紀(jì) 紅，李永豐

(北京有色金屬研究總院分析測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100088)

引 言

鋁合金產(chǎn)品在航空、電子、工業(yè)型材、建筑型材、汽車裝飾部件、民用裝飾五金件及太陽(yáng)能支架材料等方面有著廣泛的應(yīng)用，但由于鋁的電極電位較負(fù)，容易發(fā)生腐蝕，因此為了提高裝飾效果、增強(qiáng)耐腐蝕性及延長(zhǎng)使用壽命，鋁合金一般都要經(jīng)過(guò)表面處理后才能投入使用。而陽(yáng)極氧化就是鋁合金表面處理最常用的手段之一，經(jīng)過(guò)處理后的鋁合金表面可形成一層陽(yáng)極氧化膜，具有防護(hù)、耐蝕、耐磨、裝飾及絕緣等作用。隨著鋁合金陽(yáng)極氧化的廣泛應(yīng)用，需要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)。耐磨性是衡量膜層優(yōu)劣的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，它反映了陽(yáng)極氧化膜對(duì)摩擦作用的抵抗能力［1］。

鋁合金陽(yáng)極氧化膜的耐磨性可通過(guò)落砂試驗(yàn)、噴磨試驗(yàn)及輪磨試驗(yàn)等方法進(jìn)行測(cè)試［2-4］。目前國(guó)內(nèi)多采用落砂法，由于落砂試驗(yàn)的結(jié)果與試驗(yàn)過(guò)程的環(huán)境因素，砂粒的形狀，砂粒的使用次數(shù)等因素有關(guān)系［5］，導(dǎo)致得到的測(cè)試數(shù)據(jù)比較分散，同時(shí)落砂試驗(yàn)所需時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此近年來(lái)人們開始嘗試使用試驗(yàn)參數(shù)要求嚴(yán)格，試驗(yàn)時(shí)間短的噴磨試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)鋁合金陽(yáng)極氧化膜的耐磨性。在新修訂的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也開始規(guī)定采用噴磨試驗(yàn)來(lái)評(píng)定鋁合金陽(yáng)極氧化膜的耐磨性［6-7］，但噴磨試驗(yàn)在我國(guó)目前開展的不多。本文從穩(wěn)定性、精密度和重現(xiàn)性等幾方面對(duì)噴磨試驗(yàn)進(jìn)行考察，旨在對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行探索。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀 器

噴磨試驗(yàn)所用的儀器為噴磨試驗(yàn)儀，圖1給出了儀器的示意圖，其中試樣面與噴嘴的軸線成55°，試樣面到噴嘴底端的垂直距離為10mm，所用磨料是粒徑為F100的綠碳化硅。使用前將磨料于105℃下烘干2h。實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)的判定是當(dāng)試驗(yàn)中裸露出的基體直徑達(dá)到2mm時(shí)停止，并記錄磨穿試樣所用的時(shí)間。

圖1 噴磨試驗(yàn)儀示意圖

1.2 原 理

噴磨試驗(yàn)的原理是在指定的條件下(包括氣體壓力、磨料流速、磨料下落高度、試驗(yàn)角度及試樣距噴嘴的高度等)，用干燥的空氣流或惰性氣體將干燥的磨料顆粒噴射在試樣的檢驗(yàn)區(qū)上，至裸露出的金屬基體達(dá)到預(yù)設(shè)的尺寸，試樣的耐磨性用噴磨時(shí)間來(lái)表示，試樣的結(jié)果需和標(biāo)準(zhǔn)試樣的結(jié)果相比較，以平均耐磨性的方式來(lái)衡量試樣的耐磨性［2］。

1.3 試樣制備

選用尺寸為140mm×70mm×1mm的1050鋁合金，在進(jìn)行堿浸脫脂處理后，用硫酸電解液進(jìn)行陽(yáng)極氧化，溶液組成為 180g/L硫酸，5～10g/L Al3+，氧化 θ為 20℃，Ja為 1.5A/dm2，氧化 t為45min，之后進(jìn)行沸水封孔，封孔液為pH=5.5 ～6.5的1g/L醋酸銨溶液，封孔t為60min。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

將試樣固定在試樣臺(tái)上，其受檢面與噴嘴相對(duì)，磨料的流速為29g/min。壓縮空氣的流速為3.2 m3/h，壓力為15KPa。用噴磨試驗(yàn)儀測(cè)量試樣的平均耐磨性，以試樣裸露出的基體直徑達(dá)到2mm為試驗(yàn)終點(diǎn)。記錄時(shí)間，在每個(gè)試樣上平行測(cè)量三次，取平均值為耐磨性R，其計(jì)算公式如下:

式中:R為以標(biāo)準(zhǔn)試樣的平均耐磨性，無(wú)量綱值;S為試樣的耐磨性參數(shù)，s;d為試樣上的檢驗(yàn)面原始膜厚，μm;K為噴磨系數(shù)，μm/s，本文所用儀器的 K 值為5.7μm/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 穩(wěn)定性試驗(yàn)

取同一塊試樣，分別于不同時(shí)間進(jìn)行噴磨試驗(yàn)(每?jī)纱螠y(cè)試的時(shí)間間隔為7d)，測(cè)試平均耐磨性，結(jié)果見表1。

表1 噴磨穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從表1的結(jié)果進(jìn)一步計(jì)算可得到:試樣平均耐磨性的均值為9.6，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)=7.4%，表明不同時(shí)間下的噴磨試驗(yàn)結(jié)果基本穩(wěn)定。相關(guān)的計(jì)算公式如下:

平均值:

標(biāo)準(zhǔn)差:

式中:S為平均耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)差;

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差:

2.2 精密度試驗(yàn)

取同一塊試樣，在其不同位置進(jìn)行噴磨試驗(yàn)，計(jì)算平均耐磨性及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。平均耐磨性測(cè)試結(jié)果見表2。由表2的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，試樣平均耐磨性的均值為9.3，RSD=2.3%，表明噴磨試驗(yàn)精密度良好。

表2 噴磨精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.3 重復(fù)性試驗(yàn)

取同一批的5塊試樣進(jìn)行噴磨試驗(yàn)，在其不同位置進(jìn)行噴磨試驗(yàn)，計(jì)算平均耐磨性及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。平均耐磨性測(cè)試結(jié)果見表3。由表3的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，試樣平均耐磨性的均值為9.3，RSD=5.2%，表明噴磨試驗(yàn)具有良好的重復(fù)性。

表3 噴磨重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

噴磨試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)單易行的測(cè)量鋁合金陽(yáng)極氧化膜耐磨性的測(cè)試方法，該方法可通過(guò)在試樣表面形成一定尺寸的裸露基體來(lái)做為試驗(yàn)終點(diǎn)，其重復(fù)性、精密度和穩(wěn)定性的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都在10%之內(nèi)。該方法試驗(yàn)時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度低，可以提高分析檢測(cè)的效率，為監(jiān)控相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量提供了快速的檢測(cè)方法，可在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

［1］朱祖芳.鋁合金陽(yáng)極氧化與表面處理技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:306.

［2］GB/T12967.1-2008，鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化膜檢測(cè)方法第1部分:用噴磨試驗(yàn)儀測(cè)定陽(yáng)極氧化膜的平均耐磨性［S］.

［3］GB/T12967.2-2008，鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化膜檢測(cè)方法第2部分:用輪式磨損試驗(yàn)儀測(cè)定陽(yáng)極氧化膜的耐磨性和耐磨系數(shù)［S］.

［4］GB/T12967.7-2010，鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化膜檢測(cè)方法第7部分:用落砂試驗(yàn)儀測(cè)定陽(yáng)極氧化膜的耐磨性［S］.

［5］朱祖芳.鋁合金建筑型材陽(yáng)極氧化膜的性能分析及質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］.電鍍與涂飾，2008，27(4):30-33.

［6］GB/T8013-2007，鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化膜與有機(jī)聚合物膜［S］.

［7］YS/T773-2011，太陽(yáng)能電池框架用鋁合金型材［S］.