地提升抗蝕性。接續探討無前處理鋯化成與經過前處理鋯化成的試片，無前處理鋯化成鋁合金的鎂矽相不會全部轉變為氧化矽，而不論是否經過前處理，鋁鐵矽相都會沉積較厚的鋯化成皮膜。由電化學以及鹽霧的結果，經過前處理鋯化成與無前處理鋯化成相比有較好的抗蝕性。 後續探討具攻擊性的自由氟離子是否可以在相同條件下的化成反應中，能更有效地去除氧化鋁層以提高氧化鋯的沉積量。由EDS line scan 的結果顯示，添加愈多自由氟離子可使得鋁鐵矽相上的皮膜越厚。而開路電位的結果指出，添加愈多的自由氟離子，電位整體會下降，代表溶解鋁底材的反應會更加劇烈。同樣由SEM結果指出，添加自由氟離子會降低異質相的表面粗糙度，表示自由氟離子可均勻地與試片表面發生反應，伴隨之後的還原反應，可使表面有較全面的pH 上升，以促進鋯沉積反應。但當添加自由氟離子至300 ppm 時，表面會沉澱推測為Na3AlF6與KF相結合的化合物。由電化學的結果，添加自由氟離子100 ppm 於鋯化成沒有提升或下降鋁合金的抗蝕性。但添加太多如自由氟離子300 ppm 反而會降低抗蝕性。 最後探討 168 小時鹽霧測試的結果，可觀察出不同化成參數下，添加自由氟離子100 ppm 具有最好的抗蝕性結果，而添加自由氟離子300 ppm 則具有最差的結果，由SEM 結果，氧化矽周圍較容易發生腐蝕，而抗腐蝕性不佳的無前處理鋯化成在鋁鐵矽相甚至會發生伽凡尼腐蝕。