Ceriumpassivering av aluminiumlegeringar Nyligen försvarade doktorand Salil Sainis sin licentiatavhandling med den engelska titeln The influence of Al alloy microstructure on conversion coating formation vid Tekniska högskolan i Jönköping (JTH). Forskningen utförs som en del av ett europeiskt doktorandnätverk.
BACKGROUND
Figur 1
Diskontinuerlig naturlig oxid
Naturlig oxid (3-5 nm)
Al-matris Skiss över mikrogalvanisk korrosionscell i aluminiumlegering.
A
luminiumlegeringar består av en heterogen mikrostruktur med sekundrära intermetalliska faser som har andra elektrokemiska egenskaper än aluminium. Intermetalliska faser i ytan bryter den naturliga skyddande oxidfilmen på aluminium. Detta skapar galvaniska mikroelement med aluminium som anod och intermetalliska faser som katod, vilket ger upphov till korrosion. Som skydd mot korrosionsangrepp används ofta anodisering eller ytomvandling. Vid anodisering omvandlas aluminium till ett skyddande oxidskikt, men intermetalliska faser lämnar svaga punkter i oxiden. Därför har ytomvandling med kromat varit en utbredd metod för skydd av aluminiumlegeringar, men detta är en saga blott på grund av kromets välkända miljöproblem. Ytomvandlingsskikt på aluminiumlegeringar bildas som ett resultat av ytans mikrogalvaniska element genom lokal
16
Intermetalliska partiklar
Anodic reaction: Al →
Al-legeringstvärsnitt Pure Al
pH-ökning runt katodiska intermetalliska faser. Resultatet blir en lokal bildning av en skyddande film som blockerar katoden. När katoden blockeras inhiberas korrosion av aluminium. Detta kan till exempel uppnås med ceriumföreningar som ersättning för kromat. Användningen av ceriumföreningar blev studerat på en Al-7Si-2Cu-1Fe-legering designad för att innehålla intermetalliska partiklar av Al2Cu och Al5FeSi. Det observerades att det bara bildades ytomvandlingsskikt på Al2Cu men inte på Al5FeSi. Förklaringen är skillnaden i ädelhet. Al2Cu är betydligt mer katodisk mot aluminium än Al5FeSi. Därför uppstår en kraftigare reaktion på Al2Cu som bildar den skyddande filmen. Däremot gick det att bilda en skyddande film på Al5FeSi-partiklar i en Al-7Si-Fe-legering utan koppar och som därför inte samtidigt innehöll Al2Cu-partiklar. En ytterligare observation var att storlek och form på de intermetalliska partiklarna påverkar hur snabbt och
effektivt de täcks av en lokal skyddande film. Man kunde också konstatera att bildningen av ytomvandlingen inte bara är beroende av aluminiumlegeringens sammansättning och mikrostruktur, men också av förbehandlingen innan omvandlingen. Det är först relativt nyligen som förbehandlingens stora betydelse har uppmärksammats i den vetenskapliga litteraturen. Syftet med förbehandlingen är att göra de olika faserna i ytan tillgängliga för de elektrokemiska och kemiska reaktionerna som ligger till grund för bildning av ytomvandlingssskiktet. Det handlar främst om att aktivera den mikrogalvaniska kopplingen mellan intermetalliska partiklar och den angränsande aluminiumfasen. Den typiska förbehandlingen består av en en-stegsetsning eller en kombination av alkalisk etsning följd av en sur behandling. Den alkaliska etsningen görs i natriumhydroxid för att avlägsna den naturliga oxiden och aktivera aluminium. Den sura
