鉻酸陽極化的可替換性研究簡述

儲 威,魏銀蘋（上海飛機制造有限公司,上海 200436）

鉻酸陽極化的可替換性研究簡述

儲 威,魏銀蘋
（上海飛機制造有限公司,上海 200436）

文章敘述了鉻酸陽極化表面處理工藝的優(yōu)點與不足，通過與鉻酸陽極化工藝的物理、力學性能進行對比，提出替換鉻酸陽極化工藝的可行性。

鋁合金；表面處理；陽極化

1 前言

鉻酸陽極化是一項傳統(tǒng)的表面處理工藝，鋁合金在鉻酸配成的溶液中會在表面獲得一層氧化膜。該膜層具有厚度薄，不影響精密件的裝配；同時也是油漆涂料的良好基底，結(jié)合力牢固；鉻酸溶液對鋁基體的溶解度小，對零件腐蝕影響小等優(yōu)點。該工藝主要用于航空航天產(chǎn)品，一般工業(yè)應用較少。

自然界中的鉻的存在形式有兩種，三價鉻和六價鉻。其中三價鉻是人體所必需的微量元素之一，參與人和動物體內(nèi)的糖與脂肪的代謝。而六價鉻則是毒性很大的物質(zhì)，可引起貧血、腎炎、神經(jīng)炎等疾病，長期與六價鉻接觸還會引起呼吸道炎癥并誘發(fā)肺癌或者引起侵入性皮膚損害，嚴重的還會致人死亡。含有六價鉻的污水如果沒有經(jīng)過處理直接排放，深入土壤和水后也會被攝入體內(nèi)。而且六價鉻不能自然降解，會在生物體內(nèi)長期富集，是重度污染物之一。

而在使用鉻酸陽極化后對污水進行處理需要花費大量的費用。隨著社會發(fā)展進步，國家對環(huán)境保護要求越來越嚴格，人民群眾的環(huán)保意識也日益加強，因此，越來越多的研究聚焦在鉻酸陽極化的替代工藝上。

硼硫酸陽極氧化就是其中之一，其氧化膜層除了具有前述鉻酸陽極化的優(yōu)點外，還具有吸附力強，易染色，遮蓋力強等優(yōu)點。

2 研究現(xiàn)狀

楊燕[1]等人的通過改進傳統(tǒng)的鉻酸陽極化工藝，引進硼硫酸工藝，不僅物料消耗變少，費用大幅降低外，還具有廢水處理簡單，節(jié)能環(huán)保綜合性能優(yōu)越的特點。

顏杰紅[2]通過研究不同材料、不同狀態(tài)的鋁合金（2024包鋁、2024裸鋁、7075裸鋁）分別經(jīng)過鉻酸陽極化、硫酸陽極化、硼硫酸陽極化后的性能試驗數(shù)據(jù)，研究得出：試驗所用所有鋁合金的硫酸陽極化膜重均最大；2024裸鋁的硼硫酸陽極化膜重略低于鉻酸陽極化，其余鋁合金鉻酸陽極化膜重略低于硫酸陽極化。但是膜層外觀顯示，硼硫酸陽極化膜層較為致密，也反映在鹽霧試驗上，三者在耐蝕性能上無明顯區(qū)別，均表現(xiàn)出較好的耐蝕性。硼硫酸陽極化膜重遠低于硫酸陽極化，但由于其致密性，使其兼具較好的耐蝕性能和疲勞性能。以硼硫酸陽極化代替絡酸陽極化是完全可行的。

除了環(huán)保因素以外，鉻酸陽極化與其它化學氧化膜層相比在力學性能上也有一定劣勢。

王邈[3]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過鉻酸陽極化處理的鋁合金的疲勞壽命有明顯降低，研究同時對比了相同材料和實驗條件下，經(jīng)過化學氧化處理的試樣的疲勞壽命相對空白試樣的降低較少。使用航空領(lǐng)域使用較多的2024鋁合金，在同樣的應力水平下，經(jīng)過鉻酸陽極化處理的試樣的疲勞壽命是空白試樣的50%-70%，而阿洛丁處理的試樣的疲勞壽命為空白試樣的80%-90%。因此，在考慮疲勞性能的前提下，建議使用Alodine 化學氧化對 2024 包鋁材料進行表面防護處理。

分析這兩項處理方式的原理發(fā)現(xiàn)，鉻酸陽極化是鋁基體在溶液中氧化成膜，是基體溶解和膜層生成的過程；而阿洛丁化學轉(zhuǎn)化處理則是鋁基體在處理溶液中還原生成一層防護膜層，覆蓋在基體上，對基體的破壞小，因此相對鉻酸陽極化，化學氧化對試樣的疲勞損失影響較小。

此外，楊景偉[4]等人的研究發(fā)現(xiàn)，2A70鋁合金在鉻酸陽極化后，在試樣缺陷處發(fā)生了“樹枝”狀的腐蝕特征，且有一定的腐蝕深度，伴隨腐蝕產(chǎn)物的脫落。通過對試樣腐蝕表面微觀形貌的觀察以及發(fā)生腐蝕部位的成分分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕部位的合金元素含量低于晶粒內(nèi)部，同時氧元素的含量增加明顯。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，合金元素在熱處理不當會后形成偏析相，如Al-Cu、Al-Cu-Mg、CuAl2等，聚集在晶界處，在腐蝕環(huán)境中形成陰極，而基體本身則為陽極，造成基體溶解，形成沿晶界進行的腐蝕形貌。

3 結(jié)論

綜上所述，鉻酸陽極化本身具有工藝穩(wěn)定，易控制，是鋁的防護膜層和漆層基底的很好材料。但是，從長遠來看，清潔生產(chǎn)是社會發(fā)展的必然趨勢。以新的生產(chǎn)工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高能耗高污染方式，不僅具有良好的經(jīng)濟效益，同時可以提高企業(yè)的競爭力，

[1]楊燕等.飛機鋁合金零件陽極氧化處理的清潔生產(chǎn)工藝改進[J].涂裝與電鍍,2008(06):45-48.

[2]顏杰紅.硼硫酸、鉻酸、硫酸陽極化膜的性能比較[A].第二屆民用飛機制造技術(shù)及裝備高層論壇資料匯編,2010.

[3]王邈.上海涂料.鉻酸陽極化和化學氧化處理對鋁合金疲勞性能影響研究[J].2011(10):12-14.

[4]楊景偉等.鋁合金鉻酸陽極氧化后表面缺陷分析[J].表面技術(shù),2014,43(02):72-74.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.255