一般地，鋁及鋁合金制件采用磷化處理形成磷化膜或其他化學轉化膜作為漆前打底膜，提高鋁基體與后續涂裝的結合力及涂層體系的耐蝕性。鋁及鋁合金經磷化處理后的耐腐蝕性好，但磷化膜的質量不易控制，甚至有時難以保證涂裝打底的質量要求，而且磷化處理存在較高能耗、污染嚴重、含有害重金屬、廢水廢渣排放處理困難等問題，嚴重不符合環保要求的當前趨勢。開發環保型的表面預處理技術成為科研工作者的研究熱點。目前，氟鋯酸鹽鋯化技術和硅烷偶聯劑技術作為典型環保技術的代表逐漸在工業上被應用，成為較為成熟的新型金屬表面前處理應用技術。
本文通過氟鋯酸鹽鋯化技術在鋁板表面制備出性能優異的陶瓷膜，對陶瓷膜的微觀組織形貌進行觀察，分析了膜層的成分和結構，測試了陶瓷膜的耐蝕性能、涂裝附著力性能以及后續涂層體系的耐鹽霧腐蝕性能。
1實驗方法
實驗材料為市售鋁薄板，先用堿性脫脂劑除去鋁板表面油脂，用自來水和去離子水徹底漂洗干凈，然后在室溫下(16℃)浸漬在陶瓷液中鋯化成膜3min，最后在干燥箱中120℃烘干20min陶瓷液含有氟鋯酸、硝酸銅和添加劑，pH值為3.5-4.5。
電化學測試采用三電極體系在CHI660B電化學工作站進行。參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑電極。測試溶液質量分數為3.5%NaCl溶液。工作面積為1cm2。極化曲線測試時電位掃描速度為5mV/s;交流阻抗測試時掃描頻率范圍為100kHz~10MHz。
表面形貌用日本電子JSM-7001F熱場發射掃描電鏡進行分析。
鋯化成膜后的鋁板用線棒涂覆器涂覆環氧樹脂漆或聚氨酯漆(底漆+面漆)，樹脂漆由麗利工業(上海)涂料有限公司威士伯附屬公司生產，漆膜總厚度為(30±2)um。附著力實驗按照標準GB1720-79漆膜附著力測定法在QFZ-2型附著力測定儀上進行測試?鹽霧實驗按照標準GB/T10125-1997，在DCTC1200P鹽霧實驗箱內連續±
噴霧進行測試，并按照GB/T1171-1991進行涂層性能評價。
2結果與討論
2.1表面形貌
金屬表面的陶瓷轉化膜主要由非晶態的氧化鋯組成，與磷化的多晶態的磷酸鋅膜不同，陶瓷膜較磷酸鋅膜薄很多，其厚度小于50nm，與鉻酸鹽、磷酸鐵和磷酸鋅等膜相比，是最薄的轉化膜鋁板經鋯化處理后形成的陶瓷膜為無色膜。對鋁板表面的陶瓷膜進行SEM形貌及成分分析，結果見圖1，對應的元素分析結果見表1。從圖1a可知，觀察到的形貌為鋁基板的微觀形貌，說明鋁板表面的陶瓷膜極薄，薄薄地覆蓋在鋁基板表面。從圖1b可知，陶瓷膜含有Si，Zr，O，Cu，Zn，Al和Mg等元素，從表1可知，陶瓷膜中Al，Si，O，Zr元素的含量較大，說明陶瓷膜主要由Zr，Si和Al的氧化物組成，并夾雜少量的其他元素。
2.2電化學測試
鋯化處理后的鋁板在質量分數為3.5%NaCl溶液中測試其電化學性能，并與未處理的鋁板進行對比.塔菲爾極化曲線測試結果見圖2，對應的電化學參數見表2，眾所周知，腐蝕電流密度越小，極化電阻越大，金屬的耐蝕性能越好。從圖2可以看出，鋁板經鋯化處理后，極化曲線向低電流密度方向移動，腐蝕電位明顯向正方向移動，腐蝕電位升高約30mV。一般地，鈍化后的金屬自腐蝕電位較高，則說明金屬的腐蝕速率較小，腐蝕反應較難發生，金屬具有較好的耐蝕性能。因此，由于鋁板經鋯化處理后其表面形成的陶瓷膜改變了鋁板電極的表面狀態，使得鋁板在NaCl溶液中腐蝕條件發生了變化，從而導致鋁板的腐蝕電位升高，增強了鋁板的耐蝕性能，另一方面腐蝕電位正向移動也說明鋁板表面的陶瓷膜對鋁板陽極溶解反應的抑制作用大于對陰極反應的抑制作用。從表2可知，鋯化處理后的鋁板較未處理的鋁板，腐蝕電流密度降低了37倍，極化電阻增大了38倍，說明鋁板經鋯化處理后的耐蝕性能明顯提高。
圖3為鋁板鋯化處理前后在35%NaCl溶液中的交流阻抗圖?從圖3可知，經鋯化處理后的鋁板和未處理的鋁板的交流阻抗譜的形狀相似，均由高頻段的容抗弧和低頻段的感抗弧組成?從高頻段的容抗弧的半圓弧直徑大小判斷膜層電阻和電容大小，鋯化處理后的鋁板的膜層電阻和電容明顯大于未處理的鋁板，說明陶瓷膜能有效地減緩電子在膜層內的遷移和抑制腐蝕介質對鋁基體的侵蝕滲透，提高鋁板的耐蝕性能，這與極化曲線測試結果基本一致。在低頻段，鋯化處理后的鋁板和未處理的鋁板一樣都出現了感抗弧，一般地，低頻段的感抗弧的出現是由于腐蝕介質Cl-使金屬表面鈍化膜的溶解速度不斷增加，鈍化膜逐漸減薄，導致鈍化膜的局部溶解穿透，點蝕過程開始發生但尚未形成真正的點蝕孔。鋯化處理后鋁板雖然不能完全阻止腐蝕介質Cl-對陶瓷膜的溶解滲透，但這種抑制作用明顯增加，所以，在圖3阻抗譜低頻段，容抗弧表現為鋯化處理后的鋁板較未處理的鋁板有所減輕。
2.3附著力試驗
鋯化處理后的鋁板表面涂覆樹脂漆進行附著力測試，其測定結果見圖4?從圖4可以看出，鋯化處理后的鋁板與環氧樹脂漆和聚氨酯漆的結合力優異，按GB1720-79的評定標準，其附著力均為1級。
2.4耐鹽霧試驗
鋁板表面的陶瓷膜是由無機氧化鋯組成的高密度納米膜，與基體結合牢固，納米薄膜更有利于提高與有機樹脂漆的結合力，從而提高整個體系的耐蝕性能?圖5為鋯化處理的鋁板涂覆樹脂漆后整個涂層體系的中性鹽霧試驗結果從圖5可以看出，涂層體系經600h鹽霧試驗后，在劃痕處沒有觀察到明顯的縫隙變寬的擴蝕、溶脹現象以及生銹、起泡、脫漆等裂化現象，說明氧化鋯陶瓷膜能夠提高鋁基體與有機樹脂漆的結合力，與不同類型的油漆配套性好，整個涂層體系表現出優異的耐鹽霧腐蝕性能，經鋯化處理后的鋁板可以通過600h的鹽霧試驗。
3結論
1)鋁板經鋯化處理后可以獲得極薄的納米無色陶瓷膜，陶瓷膜主要由Zr，Si和Al的氧化物組成。
2)陶瓷膜使鋁板的耐電化學腐蝕性能明顯提高。
3)鋯化處理后的鋁板與環氧樹脂漆或聚氨酯漆的結合力優異，附著力為1級，整個涂層體系的耐鹽霧腐蝕性能優異，可以通過600h的中性鹽霧實驗。
4)鋁板經鋯化工藝處理后形成的陶瓷膜可以用做漆前打底膜，有望替代污染較重的磷化處理工藝。