周 琦，蘇 海，肖 旋

(1.沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧沈陽110159;2.沈陽理工大學材料科學與工程學院，遼寧沈陽110159)

硬鋁合金廣泛應用于航空、機械、電子等領域，但硬鋁陽極氧化后的耐蝕性不如其他鋁合金，在耐腐蝕環(huán)境下仍然使用重鉻酸鹽封孔。房寶軍［1］發(fā)現(xiàn):一年中封孔工藝保持不變，但夏季與冬季的封孔質(zhì)量存在明顯差別，夏季封孔質(zhì)量很易保證，冬季封孔質(zhì)量不易保證，部分型材一次封孔不合格;說明封孔后膜層放置溫度對膜的質(zhì)量有顯著影響。龐成賢［2］發(fā)現(xiàn):制品下線后24h，其磷－鉻酸浸蝕失重值超過30mg/dm2，有時達到近40mg/dm2，但該制品經(jīng)放置數(shù)天后重新取樣實驗，其失重值又變成小于30mg/dm2，成為合格制品;說明經(jīng)過一段時間陳化，封孔質(zhì)量變好。2024鋁合金陽極氧化進行封閉后，當加熱到300℃，封閉方法對陽極氧化膜的開裂傾向有顯著影響，沸水封和NiF2常溫封孔在加熱過程中由于封閉膜成分縮聚導致裂縫出現(xiàn)，而重鉻酸鹽封閉降低了這種傾向［3－4］。重鉻酸鉀封孔具有耐蝕性高、操作簡便的優(yōu)點，是鋁及鋁合金陽極氧化膜封閉中使用最為普遍的一種方法。實驗發(fā)現(xiàn)，封閉膜層的烘烤對氧化膜的質(zhì)量會有顯著影響。對重鉻酸鹽氧化膜烘烤形貌及耐蝕機理的研究，可以評價和優(yōu)化重鉻酸鹽封閉氧化膜的工藝。本實驗將用重鉻酸鹽封孔后的試片進行烘烤再與未烘烤的進行對比，以判斷烘烤對封閉膜性能的影響。

1 實驗部分

實驗材料:2024鋁合金:3cm×5cm。常規(guī)的硫酸陽極氧化工藝和重鉻酸鉀封閉工藝，封閉水洗后進行烘烤，烘烤工藝條件為:80℃，6h。使用OLS3100型激光共聚焦顯微鏡測量鋁陽極氧化重鉻酸鉀封閉膜烘烤前后的三維微觀形貌、表面粗糙度、表面輪廓曲線和孔穴分布圖。采用日立S-3400N型掃描電鏡(SEM)觀察鋁合金陽極氧化重鉻酸鉀封閉膜烘烤前后的表面形貌。

用PARSTAT 2273電化學測試系統(tǒng)測定陽極氧化封閉膜烘烤前后在35g/L NaCl溶液中的動電位極化曲線，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，試樣面積為1cm2。電化學測試之前試樣先浸在NaCl溶液中約2h以使開路電位達到穩(wěn)定。極化測試時的電位掃描速度為0.167mV·s－1。

2 實驗結果與討論

2.1 SEM 表面形貌

圖1a、1c是鋁合金陽極氧化后重鉻酸鉀封孔但未烘烤的試樣電子顯微鏡表面形貌圖，圖1b、1d是重鉻酸鉀封孔后又經(jīng)過烘烤的表面形貌圖。從圖1a和1b可看出，硬鋁合金表面封孔之前與封孔之后，表面均比較粗糙，但烘烤減小了膜的表面粗糙度，烘烤前膜的表面粗糙度SRa=1.961，烘烤后SRa=0.5785，烘烤后的重鉻酸鉀封閉膜表面比較平整。

從未烘烤的重鉻酸鉀膜圖1c可看出，其表面有明顯的蜂窩狀，烘烤后(圖1d)只是淺表層呈漁網(wǎng)狀，且網(wǎng)與網(wǎng)之間很多都是斷開的。未烘烤時比較深的孔隙在烘烤后消失，說明烘烤能大大降低重鉻酸鉀封孔膜表面的孔隙率和孔隙深度。

2.2 重鉻酸鉀封孔膜的三維形貌

圖2分別為重鉻酸鉀封孔膜烘烤前和烘烤后的三維形貌圖。對比圖2a、2b可以清晰看出，未烘烤的封閉膜有較多的凹坑和大量的圓錐形孔隙，從三維圖的縱向坐標看，孔隙非常深;烘烤后的膜的三維形貌圖雖有凹坑但表面深而窄的孔隙基本消失。對比圖1和圖2可以看出，后者更能形象的測量出孔隙的位置和尺寸。

2.3 烘烤對重鉻酸鉀封孔膜表面輪廓的影響

得到精確的三維形貌后，即可用計算機輔助圖像分析技術計算三維表面輪廓曲線。圖3為試樣在圖2x軸中間部位沿y軸方向截取的表面輪廓曲線圖。a曲線顯示未烘烤膜的輪廓表面有很多非常深、窄而細的孔，與其三維表面和電子顯微鏡照片表面有很多微孔一致;這些孔最深處約18um，且深孔的數(shù)量較多。從b曲線可看出，經(jīng)過烘烤的試片表面基本平整，僅有兩處孔隙較深，約為2.6um。輪廓曲線也表明未烘烤的試片多孔層膜層較厚，烘烤后多孔層的膜層收縮變薄。

圖1 重鉻酸鉀封孔膜烘烤前與烘烤后的表面形貌

圖2 重鉻酸鉀封孔膜的三維形貌圖

圖3 重鉻酸鉀封孔膜的縱向表面輪廓曲線

2.4 烘烤對重鉻酸鉀封閉膜孔隙分布的影響

圖4是通過OLS3100型激光共聚焦顯微鏡測得的孔隙分布圖，圖中的白點表示孔隙所在的地方，相當于氧化膜表面的孔隙分布圖。從圖中看出，未經(jīng)烘烤的膜表面孔隙分布廣而多。對比圖4a、4b可以看出，經(jīng)過烘烤的試片表面孔隙分布稀疏，與所得三維形貌圖相一致。

2.5 烘烤對重鉻酸鉀封閉膜極化行為的影響

圖5為烘烤對重鉻酸鉀封閉膜腐蝕極化曲線的影響。

由圖5可看出，烘烤前及烘烤后的極化曲線的鈍化區(qū)域鋸齒較多，說明重鉻酸鉀封閉膜具有很強的自修復能力;烘烤后封閉膜的鈍化曲線明顯左移，說明烘烤后膜的腐蝕極化電流密度比烘烤前明顯減小，即烘烤有助于提高重鉻酸鉀封孔 膜的耐蝕性。

圖4 重鉻酸鉀封閉膜的孔隙分布圖

圖5 重鉻酸鉀封閉膜烘烤前后的腐蝕極化曲線

3 結論

對于重鉻酸鉀封閉膜，SEM圖顯示烘烤后其孔隙深度降低，數(shù)量減少;從三維形貌圖直觀地看出，未烘燒試片比烘烤的試片凹坑多，孔隙密集且深而窄;表面輪廓曲線顯示未烘烤試片孔隙非常深，而烘烤之后孔隙深度減少了6.9倍;從膜的孔隙分布圖看，烘烤極大降低了孔隙數(shù)量。所以，烘烤能改善鋁合金陽極氧化重鉻酸鉀封閉膜的形貌，降低膜的表面精糙度，提高封閉膜耐蝕性能。

［1］房寶軍，劉逸民.鋁型材常溫封孔后的陳化溫度對封孔質(zhì)量的影響［J］.鋁加工，2004(6):59－61.

［2］龐成賢.建筑型材常溫封孔后氧化膜陳化過程的研究［J］.表面處理，2003(1):27 －28，57 －58.

［3］Weihua Liu，Yu Zuo，Shengli Chen，et al.The effects of sealing on cracking tendency of anodic films on 2024 aluminum alloy after heating up to 300℃［J］.Surface ＆Coatings Technology，2009，203(9):1244 －1251.

［4］Xuhui Zhao，Weihua Liu，Yu Zuo，et al.The cracking behaviors of anodic films on 1050 and 2024 aluminum alloys after heating up to 300℃［J］.Journal of Alloys and Compounds，2009，479(1 －2):473 －479.