變形鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的研究現(xiàn)狀

潘杰，李焰

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266580）

變形鋁合金經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)成為了建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、交通運(yùn)輸和耐用消費(fèi)品等領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)有色金屬基礎(chǔ)材料[1]。通過(guò)加入銅、鎂、鋅、硅、錳等元素，可使鋁合金的組織和性能發(fā)生改變，適宜作各種加工材料[2]。然而，鋁合金在大多數(shù)情況下并不能直接投入使用，必須經(jīng)過(guò)一定的表面預(yù)處理[3]。常見(jiàn)的預(yù)處理工藝包括電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽(yáng)極氧化、氣相沉積及有機(jī)涂層等。其中，化學(xué)轉(zhuǎn)化作為一種廉價(jià)和易于實(shí)施的表面預(yù)處理技術(shù)而應(yīng)用廣泛。

傳統(tǒng)的六價(jià)鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜始于20 世紀(jì)30年代，并于21 世紀(jì)初發(fā)展到了頂峰，廣泛應(yīng)用于鋅合金[4-5]、鋁合金[6-7]等有色金屬表面預(yù)處理。但其主要的試劑組成鉻酸鹽是一種對(duì)人類(lèi)身體有害的致癌成分；隨著人們對(duì)環(huán)保問(wèn)題的關(guān)注以及各項(xiàng)環(huán)保法規(guī)（如RoHS、WEEE 等）的出臺(tái)，消除化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中的六價(jià)鉻已成為近10 年的迫切需求[8]。近幾年，文獻(xiàn)報(bào)道了許多與鋼材[9]、鎂合金[10-11]、鋅合金[12]以及鋁合金[13-15]表面三價(jià)鉻以及無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜體系的研究進(jìn)展。目前的無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜在耐蝕性等方面雖然仍與傳統(tǒng)六價(jià)鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜有一定的差距，但卻是未來(lái)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的重點(diǎn)發(fā)展方向。因鋯、鈦等過(guò)渡金屬元素在其最高氧化狀態(tài)下能形成非常穩(wěn)定的難還原的氧化物，因此以含ZrF26-或TiF26-的酸或鹽為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的酸性無(wú)鉻鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化液成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

本文以幾種典型的1×××、2×××、5×××、6×××和7×××系變形鋁合金為線(xiàn)索，詳述了近幾年國(guó)內(nèi)外在鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜領(lǐng)域的研究進(jìn)展。詳細(xì)討論了典型變形鋁合金組織和轉(zhuǎn)化液添加劑對(duì)轉(zhuǎn)化膜成膜過(guò)程、成膜機(jī)理的影響，以及影響鋁合金表面轉(zhuǎn)化膜組織、形貌和性能的因素。由于該領(lǐng)域中關(guān)于3×××和4×××鋁合金的研究報(bào)道較少，本文不再贅述。此外，還對(duì)比了幾種典型商業(yè)市售三價(jià)鉻或無(wú)鉻鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化液的成膜特性和成膜性能，為今后無(wú)鉻轉(zhuǎn)化膜的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用途徑的探索提供了可參考的理論依據(jù)。

1 1×××系純鋁表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

1×××系鋁合金為工業(yè)純鋁，為非熱處理型鋁合金。具有較高的成型性與耐蝕性，常被用于生產(chǎn)導(dǎo)電體、食品以及化工用基礎(chǔ)管、板、線(xiàn)材和小五金件等。該系列鋁合金中鋁的含量可以達(dá)到99.00%以上，典型牌號(hào)如AA1050和AA1060等。

純鋁表面天然的氧化膜具有一定的耐蝕性，且1×××鋁合金基體中可供化學(xué)轉(zhuǎn)化陰極反應(yīng)起始點(diǎn)的金屬間顆粒和二次相較少。因此，近年來(lái)鮮有涉及該系鋁合金表面鋯基轉(zhuǎn)化膜的文獻(xiàn)報(bào)道。為了提高鋯基轉(zhuǎn)化膜在AA1050 表面的生成，Cerezo 等[16]的研究表明，在轉(zhuǎn)化劑中加入Cu2+能促進(jìn)富銅顆粒在鋁合金基體上的沉積，為轉(zhuǎn)化膜的成膜提供了額外的成膜點(diǎn)位。Sharifi等[17-18]就AA1050鋁合金表面鋯基轉(zhuǎn)化膜的性能進(jìn)行了研究。經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后，AA1050 鋁合金表面的自由能和表面粗糙度增加，與鋁合金基體表面有機(jī)環(huán)氧/聚酰胺涂層的結(jié)合力和耐蝕性也相應(yīng)提高。在3.5%的氯化鈉溶液中浸泡30 天后，未處理及脫脂預(yù)處理試樣上環(huán)氧涂層的脫落較為完全，而化學(xué)轉(zhuǎn)化后的鋁合金表面仍有少量涂層附著。同時(shí)，電化學(xué)和鹽霧腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果表明，鋯基轉(zhuǎn)化膜的覆蓋降低了基體表面金屬間顆粒在腐蝕介質(zhì)中的陰極活性，提高了1×××系鋁合金的抗點(diǎn)蝕能力。

2 2×××系鋁-銅合金表面轉(zhuǎn)化膜

2×××系為鋁-銅合金，其組織中含有形態(tài)各異、大小不一的Al2Cu 和Al2CuMg 等金屬間顆粒和二次相，屬于可熱處理型鋁合金；其屈服強(qiáng)度較高、成型性好，具有良好的損傷容限和疲勞強(qiáng)度，是應(yīng)用范圍非常廣泛的硬鋁合金，常被用來(lái)制作高負(fù)荷部件，如航空器蒙皮和框架等[1]。在諸多關(guān)于2×××系鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的研究中，AA2024-T3鋁合金是應(yīng)用最為廣泛的一種。

2.1 AA2024 鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的組成、結(jié)構(gòu)和耐蝕性

2.1.1 轉(zhuǎn)化膜成膜過(guò)程與組織結(jié)構(gòu)

AA2024鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜研究發(fā)展迅速，目前已開(kāi)發(fā)出多種商業(yè)轉(zhuǎn)化劑。含ZrF26-的H2ZrF6或K2ZrF6是鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜成膜過(guò)程中必不可少的物質(zhì)，目前變形鋁合金表面的商業(yè)轉(zhuǎn)化劑如表1所示[19]。

在轉(zhuǎn)化劑中適當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%的三價(jià)鉻鹽，可調(diào)配成為三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化劑，以進(jìn)一步提高耐蝕性。Alodine T5900?和Alodine 5200?是兩種典型的市售商業(yè)轉(zhuǎn)化劑，其區(qū)別是前者添加了少量的三價(jià)鉻鹽，制備出的轉(zhuǎn)化膜為典型的三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜（TCC）。Li等[22-23]最先采用這兩種轉(zhuǎn)化液，系統(tǒng)地研究了AA2024-T3 鋁合金表面TCC 的結(jié)構(gòu)、組成和耐蝕性。結(jié)果表明TCC 的膜厚可達(dá)90～100nm，大于無(wú)鉻轉(zhuǎn)化膜。其表層由ZrO2·2H2O以及Cr(OH)3組成，而底層則以氟鋁酸鹽KxAlF3+x為主。TCC成膜過(guò)程中，伴隨著鋁合金表面局部的金屬陽(yáng)極溶解和氧的陰極還原反應(yīng)，三價(jià)鉻和鋯的氫氧化物在逐漸升高的pH驅(qū)動(dòng)下逐漸形成轉(zhuǎn)化膜[29]。Qi等[35]則采用另一種商用轉(zhuǎn)化劑SurTec 650?系統(tǒng)研究了AA2024-T3鋁合金表面三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的成膜機(jī)理、結(jié)構(gòu)和組成。結(jié)果表明轉(zhuǎn)化膜主要包括富鉻、鋯的主體外層以及富鋁、銅和氟的致密內(nèi)層。在前120s 處理期間內(nèi)轉(zhuǎn)化膜厚度以0.23～0.27nm/s 的平均速率增長(zhǎng)，隨后降至0.04～0.05nm/s。

但是，AA2024 鋁合金表面的三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜在空氣中老化或在電解質(zhì)中腐蝕后會(huì)檢測(cè)出痕量的六價(jià)鉻物質(zhì)[36]。六價(jià)鉻雖能為轉(zhuǎn)化膜提供一定的自修復(fù)功能，但屬于環(huán)保法規(guī)嚴(yán)格限制的一類(lèi)有害物質(zhì)。Shruthi等[37]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出六價(jià)鉻的出現(xiàn)可能與轉(zhuǎn)化膜中的三價(jià)鉻被鋁合金表面氧陰極還原反應(yīng)過(guò)程中生成的H2O2所氧化有關(guān)，但是關(guān)于六價(jià)鉻出現(xiàn)的機(jī)理仍有待進(jìn)一步研究。

2.1.2 合金表面組織對(duì)轉(zhuǎn)化膜成膜的影響

在AA2024 鋁合金表面分布著富銅的S 相（Al2MgCu）金屬間顆粒（intermetallics），通常作為轉(zhuǎn)化膜成膜反應(yīng)的陰極相，促進(jìn)氧的還原反應(yīng)，造成局部堿化，提高了轉(zhuǎn)化膜的局部成膜速率[38-41]。Qi等[35]的研究表明，AA2024-T3鋁合金表面S相附近形成的三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的厚度和成膜速率均大于基體。

Saillard等[42]將AA2024試樣進(jìn)行190℃時(shí)效處理并與原本T3熱處理狀態(tài)下生成的三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，時(shí)效處理增加了鋁合金表面的銅覆蓋率，一定程度上提高了整體轉(zhuǎn)化膜的厚度；但是較厚的轉(zhuǎn)化膜易產(chǎn)生較多的缺陷，進(jìn)而降低耐蝕性能。George等[43]的研究也表明，鋁-銅合金表面富銅粒子及其他金屬間顆粒的含量及分布對(duì)轉(zhuǎn)化膜成膜的均一性和完整性均有較大的影響。

2.1.3 轉(zhuǎn)化膜結(jié)構(gòu)與耐蝕性

轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性取決于轉(zhuǎn)化膜的完整性與致密的膜層特點(diǎn)，Dong 等[44-45]的研究表明，AA2024-T3表面生成的三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜能有效地阻隔含Cl-溶液中的電解質(zhì)向基體的滲透。其在轉(zhuǎn)化膜的成膜過(guò)程中引入-1.5V陰極電場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)化膜的構(gòu)建進(jìn)行調(diào)控，提高了轉(zhuǎn)化膜的致密度及耐蝕性。Qi等[46]指出成膜時(shí)間對(duì)于AA2024-T3 表面轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性起著至關(guān)重要的影響。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，與900s和1800s的成膜時(shí)間相比，300s或600s鈍化形成的三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜具有最佳的耐蝕性；較長(zhǎng)的成膜時(shí)間提高了膜表面微裂紋等表面缺陷出現(xiàn)的概率，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。

表1 典型變型鋁合金表面市售商業(yè)鋯基、鋯/鈦基化學(xué)轉(zhuǎn)化劑

2.2 AA2024鋁合金表面無(wú)鉻轉(zhuǎn)化膜

對(duì)于2×××系鋁合金，除了上述三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜之外，向鋯基轉(zhuǎn)化劑中加入含鈦的H2TiF6或K2TiF6，發(fā)展出了目前主流的無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜（NCC）轉(zhuǎn)化劑體系。張博等[47]用H2TiF6和H2ZrF6為主鹽，在AA2024 鋁合金上制備了有色鋯-鈦轉(zhuǎn)化膜，結(jié)果表明生成的轉(zhuǎn)化膜主要由金屬氧化物（TiO2、ZrO2和Al2O3等）和金屬氟化物（ZrF4和AlF3等）組成，轉(zhuǎn)化膜的腐蝕電位提高了270mV，腐蝕電流密度降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)，經(jīng)168h中性鹽霧試驗(yàn)后，膜層顏色略有變淺，但無(wú)明顯腐蝕產(chǎn)物生成。

Li 等[33]報(bào)道了一種含鋅的無(wú)鉻鋯基轉(zhuǎn)化膜在AA2024-T3 表面的理化特性和耐腐蝕性能。所形成的鋅-鋯轉(zhuǎn)化膜外層富含鋯和鋅的氫氧化物，內(nèi)層界面區(qū)域則富含鋁、氧和氟等元素，膜厚約為100nm，且轉(zhuǎn)化膜在富銅金屬間二次相及其周?chē)暮穸雀?。此種鋅-鋯轉(zhuǎn)化膜在無(wú)氯和低氯電解質(zhì)溶液中可以為鋁合金提供良好的耐蝕性。但是，由于膜中Zr(OH)4和Zn(OH)2具有一定的溶解度，中性鹽霧和薄層霧（thin-layer mist corrosion tests，TLM）加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果卻表明鋅-鋯轉(zhuǎn)化膜對(duì)AA2024-T3幾乎沒(méi)有腐蝕保護(hù)效果，這與三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜相比還有很大的差距。

Yoganandan 等[48]在含有Zr(NO3)4的轉(zhuǎn)化液中加入了H2O2和Ce(NO3)3，研究了Ce3+的加入對(duì)AA2024鋁合金表面轉(zhuǎn)化膜耐蝕性和自愈性的影響。結(jié)果表明，鈰的氧化物和氫氧化物與ZrO2同時(shí)在AA2024鋁合金基體表面沉積，168h 的中性鹽霧試驗(yàn)和模擬劃痕實(shí)驗(yàn)表明轉(zhuǎn)化膜具有一定的自愈性以及與鉻酸鹽相近的耐蝕性。

2.3 預(yù)處理及后處理對(duì)AA2024轉(zhuǎn)化膜成膜特性的影響

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜在成膜前一般需要經(jīng)過(guò)若干預(yù)處理步驟，主要包括脫脂和脫氧，其目的是為了獲得更均勻致密的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。預(yù)處理會(huì)對(duì)鋁合金基體產(chǎn)生刻蝕效果，在一定程度上影響試樣的表面粗糙度、點(diǎn)蝕密度和點(diǎn)蝕深度，這往往會(huì)影響鋁合金表面形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜質(zhì)量，因此在鈍化前選擇合適的預(yù)處理方法非常重要。

對(duì)于AA2024 鋁合金來(lái)說(shuō)，預(yù)處理步驟主要考慮的是富銅二次相對(duì)成膜的影響，Campestrini 等[39]已經(jīng)就預(yù)處理對(duì)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜成膜的影響做了詳細(xì)研究。Li等[49]采用Alodine 5900 RTU?研究了前處理時(shí)間對(duì)AA2024-T3鋁合金表面三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響。結(jié)果表明酸性脫氧劑Turco Liquid Smut-GoNC?（體積分?jǐn)?shù)20%）處理的時(shí)間越長(zhǎng)，表面的粗糙度、點(diǎn)蝕密度和點(diǎn)蝕深度越大，即由于過(guò)強(qiáng)的侵蝕性，使富銅金屬間顆粒周?chē)匿X基體被過(guò)度溶解，這種情況并不利于成膜，因此不宜超過(guò)2min。而經(jīng)0.1mol/L NaOH 水溶液脫氧前處理的試樣表面粗糙度較低，點(diǎn)蝕坑相對(duì)較小，有利于獲得厚度更均勻、耐蝕性能更好的轉(zhuǎn)化膜。此外，Verdalet-Guardiola等[50]進(jìn)一步證明了AA2024-T3鋁合金試樣初始粗糙度越大，成膜動(dòng)力越大，但過(guò)快的成膜速率反而不利于提高轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。

類(lèi)似地，Qi等[51]采用先堿洗后在稀硝酸或商業(yè)酸性脫氧劑中進(jìn)行酸洗的預(yù)處理步驟研究了AA2024-T3 表面銅和殘余金屬間二次相的分布。結(jié)果表明，在用商業(yè)脫氧劑進(jìn)行預(yù)處理后，鋁合金表面出現(xiàn)大量的電活性銅，這可能與基體中S相顆粒發(fā)生脫合金從而形成海綿狀富銅金屬間二次相有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，Viroulaud等[52]研究了商業(yè)脫脂和酸洗脫氧表面預(yù)處理對(duì)純鋁和AA2024-T3 鋁合金三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜性能的影響。結(jié)果顯示，酸洗脫氧預(yù)處理除了大大降低了鋁合金表面的原生氧化物含量，會(huì)導(dǎo)致鋁合金表面銅的不均勻分布，易形成較不連續(xù)、局部較厚（約100nm）的轉(zhuǎn)化膜，容易在局部產(chǎn)生微裂紋。而拋光或堿性脫脂預(yù)處理后鋁合金表面形成的轉(zhuǎn)化膜厚度均一（50～80nm）。因此，過(guò)度的預(yù)處理反而會(huì)降低轉(zhuǎn)化膜成膜的均一性和完整性。就脫脂與脫氧這兩步來(lái)說(shuō)，后者對(duì)轉(zhuǎn)化膜成膜的影響更為顯著。

后處理工藝包括時(shí)效處理和恒溫水浴，其主要作用是提高轉(zhuǎn)化膜的均勻性和致密度，是時(shí)間、溫度以及pH 等參數(shù)之外的另一重要工藝參數(shù)。轉(zhuǎn)化膜的時(shí)效處理又稱(chēng)為空氣老化處理，其決定著轉(zhuǎn)化膜成膜后一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化膜表面特性的變化。Li等[53]報(bào)道了時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間對(duì)AA2024-T3表面三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜物理結(jié)構(gòu)和耐蝕性能的影響。結(jié)果表明，在室溫、55℃、100℃及150℃的氣氛中經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，可以有效預(yù)防轉(zhuǎn)化膜中出現(xiàn)孔隙或其他缺陷，提高轉(zhuǎn)化膜的物理阻隔特性，提高耐蝕性。但是過(guò)高的溫度（如150℃）會(huì)使試樣表面出現(xiàn)收縮和起裂，反而不利于提高耐蝕性。試驗(yàn)表明，在室溫下的長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效最有利于提高轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。Qi 等[46,51]提出不同溫度的水浴也能穩(wěn)定形成新的轉(zhuǎn)化膜，提高其耐蝕性。相關(guān)研究結(jié)果表明轉(zhuǎn)化膜在40℃純水浴中浸泡可以保持轉(zhuǎn)化膜中氫氧化物的占比，經(jīng)120s 浸泡后轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性明顯提高；而較低的水浴溫度，如20℃下浸泡后的轉(zhuǎn)化膜耐蝕性略低。

后處理時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化膜內(nèi)元素的再分布也有一定的影響。Stoica等[54]和Ely等[55]研究了商業(yè)后處理液SOCOSURF PACS?（含雙氧水和三價(jià)鑭鹽） 對(duì)AA2024-T3 鋁合金表面三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜成分、結(jié)構(gòu)和腐蝕性能的影響。元素的深度分布結(jié)果表明，處理后轉(zhuǎn)化膜表層的鑭元素分布均勻且主要集中在轉(zhuǎn)化膜外部，其對(duì)封閉轉(zhuǎn)化膜缺陷和耐蝕性能起著重要作用。

六價(jià)鉻是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中不希望出現(xiàn)的一類(lèi)物質(zhì)。Qi 等[35]研究了三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜中六價(jià)鉻的演變過(guò)程，結(jié)果表明，六價(jià)鉻物質(zhì)在經(jīng)空氣老化處理24h后轉(zhuǎn)化膜中的拉曼峰強(qiáng)度明顯低于新形成的轉(zhuǎn)化膜，這是由于六價(jià)鉻在轉(zhuǎn)化膜中的裂紋底部發(fā)生了還原。此外，在含有Na2SO3的水溶液中浸泡一段時(shí)間也可消除轉(zhuǎn)化膜表面的六價(jià)鉻物質(zhì)，但是SO2-3向轉(zhuǎn)化膜內(nèi)層的擴(kuò)散有一定的阻力。其最新的研究成果表明[56]，在轉(zhuǎn)化液中添加一定的FeSO4可率先與文獻(xiàn)[37]提到的H2O2反應(yīng)生成Fe3+，有效地抑制新生成轉(zhuǎn)化膜中六價(jià)鉻的出現(xiàn)。也有文獻(xiàn)指出，部分商業(yè)轉(zhuǎn)化劑中通過(guò)人為添加的H2O2氧化部分三價(jià)鉻，以利用生成六價(jià)鉻物質(zhì)的特性提高轉(zhuǎn)化膜的自愈性[57]。

已公開(kāi)的轉(zhuǎn)化配方及工藝如表2 所示。由表2可以看出，三價(jià)鉻仍是AA2024鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化配方中不可或缺的添加劑之一。目前關(guān)于AA2024 鋁合金表面三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜的研究較為成熟，已經(jīng)有許多商業(yè)配方投入實(shí)際應(yīng)用；尋找其他可替代三價(jià)鉻以及六價(jià)鉻添加劑的成膜要素已然成為下一步研究的熱點(diǎn)和改進(jìn)方向。

3 5×××系鋁-鎂合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

5×××系列鋁合金又稱(chēng)為防銹鋁-鎂合金，代表牌號(hào)有AA5052、AA5083、AA5754 及AA5086 等，主要的合金元素為鎂，其含量在1%～5%之間。5×××系鋁合金的主要特點(diǎn)是焊接性、耐蝕性好，不經(jīng)熱處理而由加工硬化可以獲得較高的強(qiáng)度。廣泛應(yīng)用于油箱、汽油或潤(rùn)滑油導(dǎo)管、各種液體容器和其他在液體或氣體介質(zhì)中工作的低載荷零件。

AA5052鋁合金是含有2.5%的鎂和少量鉻的中強(qiáng)度鋁合金，可焊性較高。Chen等[60-61]較早研究了AA5052 鋁合金表面鋯基轉(zhuǎn)化膜的成膜特性和耐蝕性。通過(guò)比較轉(zhuǎn)化液中Cr2(SO4)3添加的濃度和轉(zhuǎn)化膜成膜時(shí)間，得出當(dāng)三價(jià)鉻濃度為0.01mol/L 時(shí)，成膜300s 所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜厚度適中，具備最佳的耐蝕性；但是，當(dāng)轉(zhuǎn)化時(shí)間延長(zhǎng)到10min 時(shí)，在涂層表面會(huì)產(chǎn)生許多明顯的微裂紋。Zhang 等[62]以K2ZrF6和K2TiF6為主鹽，KMnO4為氧化劑，NaF為催化劑，制備了轉(zhuǎn)化液，并討論了氟硅烷（FAS-17）表面改性添加劑對(duì)其防污性能的影響。結(jié)果表明，AA5052 鋁合金表面制備的轉(zhuǎn)化膜主要由AlF3·3H2O、Al2O3、MnO2和TiO2組成，具有良好的耐腐蝕性。其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl 水溶液中的腐蝕電位增大約590mV，腐蝕電流密度則從1.10μA/cm2降至0.48μA/cm2。通過(guò)在NiF2水溶液中進(jìn)行密封處理，消除了表面微裂紋的影響，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性，腐蝕電流密度下降至0.04μA/cm2。此外，通過(guò)氟硅烷（FAS-17）表面改性，轉(zhuǎn)化膜因CF2、CF3等低表面能基團(tuán)的存在而變得疏水，接觸角測(cè)量值可達(dá)136.8°。

表2 AA2024鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

AA5083 鋁合金在船舶工業(yè)中主要作為船體結(jié)構(gòu)材料而得到廣泛應(yīng)用，具有低溫下較高的疲勞強(qiáng)度；其相對(duì)較低的鎂含量降低了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感 性。Liu 等[63]采 用H2ZrF6和H2TiF6為 主 鹽 在AA5083-H116 鋁合金上制備了無(wú)鉻鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化膜主要由均質(zhì)致密的納米球狀顆粒組成，其主要成分是由鋁、鎂、鋯、鈦、氟和氧等元素組成的復(fù)合氧化物。鹽水全浸試驗(yàn)和中性鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果表明，這種納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化膜能作為保護(hù)性的物理屏障抑制腐蝕反應(yīng)的陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程，且耐中性鹽霧腐蝕的時(shí)長(zhǎng)可達(dá)240h。李欣琳[64]通過(guò)對(duì)膜層的耐蝕性測(cè)試，指出以天冬氨酸（C4H7NO4）為添加劑的鋯-鈦轉(zhuǎn)化膜具有更優(yōu)異的耐蝕性，而進(jìn)一步添加高分子有機(jī)物殼聚糖以及聚乙烯醇（PVA）后，獲得的轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性以及與基體、漆膜的結(jié)合都得到了大幅改善。殼聚糖的加入促進(jìn)了鋯、鈦元素共同沉積，而PVA 攜帶的含氧基團(tuán)上的孤對(duì)電子能與Zr4+、Ti4+結(jié)合，以鋯-鈦絡(luò)合物的形式沉積在基體表面；這兩者結(jié)合能有效地提升膜層的耐蝕性以及與基體的結(jié)合強(qiáng)度，填補(bǔ)了轉(zhuǎn)化膜的裂紋空隙。

目前已公開(kāi)的適用于5×××系鋁合金的轉(zhuǎn)化液組成、成膜工藝參數(shù)以及主要耐蝕性指標(biāo)如表3所示。由表3可見(jiàn)，轉(zhuǎn)化液以含ZrF26-或TiF26-的酸或鹽為主要原料，輔以加入各種能夠消除轉(zhuǎn)化膜表面微裂紋、提高轉(zhuǎn)化膜完整性的添加劑，以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化膜的均一性、耐蝕性和涂層結(jié)合力。

4 6×××系鋁-鎂-硅合金表面轉(zhuǎn)化膜成膜特性

6×××系鋁合金中的主要合金元素為鎂與硅，輔以添加少量的銅。其加工性能極佳，具有優(yōu)良的可焊接性、韌性及電鍍性，易于拋光、上色膜，陽(yáng)極氧化效果優(yōu)良，是典型的的擠壓合金。其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、交通以及建筑行業(yè)，屬于可熱處理型鋁合金。這一系鋁合金常見(jiàn)的牌號(hào)有AA6014、AA6061、AA6063等。

4.1 銅元素在轉(zhuǎn)化膜成膜過(guò)程中的作用

與2×××系鋁合金類(lèi)似，金屬間二次相在6×××系鋁合金表面轉(zhuǎn)化膜的成膜過(guò)程中也扮演著重要的角色，作為陰極相為轉(zhuǎn)化膜的優(yōu)先成膜提供了場(chǎng)所[38]。最早Lunder[31]、Nordlien[20]及Andreatta[65]等分別采用商業(yè)轉(zhuǎn)化液Gardobond X4707?及Alodine 284?研究了鋯-鈦轉(zhuǎn)化膜在AA6061 鋁合金上的成膜特性。研究結(jié)果表明，基體中的陰極二次相[如α-Al(Fe,Mn)Si 等]表面的轉(zhuǎn)化膜成膜均勻且厚度較大，而基體表面的轉(zhuǎn)化膜成顆粒狀散布分布，這種轉(zhuǎn)化膜在局部厚度上的橫向差異降低了轉(zhuǎn)化膜的耐蝕效果。

表3 5×××系鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

6×××系鋁合金中銅元素雖然不是主要合金元素，但是基體中為數(shù)不多的富銅金屬間二次相及基體表面二次沉積的富銅顆粒顯著影響轉(zhuǎn)化膜的成膜過(guò)程。

Sarfraz 等[28]注意到銅元素在AA6014 鋁合金表面轉(zhuǎn)化膜成膜過(guò)程中的重要作用，并研究了其對(duì)金屬間二次相表面鋯基轉(zhuǎn)化膜成膜的影響。他們采用一種含銅的Henkel?商業(yè)轉(zhuǎn)化液（銅含量小于50mg/L），在AA 6014 鋁合金表面制備了厚度25～30nm 的鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。不同成膜時(shí)間下的研究結(jié)果表明，ZrO2為轉(zhuǎn)化膜的主要組成物質(zhì)，其次為CuO；而后者在鋁基體晶界和富銅的金屬間二次相表面瞬時(shí)成核，為隨后轉(zhuǎn)化膜均勻地平面內(nèi)生長(zhǎng)提供了更多的生長(zhǎng)點(diǎn)，也為表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化提供了額外的陰極點(diǎn)位，促進(jìn)了轉(zhuǎn)化膜的均一性和完整性。

表面預(yù)處理對(duì)轉(zhuǎn)化膜成膜同樣有重要的影響。Cerezo等[16,25]采用相同的商業(yè)Henkel?鈍化劑進(jìn)一步證明酸性和堿性預(yù)處理可調(diào)節(jié)AA6014鋁合金基體上活性銅的再分布，進(jìn)而調(diào)控了轉(zhuǎn)化膜的均一性及完整性。此外，預(yù)處理還可提高AA6014表面羥基的含量[26]。對(duì)于羥基含量為13%和22%的樣品，轉(zhuǎn)化膜厚度較低；而對(duì)于羥基含量在46%～52%之間的樣品，轉(zhuǎn)化膜厚度較厚。游離的氟化物主要與羥基相互作用，較多的羥基有利于鋁合金表層氧化層的活化溶解，提高了轉(zhuǎn)化膜的成膜效率。

4.2 鉬/錳/釩/鎳等元素以及其他添加劑在轉(zhuǎn)化膜成膜過(guò)程中的作用

鉬元素在水溶液中可以形成可溶性的含氧陰離子，其還原過(guò)程能提高轉(zhuǎn)化膜的自愈性，降低裂紋、破損等缺陷的出現(xiàn)。陳龍等[66]采用H2TiF6和H2ZrF6為主鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化液，輔以加入的有機(jī)酸著色劑和Na2MoO4，在AA6063 鋁合金表面制備了一種淡黃色的鋯-鈦-鉬轉(zhuǎn)化膜。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化膜的致密性和耐蝕性較好。轉(zhuǎn)化膜具有一定的自愈性，鹽霧腐蝕氣氛中的人造劃痕有逐漸愈合的趨勢(shì)。Zhan 等[67]以K2TiF6和K2ZrF6為主鹽，在轉(zhuǎn)化液中加入某種鉬酸鹽，使AA6063-T6 表面的轉(zhuǎn)化膜在質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的NaCl 水溶液中的阻抗值增加了近4倍。

低濃度Mn2+的添加可以提高轉(zhuǎn)化膜的均一性，減少轉(zhuǎn)化膜中的微裂紋。Yi 等[68]的研究表明，AA6063 鋁合金基體表面優(yōu)先沉積的MnOOH 促進(jìn)了轉(zhuǎn)化膜中Na3AlF6的成核，可使轉(zhuǎn)化膜均勻地生長(zhǎng)。與ZrO2相連的V5+離子化合物可在膜層破損點(diǎn)形成含有VO3-的水合物，提高轉(zhuǎn)化膜的自愈性。Zhong等[69]在AA6063鋁合金表面制備了一種經(jīng)H2O2改良的新型自修復(fù)V-Zr 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜。轉(zhuǎn)化膜中的釩化合物與ZrO2在局部損傷區(qū)域相結(jié)合，通過(guò)釩酸鹽的水解-縮聚過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自修復(fù)效果，提高了轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。Zhu 等[70]研究了釩的加入對(duì)AA6063-T6表面鋯-鈦轉(zhuǎn)化膜與環(huán)氧粉末涂層結(jié)合力的影響。結(jié)果表明NaVO3的加入提高了轉(zhuǎn)化膜表面的自由能，降低了表面疏水性，與環(huán)氧涂層的結(jié)合強(qiáng)度由0.77MPa 增大到4.1MPa。但是，與Cr6+類(lèi)似，V5+的自愈性會(huì)隨著較長(zhǎng)的腐蝕過(guò)程而逐漸消失。此外，Ahmadi 等[59]證明了這種經(jīng)過(guò)釩酸鹽修飾的鋯基轉(zhuǎn)化膜在AA2024鋁合金表面也具有較高的耐蝕性。

在轉(zhuǎn)化液中添加單寧酸或者硒、鎳等稀土元素可使轉(zhuǎn)化膜具備不同的顏色。Yi等[71]在含H2TiF6和H2ZrF6的轉(zhuǎn)化液中加入單寧酸，在AA6063-T6表面制備了一種金色轉(zhuǎn)化膜。結(jié)果表明，單寧酸中多酚結(jié)構(gòu)在鄰位上的羥基可與金屬離子反應(yīng)形成金屬-有機(jī)配合物，提高了耐蝕性。且金色的轉(zhuǎn)化膜形成的機(jī)理與轉(zhuǎn)化膜中主要成分Na3AlF6的成核和長(zhǎng)大有關(guān)。陳延益等[72]以K2ZrF6為轉(zhuǎn)化液主鹽，Ni2SO4·6H2O為著色劑，實(shí)現(xiàn)在常溫下對(duì)AA6063鋁合金的無(wú)鉻黑色化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，處理液無(wú)需另外添加氧化劑而性能穩(wěn)定，數(shù)分鐘內(nèi)可快速成膜，但是Ni2+通常會(huì)與Zr4+競(jìng)爭(zhēng)成膜點(diǎn)位，降低了成膜的均一性。于強(qiáng)等[73]采用K2ZrF6為主鹽，輔以添加SeO2，在AA6063鋁合金表面制得了紅色的鋯-硒化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。結(jié)果表明，此種紅色轉(zhuǎn)化膜層主要是由Na3AlF6、ZrO2、硒鹽和復(fù)雜的有機(jī)螯合物等構(gòu)成，耐蝕性與傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜較為接近，且與清漆具有良好的結(jié)合力。

有機(jī)膦酸可以通過(guò)自組裝與大多數(shù)金屬緊密螯合，其中的一些基團(tuán)在隨后的有機(jī)涂層中與極性基團(tuán)形成強(qiáng)烈的化學(xué)鍵，這對(duì)提高耐蝕性和涂層結(jié)合強(qiáng)度特別有利。Wang 等[74]用H2TiF6、H2ZrF6和氨基三亞甲基膦酸（ATMP）等物質(zhì)在AA6061 鋁合金表面制備了一種鋯-鈦基膦酸轉(zhuǎn)化膜，并與鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的耐蝕效果進(jìn)行了對(duì)比。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，強(qiáng)螯合劑ATMP的加入能夠充分發(fā)揮鋯的交聯(lián)作用，使這種鋯-鈦基膦酸轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性盡可能地接近六價(jià)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜。此外，Wu 等[75]還研究了轉(zhuǎn)化膜對(duì)AA6014-T4 和AA6016-T4 鋁板翼緣搭接黏連強(qiáng)度的影響變化。結(jié)果表明，中性鹽霧腐蝕140h 后，裸鋁接頭黏接強(qiáng)度降至零，而化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后的膠接強(qiáng)度此時(shí)僅降低了30.25%，轉(zhuǎn)化膜最大限度地降低了黏結(jié)接頭的強(qiáng)度退化。

總結(jié)上述已公開(kāi)的適用于6×××系鋁合金的轉(zhuǎn)化液組成、成膜工藝參數(shù)以及主要耐蝕性指標(biāo)，如表4 所示。與5×××系鋁合金類(lèi)似，轉(zhuǎn)化液配方中主要含有ZrF26-的酸或鹽，并更多地依賴(lài)各種功能化的無(wú)機(jī)及有機(jī)添加劑對(duì)轉(zhuǎn)化膜的性能進(jìn)行調(diào)控。

5 7×××系鋁-鋅-鎂合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜成膜特性

7×××系鋁-鋅-鎂合金可分為焊接構(gòu)建材料和高強(qiáng)度合金材料兩種。以合金元素鋅為主的超硬鋁合金AA7075 為代表，其自20 世紀(jì)40 年代起就已應(yīng)用于飛機(jī)制造業(yè)，成為航空工業(yè)上廣泛應(yīng)用的超高強(qiáng)度可熱處理變形鋁合金。向含3%～7.5%鋅元素的AA7075鋁合金中添加適量鎂，可形成強(qiáng)化效果顯著的MgZn2金屬間二次相，使該合金的熱處理效果大大提高。此外，AA7075 鋁合金中還加入了少量的銅元素，銅存在于尺寸較小的球形Al-Cu-Mg 金屬間二次相中以及較大的Al-Cu-Fe 二次相中[76-77]。經(jīng)過(guò)固溶處理后的AA7075-T6航空超硬鋁合金具有極高的強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕斷裂的性能，但相比于AA2024等普通航空硬鋁鋁合金，當(dāng)暴露在腐蝕性環(huán)境中時(shí)，這種合金對(duì)局部腐蝕（包括點(diǎn)蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕）更為敏感[78-79]。

5.1 不同商用轉(zhuǎn)化劑的成膜效果和耐蝕性對(duì)比

目前關(guān)于7×××鋁合金表面的鋯基轉(zhuǎn)化膜應(yīng)用主要以市售商業(yè)轉(zhuǎn)化劑為主，以期望在較為苛刻的服役環(huán)境中實(shí)現(xiàn)較好的耐蝕性。Munson 等[80]對(duì)比了一系列商用三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化劑以及一種無(wú)鉻轉(zhuǎn)化劑在AA 7075-T6 鋁合金表面的成膜效果。其通過(guò)中性鹽霧試驗(yàn)和薄層霧試驗(yàn)對(duì)不同商用鈍化劑的耐蝕性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。圖1 為幾種主要的三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化劑的元素含量對(duì)比，鈍化劑中鉻的含量分別為L(zhǎng)uster-on?中 416mg/L， Chemeon?中 332mg/L，Henkel?中327mg/L，SurTec?中119mg/L；鋯/鉻元素 比 分 別 為L(zhǎng)uster-on?中2.1，SurTec?中2.0，Henkel?中1.7，Chemeon?中0.9。耐蝕性試驗(yàn)的結(jié)果如表5 所示，在平均點(diǎn)蝕深度、平均表面粗糙度、失重比、平均點(diǎn)蝕面積等方面，Luster-On?耐蝕效果優(yōu)于其他，具有最高的鉻元素濃度和鋯/鉻比。

表4 6×××系鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

圖1 幾種典型三價(jià)鉻-鋯鈍化劑主要元素含量的ICP-OES分析結(jié)果［80］

在這些商業(yè)轉(zhuǎn)化劑中，Munson 等[81]選擇SurTec 650?鈍化劑及其E、C 和V 的3 種類(lèi)型，研究了浸漬與噴涂?jī)煞N工藝對(duì)AA7075-T6 表面形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的影響。結(jié)果表明浸漬成膜優(yōu)于噴涂成膜；浸漬成膜的厚度大于噴涂，且噴涂成膜耐點(diǎn)蝕性較差。此外，在SurTec650?3種不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)化劑中，鉻元素濃度相似（約150mg/L），而另一主要元素鋯的平均含量是鉻的兩倍。與其他鋁合金一樣，AA7075 鋁合金表面金屬間顆粒及其邊緣的轉(zhuǎn)化膜厚度略大。使用SurTec 650E?所形成的轉(zhuǎn)化膜厚度大于其他兩個(gè)，耐蝕性最佳，而SurTec 650C?所形成的轉(zhuǎn)化膜在腐蝕介質(zhì)中對(duì)微裂紋極為敏感。除此之外，Munson 等[82]還通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極得出，轉(zhuǎn)化膜通過(guò)在陰極活性金屬間相上提供擴(kuò)散勢(shì)壘和可能的氧化學(xué)吸附阻塞點(diǎn)來(lái)抑制溶解氧的陰極還原反應(yīng)。

5.2 轉(zhuǎn)化膜預(yù)處理后3 種高強(qiáng)度變形鋁合金的耐蝕性

Li等[83-84]分別對(duì)比了經(jīng)三價(jià)鉻-鋯以及無(wú)鉻鋅-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜預(yù)處理后，AA2024-T3、AA6061-T6和AA7075-T6 這3 種鋁合金的耐蝕性。制備三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜所采用的商業(yè)轉(zhuǎn)化劑是上文提到的Alodine5900?，而無(wú)鉻的鋅-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜所采用的轉(zhuǎn)化劑是含約400mg/L 鋅元素的NAVAIR NCP?。結(jié)果表明，AA2024 和AA7075 鋁合金富銅金屬間二次相表面的轉(zhuǎn)化膜較厚但缺陷較多，而AA6061表面的轉(zhuǎn)化膜完整性較好。在低氯電解質(zhì)的室溫全浸試驗(yàn)中，三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜對(duì)這3 種合金都提供了腐蝕防護(hù)，有效地抑制了AA6061 和AA7075 表面的陰極反應(yīng)和AA7075 表面的陽(yáng)極反應(yīng)。3 種合金在低氯電解質(zhì)中的點(diǎn)蝕被抑制，極化電阻Rp從大到小依次為AA6061、AA7075 和AA2024；3 種鋁合金表面點(diǎn)蝕率從大到小依次為AA2024、AA7075和AA6061。

此外，Li 等[33]還通過(guò)研究得出鋅-鋯轉(zhuǎn)化膜中的Zr(OH)2和Zn(OH)2與Cr(OH)3相比穩(wěn)定性較差，僅能為3種合金提供較低的防護(hù)性能，但是在中性鹽霧、薄層霧腐蝕和7天海灘曝露試驗(yàn)中的耐蝕性?xún)H為三價(jià)鉻-鋯轉(zhuǎn)化膜處理后試樣的1/5。綜上，無(wú)鉻鋯基轉(zhuǎn)化膜雖然在一定程度上可以防止高強(qiáng)度鋁合金在腐蝕介質(zhì)中發(fā)生局部腐蝕，但是在同等膜厚的情況下仍?xún)?yōu)先選擇三價(jià)鉻-鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。

表5 不同商業(yè)鈍化劑化學(xué)轉(zhuǎn)化處理下AA7075-T6在7天中性鹽霧試驗(yàn)及薄層霧腐蝕試驗(yàn)后的性能指標(biāo)[80]

Liu 等[85]以5g/L 的K2ZrF6、3.5g/L 的K2TiF6、2.5g/L 的NaF 和ATMP 為基料配制了轉(zhuǎn)化液，并在AA7A52鋁合金上制備了一種鋯-鈦基膦酸轉(zhuǎn)化膜。結(jié)果表明，未處理和鋯-鈦膦酸轉(zhuǎn)化處理試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl水溶液中的腐蝕電流密度分別是26.94μA/cm2和0.093μA/cm2，轉(zhuǎn)化膜處理后試樣的耐中性鹽霧腐蝕時(shí)長(zhǎng)可達(dá)120h，耐蝕性強(qiáng)于文獻(xiàn)[70]中提到的AA6061表面鋯-鈦膦酸轉(zhuǎn)化膜。結(jié)合力的測(cè)試還表明經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理后，AA7A52基體與環(huán)氧底漆的結(jié)合強(qiáng)度提高了1倍。

Coloma 等[86]以8g/L 的K2ZrF6和K2TiO6為 主 鹽，輔以加入20g/L的Na2MoO4·2H2O和20g/L的KMnO4，在AA2024-T3 和AA7075-T6 表面制備了無(wú)鉻轉(zhuǎn)化膜。結(jié)果表明，經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后的AA2024耐蝕性略差于AA7075；雖然這種無(wú)鉻鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜能為這兩種航空高強(qiáng)鋁合金提供一定的臨時(shí)防護(hù)，但是在更為嚴(yán)苛的特殊服役環(huán)境中還不能滿(mǎn)足航空工業(yè)的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

目前來(lái)看，鋁合金表面鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜作為一種環(huán)境友好型的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，在提高鋁合金耐蝕性和與有機(jī)涂層結(jié)合力等方面發(fā)揮著重要的作用，可以為鋁合金基體提供一定的臨時(shí)防護(hù)，已經(jīng)成為鋁合金表面預(yù)處理領(lǐng)域不可或缺的工藝環(huán)節(jié)。其轉(zhuǎn)化液配方中主要以含ZrF62-和TiF62-的酸或鹽為基料，輔以含釩、鉬和錳等元素的無(wú)機(jī)添加劑和其他有機(jī)添加劑。

鋁合金基體中的二次相金屬間顆粒對(duì)轉(zhuǎn)化膜的成膜動(dòng)力學(xué)與成膜特性有著重要的影響，直接影響轉(zhuǎn)化膜的成膜完整性與均一性，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性以及與后續(xù)涂層體系的結(jié)合力。

目前，無(wú)鉻鋯基轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性還不能與傳統(tǒng)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜一樣，在更為苛刻的腐蝕環(huán)境中為鋁合金提供較為出色的腐蝕防護(hù)，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展仍然處于起步階段；三價(jià)鉻仍然是某些商業(yè)鋯基轉(zhuǎn)化液中所必需的添加劑。因此，對(duì)于無(wú)鉻鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的發(fā)展方向，一方面是改善現(xiàn)有的鈍化劑配方，通過(guò)無(wú)機(jī)/有機(jī)添加劑的添加以及優(yōu)化成膜工藝等方面提升轉(zhuǎn)化膜成膜的完整性、均一性，提高與有機(jī)涂層的結(jié)合力；二是開(kāi)發(fā)低毒或無(wú)毒的環(huán)境友好型無(wú)鉻鋯基化學(xué)轉(zhuǎn)化膜成膜工藝和配方；三是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜必須適應(yīng)更為廣泛的新型鋁合金材料發(fā)展需求。隨著鋁合金新材料（如高強(qiáng)度鋁鋰合金、鋁基復(fù)合材料等）開(kāi)發(fā)的逐漸深入，可以通過(guò)施加脈沖電場(chǎng)、超聲場(chǎng)及磁場(chǎng)等外加作用場(chǎng)對(duì)鋁合金表面構(gòu)建化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的組成、結(jié)構(gòu)以及性能進(jìn)行調(diào)控，以滿(mǎn)足不同行業(yè)、不同類(lèi)型鋁合金的發(fā)展需求以及更為苛刻的服役環(huán)境。