劉　丹，呂　媛，余云丹，衛(wèi)國英

(中國計(jì)量學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

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鈍化液溫度對(duì)鋁陽極氧化膜性能的影響

劉丹，呂媛，余云丹，衛(wèi)國英

(中國計(jì)量學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

【摘要】對(duì)鋁及其合金進(jìn)行鈍化處理是提高其耐蝕性的有效手段.研究了工業(yè)純鋁普通陽極氧化膜在不同溫度鈍化液(Alsur408)條件下處理的表面形貌、組織結(jié)構(gòu)、厚度和耐腐蝕性規(guī)律.結(jié)果表明，陽極氧化的工業(yè)純鋁氧化膜表面有均勻的納米級(jí)孔洞，經(jīng)不同條件鈍化后，在氧化膜表面生成鈍化膜，厚度約為1 μm；隨著鈍化溫度增加，鈍化膜逐漸增厚，表面形貌致密平整；當(dāng)鈍化液溫度高于50 ℃時(shí)，表面裂紋明顯，耐腐蝕性表現(xiàn)為先增強(qiáng)后減弱；當(dāng)鈍化液溫度為40 ℃時(shí)，鈍化膜表面平整致密，無微裂紋，自腐蝕電位為0.1 V，耐腐蝕性最高.

【關(guān)鍵字】鋁陽極氧化膜；鈍化處理；耐腐蝕性

鋁合金材料具有良好的抗蝕性、可焊性、成形性，以及較高的比強(qiáng)度和塑性，因而被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域.但是，鋁合金材料暴露在大氣中，表面會(huì)覆蓋一層很薄的氧化膜從而減小鋁材的使用壽命.為滿足現(xiàn)代生活和工業(yè)的需求，對(duì)鋁合金進(jìn)行表面處理成為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵.鋁合金陽極氧化已經(jīng)成為提高鋁合金耐蝕性等性能的方法之一，但陽極氧化膜存在納米級(jí)的孔洞，通常利用封閉技術(shù)來封閉這些納米級(jí)孔洞以提高鋁合金氧化膜的耐蝕性，鋁合金封閉通常在高溫下進(jìn)行[1-4].降低環(huán)保、降低能耗一直是材料加工及生產(chǎn)過程的要求，鋁合金鈍化液主要用于對(duì)鋁材的低溫直接鈍化，對(duì)鋁合金陽極氧化膜是否可以鈍化及鈍化后性能如何是值得研究的課題.本文以工業(yè)純鋁為基體，經(jīng)陽極氧化處理后，用鈍化液(Alsur408)進(jìn)行鈍化，鈍化液溫度控制在25～60 ℃之間，以此研究鈍化液溫度變化對(duì)鈍化膜性質(zhì)的影響[5].

1實(shí)驗(yàn)

1.1鈍化膜的制備

將預(yù)處理(除油—堿洗—酸洗)后的工業(yè)純鋁作為陽極，將其剪裁成20 mm×60 mm×0.5 mm的基片，工業(yè)純鋁作為陰極，電解質(zhì)為180～190 g/L的硫酸和有機(jī)酸S，電解液溫度為20～25 ℃，氧化電壓控制在15 V，得到工業(yè)純鋁的普通陽極氧化樣品[6].

將上述得到的樣品分為六組放在鈍化液(Alsur408)中進(jìn)行鈍化處理，利用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)鈍化液的pH值，使鈍化液pH在3.9～4.0之間，保持鈍化液的含量為200 mL/L，鈍化時(shí)間為2 min，控制鈍化液的溫度分別為25 ℃，35 ℃，40 ℃，45 ℃，50 ℃和60 ℃，得到對(duì)應(yīng)條件的樣品.

1.2測試分析

采用配有能譜(EDS)的HITACHI S-4700型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察鈍化膜的表面形貌并分析其成分.采用PARSTAT 2273型電化學(xué)系統(tǒng)測試鈍化膜的腐蝕性.使用三電極體系，以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極為輔助電極，研究電極的工作面積為1 cm2.采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液.實(shí)驗(yàn)溫度為25 ℃，測量以0.05 V/s的速率進(jìn)行陽極極化掃描[7].

2結(jié)果與討論

2.1鈍化膜的結(jié)構(gòu)及表面形貌

圖1為普通陽極氧化之后未鈍化的樣品，觀察到樣品表面有均勻細(xì)致的納米級(jí)小孔.樣品經(jīng)不同鈍化條件鈍化后，在陽極氧化膜表面形成一層鈍化膜，覆蓋了多孔的氧化膜，從而提高了樣品的耐腐蝕性.

圖1　工業(yè)純鋁陽極氧化膜表面形貌Figure 1　Surface morphologies of anodic oxide 　　　film of industrial pure aluminum

圖2　不同鈍化溫度得到的鈍化膜表面形貌圖Figure 2　Surface morphologies of passivation film under different temperatures

圖2為不同鈍化溫度得到的鈍化膜表面形貌圖.從圖中可知，當(dāng)鈍化溫度為25 ℃時(shí)，鈍化反應(yīng)速度較慢，成膜效率低，樣品表面雖平滑完整，但生成的鈍化膜較薄.當(dāng)鈍化時(shí)間為40 ℃時(shí)樣品表面鈍化膜表面平整致密，有輕微微裂紋，基體覆蓋性好，能夠起到很好的保護(hù)作用.當(dāng)鈍化液的溫度為50 ℃時(shí)裂紋明顯，并隨著鈍化溫度的升高裂紋程度加重.這是由于鈍化反應(yīng)速度過快，形成的鈍化膜較疏松，容易脫落，膜層不均勻，以致出現(xiàn)微裂紋[8].

圖3為鈍化膜的厚度與鈍化液溫度的關(guān)系曲線.隨著鈍化液溫度的增大，膜層生成量大于溶解量，成膜顆粒的堆積變的較為明顯，膜層的厚度增大.由圖可知，隨著鈍化液溫度的增加，鈍化膜的厚度先增加后減小，當(dāng)鈍化液溫度為40 ℃時(shí)，鈍化膜的厚度達(dá)到最大值，為1.9 μm.再增加鈍化液的溫度，鈍化膜的厚度減小，這是由于隨著溫度的升高，陽極氧化膜與鈍化液反應(yīng)加快，膜層的溶解速度大于成膜速度，導(dǎo)致鈍化效果降低，鈍化膜的厚度減小.當(dāng)鈍化液溫度達(dá)到60 ℃，鈍化過后，鈍化液中殘留有片狀脫落的鈍化膜，說明溫度過高鈍化膜表面結(jié)構(gòu)開始疏松，容易脫落，致使鈍化膜不完整，膜厚降低[9].

圖3　鈍化膜厚度與鈍化液溫度的關(guān)系Figure 3　Relationship between passivation film thickness and passivation solution temperatures

2.2鈍化膜的耐腐蝕

圖4為不同鈍化液溫度得到的鈍化膜的極化曲線，由圖4可知，隨著鈍化液溫度的增加，鈍化膜的自腐蝕性先向正方向移動(dòng)，當(dāng)溫度為40 ℃時(shí)，自腐蝕電位最大，為0.1 V.當(dāng)鈍化液溫度為25 ℃時(shí)，鈍化反應(yīng)速度較慢，成膜效率低，耐蝕性較差.隨溫度的增大，樣品形成的鈍化膜越厚且致

密，樣品抗腐蝕性能增強(qiáng).當(dāng)溫度為40 ℃時(shí)腐蝕電位最大，即樣品抗腐蝕性最好.當(dāng)鈍化液溫度增加到50 ℃和60 ℃時(shí)，由于溫度過高，膜層的溶解速度大于成膜速度，樣品的鈍化膜被破壞，致使其抗腐蝕性下降[10].

注：　(a)25 ℃ (b) 30 ℃ (c) 35 ℃ (d) 40 ℃ (e) 50 ℃ (f) 60 ℃圖4　不同鈍化液溫度得到的鈍化膜的極化曲線Figure 4　Polarization curves of passivasion film prepared with different temperatures

圖5　不同鈍化溫度下CASS鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果Figure 5　Salt spray test of passivasion

圖5為進(jìn)行CASS鹽霧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的曲線，由圖5可知，隨著鈍化液溫度的增加，樣品的腐蝕時(shí)間先增加后減小.當(dāng)溫度為25 ℃，由于鈍化膜較薄，耐腐蝕性較差，鹽霧實(shí)驗(yàn)在10.5 h時(shí)最先出現(xiàn)腐蝕點(diǎn).當(dāng)鈍化溫度為45 ℃時(shí)，鹽霧實(shí)驗(yàn)時(shí)腐蝕時(shí)間最長，在11.3 h出現(xiàn)腐蝕點(diǎn).當(dāng)鈍化液溫度超過40 ℃，樣品的耐腐蝕性急劇下降，其趨勢與極化曲線的耐腐蝕性一致[11].

3結(jié)論

1)本文研究了工業(yè)純鋁經(jīng)陽極氧化處理后，用鈍化液(Alsur408)進(jìn)行鈍化.鈍化液溫度控制在25～60 ℃之間，使鈍化液的pH在3.9～4.0之間，保持鈍化液的含量為200 mL/L，鈍化時(shí)間為2 min，經(jīng)不同條件鈍化后，在氧化膜表面可形成致密的鈍化膜，可覆蓋氧化膜表面均勻的納米級(jí)孔洞.

2)改變鈍化液的溫度，隨著鈍化液的溫度增加，鈍化膜逐漸增厚，控制鈍化液溫度為50 ℃時(shí)，膜層的溶解速度大于成膜速度，鈍化效果降低，鈍化膜的厚度減小.表面形貌隨著鈍化溫度的增加逐漸形成致密平滑的鈍化膜，溫度高于50 ℃，樣品表面裂紋明顯.

3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)鈍化液的溫度為40 ℃時(shí)，自腐蝕電位為0.1 V，耐腐蝕性最優(yōu)，鈍化膜的厚度最大為1.9 μm，鈍化膜的表面鈍化膜結(jié)構(gòu)完整致密，有極少的微裂紋.

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Effect of passivation temperature on theperformance of aluminum anode oxide films

LIU Dan, LYU Yuan, YU Yundan, WEI Guoying

(College of Materials Science and Engineering, China Jiliang University,Hangzhou 310018, China)

Abstract:Passivation is an effective technique to improve the anti-corrosion of aluminum alloys. The effect of the passivation temperature on surface morphology, structure, thickness and anti-corrosion of aluminum oxidized films was investigated. It was found that there were many uniform nano-holes on the surface of aluminum oxidized films.With passivation treatment, passivation films of about 1 μm thickness were formed on the surface. The thickness of the passivation film increased with the passivation temperature. But when the temperature exceeded 50 ℃, surface cracks were observed. The film formed at the optimal passivation temperature of 40 ℃ was smooth and compact without microcracks and had 0.1 V self corrosion potential and the optimal corrosion resistance.

Key words:aluminum anodic oxide film; passivasion; corrosion resistance

【文章編號(hào)】1004-1540(2016)01-0098-04

DOI:10.3969/j.issn.1004-1540.2016.01.018

【收稿日期】2015-03-10《中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)》網(wǎng)址：zgjl.cbpt.cnki.net

【基金項(xiàng)目】國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.51471156)，浙江省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(No.2010R50016)，國際科學(xué)和技術(shù)合作項(xiàng)目(No.2011DFA52400).

【作者簡介】劉丹(1991- )，女，遼寧省鞍山人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殇X合金陽極氧化.E-mail：924299030@qq.com

【中圖分類號(hào)】O621.3

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

通信聯(lián)系人：衛(wèi)國英，女，教授.E-mail：guoyingwei@sina.com