锂盐化学氧化

2022-11-23

20世纪90年代，研究人员发现利用碱性锂盐溶液可以制备锂-铝转化膜，对铝基材进行保护。

郑辅养等用锂盐代替铬酸盐对铝合金进行化学氧化处理。结果发现：锂离子有利于铝在碱性碳酸盐溶液中的钝化，成膜离子在铝基体表面共沉积形成锂盐转化膜，其实质是由Al³⁺、Li⁺、OH^-和CO₃^2-等离子组成的复合盐。在3.5% NaCl溶液中的浸泡腐蚀试验结果表明，碱性锂盐溶液化学氧化处理可明显提高基体的耐蚀性。

MARCOEN等采用锂盐作为2024-T3铝合金有机底漆涂料的腐蚀抑制剂，使用人工划线对铝合金表面进行破坏，并将其暴露在中性盐雾中，然后通过飞行时间二次离子质谱分析（ToF-SIMS）研究该保护层的组成和生长规律，并分析了锂基保护层的形成机理。ToF-SIMS成像技术成功监测到人工1 mm划线区域浸出锂盐的横向扩散：当划线区暴露在中性盐雾中时，锂盐浸出，进入涂层缺陷中，诱导2024-T3铝合金基体上含锂水合氧化铝表面层（假勃姆石层）的生长。随着在中性盐雾中暴露时间的延长，缺陷中的锂盐含量以及局部pH增加，表面层开始通过铝的阳极溶解发生部分降解，与此同时，Al-Li层状双氢氧化物层开始生长并最终覆盖在2024-T3铝合金表面，对其起到保护作用。基于ToF-SIMS获得的结果，他们将锂基保护层的形成分为5个阶段，如图1所示。

图1 保护层生长阶段示意图

阶段Ⅰ：

划线区首先暴露于中性盐雾中，水性电解质引起锂盐从有机涂层浸入划线区，锂盐浸出导致划线区pH增加至碱性，在氯化物存在的情况下引起铝的阳极溶解。

阶段Ⅱ：

邻近有机涂层的保护层开始形成，金属表面附近的局部pH为9~10，这种碱性条件导致假勃姆石层的形成，并且其中掺入了少量锂后，锂-假勃姆石层（L-PB）开始形成。

阶段Ⅲ：

随着锂盐进一步浸入划线区，L-PB层向划线区的中心横向生长，此过程相对较快。当锂盐含量超过有机涂层附近的某个阈值后，层状双氢氧化物（LDH层）开始形成。

阶段Ⅳ：

在中性盐雾中暴露较长时间后，划线区中心锂离子含量增加，这使得LDH层也可以在划片的中心生长。

阶段Ⅴ：

圆柱状的LDH层在表面横向生长，以牺牲下面的L-PB阻挡层为代价，直到划痕完全被LDH层覆盖。