李 丹，任玉寶，劉昌明，趙懷鵬，張 弟

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金是現(xiàn)代工業(yè)化應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，具有強(qiáng)度高、密度低、塑性強(qiáng)、韌性好等特性，當(dāng)前已在軌道交通及航空航天領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[1-4]。鋁合金在應(yīng)用前需經(jīng)表面處理以提高基體耐蝕性及觀賞性，硫酸陽極氧化是常見的表面處理方法[5]。由于氧化過程放熱，隨反應(yīng)的持續(xù)，電解液的溫度會越來越高。電解液升溫加速了氧化膜的溶解，破壞了氧化膜生長與溶解平衡，制備的氧化膜常存在疏松，易粉化，耐蝕性差等質(zhì)量問題[6]。因此，維持電解液溫度恒定是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵要素之一。

針對這一問題，很多鋁企對氧化槽配備冷卻系統(tǒng)，采用制冷機(jī)或循環(huán)冷卻水對電解液降溫。但因槽液量一般較大，降溫效果并不顯著，且成本較高。為使陽極氧化膜可在較高溫度下正常生成，且保持原膜層的各項性能，寬溫陽極氧化開始被眾多企業(yè)及科研院所研究[7-9]。當(dāng)前研究的熱門是向電解液中加入添加劑，通過添加劑對氧化膜的溶解抑制作用，從而減緩電解液對氧化膜的溶解速度，確保所制備氧化膜性能達(dá)標(biāo)[10-12]。當(dāng)前，向硫酸電解液中添加草酸、酒石酸進(jìn)行氧化是最常見的寬溫氧化方法，此法存在成膜效率低的問題。本文將以一種新型混酸作為電解液實現(xiàn)寬溫氧化,并對氧化膜性能與傳統(tǒng)寬溫氧化膜性能進(jìn)行對比研究。

1 實驗部分

1.1 基體材料

本研究所選用鋁合金為6060-T6鋁合金板材，試樣尺寸100mm×45mm×2mm；化學(xué)成份(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Mg 0.45，Cu 0.02，Zn 0.01，F(xiàn)e 0.2，Si 0.45，Zr 0.05，Ti 0.05，Mn 0.05，Al 98.72。

1.2 工藝流程

試樣陽極化工藝流程為，脫脂—水洗—酸蝕—水洗—堿蝕—水洗—水洗—中和—水洗—純水洗—陽極氧化—水洗—純水洗—封孔。陽極化采用的工藝參數(shù)見表1。

表1 陽極化工藝參數(shù)

1.3 測試方法

(1)氧化膜形貌。采用目視法觀察三種氧化板宏觀表面形態(tài)，采用SEM觀測三種氧化板微觀表面形貌。

(2)耐蝕性。中性鹽霧試驗，執(zhí)行GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗-鹽霧試驗》。鹽霧設(shè)備型號Q-fog/CRH600，測試要求試樣鹽霧正面與垂直方向呈30°，箱內(nèi)溫控35℃±1℃，氯化鈉濃度50g/L±5g/L, pH值6.5 ～ 7.2。觀察每個實驗周期結(jié)束(480h、720h、960h)后試樣腐蝕狀況。

磷鉻酸失重實驗，執(zhí)行GB/T 8753.1-2017《鋁及鋁合金陽極氧化氧化膜封孔質(zhì)量的評定方法-第1部分：酸浸蝕失重法》。實驗前按標(biāo)準(zhǔn)配置硝酸溶液及磷鉻酸溶液，實驗時先將稱重后的試樣浸入溫度為 19℃±1℃的硝酸溶液中10min，取出后蒸餾水洗凈吹干，將試樣浸入溫度為 38℃±1℃的磷鉻酸溶液中15min，然后取出試樣將蒸餾水吹干后立即稱重，前后兩次稱重質(zhì)量差作為失重指標(biāo)，失重指標(biāo)低于30mg/dm2為合格，數(shù)值越小說明膜層耐蝕性越好。

(3)附著力及硬度。百格實驗，執(zhí)行GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》，首先對三種氧化膜試樣進(jìn)行粉末噴涂，然后對噴涂膜進(jìn)行附著力等級測試。硬度測試，執(zhí)行GB/T 4340-2009《金屬維氏硬度試驗》，對三種氧化膜進(jìn)行硬度測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化膜形貌

經(jīng)目視法觀察，三種氧化膜膜層透明、光亮，厚度均勻，無氧化缺陷。三種氧化膜表面SEM形貌圖如圖1所示?？梢钥闯觯蛩嵫趸け砻婢植堪纪共黄?，較明顯。常規(guī)寬溫氧化膜表面與新型寬溫氧化膜表面形貌相近，均相對平整，存在輕微凹凸，說明寬溫氧化工藝不僅拓寬了氧化溫度范圍，同時改善了氧化膜粗糙的問題。分析該現(xiàn)象的出現(xiàn)可能與硼酸、酒石酸的引入有關(guān)，這兩種物質(zhì)在鋁合金陽極氧化過程中吸附于陽極表面形成吸附膜，此膜對電解液的溶膜有一定阻礙作用，使溶膜過程更加平穩(wěn)，最終產(chǎn)生均勻的微觀表面。

圖1 三種氧化膜的SEM形貌圖Fig.1 SEM morphology of three oxide films

2.2 耐蝕性

三種氧化膜的中性鹽霧試驗結(jié)果見表2。由表可知，三種氧化膜均具備較好耐蝕性，中性鹽霧480h時，鹽霧試驗面未出現(xiàn)任何腐蝕。鹽霧試驗進(jìn)行至720h時，硫酸氧化膜仍未出現(xiàn)任何腐蝕；兩種寬溫氧化膜光亮度下降，但未出現(xiàn)腐蝕。鹽霧試驗進(jìn)行至960h時，硫酸氧化膜局部出現(xiàn)明顯點腐蝕；兩種寬溫氧化膜光亮度進(jìn)一步變差，但未出現(xiàn)腐蝕點、腐蝕坑等現(xiàn)象。綜上所述，鋁合金經(jīng)寬溫氧化后耐蝕性更好，兩種寬溫氧化膜外觀接近，耐蝕性相當(dāng)，均可耐受中性鹽霧試驗960h而不出現(xiàn)腐蝕點。

表2 三種陽極氧化膜中性鹽霧試驗結(jié)果

磷鉻酸失重測試法是檢測封孔后氧化膜耐蝕性的常用方法，簡單有效。表3為三種鋁合金氧化膜磷鉻酸失重測試數(shù)值表?？梢钥闯觯N氧化膜以磷鉻酸失重質(zhì)量來評價膜層耐蝕性能優(yōu)劣的順序是：新型寬溫氧化膜>傳統(tǒng)寬溫氧化膜>硫酸氧化膜。新型寬溫氧化膜質(zhì)量損失最少，故其膜層耐蝕性最佳。分析新型寬溫氧化中硼酸對陽極的保護(hù)作用使得氧化膜生長更加致密，耐蝕性能也較傳統(tǒng)寬溫氧化更為突出。

表3 三種鋁陽極氧化膜的磷鉻酸實驗失重測試表

2.3 附著力及硬度

首先對三種氧化膜粉末靜電噴涂處理，后采用百格法對噴涂膜層進(jìn)行附著力測試，測試結(jié)果顯示三種噴涂膜均具有良好的結(jié)合力，依據(jù)GB/T9286-1998評級均為0級。

經(jīng)測試，硫酸氧化膜顯微硬度為404HV，傳統(tǒng)寬溫氧化膜顯微硬度為362HV，新型寬溫氧化膜顯微硬度為395HV。相比較，傳統(tǒng)寬溫氧化后的氧化膜硬度明顯低，新型寬溫氧化膜硬度與傳統(tǒng)硫酸氧化膜相差較少，具備較強(qiáng)硬度。

3 結(jié)論

鋁合金寬溫氧化技術(shù)是鋁加工行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本的重要手段。本文以混合一定濃度的硫酸、酒石酸、硼酸作為陽極氧化電解液，通過控制電解液配比、反應(yīng)溫度、電流密度等參數(shù)，成功開發(fā)出鋁合金寬溫氧化工藝。以此寬溫氧化工藝可制備性能較好的氧化膜。其膜層透明，微觀形貌平整、起伏度小；耐蝕性優(yōu)越，中性鹽霧試驗960h無腐蝕，磷鉻酸失重實驗失重指標(biāo)為2.6mg/dm2；附著力較好，百格實驗后標(biāo)準(zhǔn)評級0級；硬度值高，顯微硬度測試結(jié)果為395HV，較傳統(tǒng)寬溫氧化膜硬。相較于傳統(tǒng)寬溫氧化工藝，新工藝所用電解液較環(huán)保，可降低環(huán)境污染。