鋁合金硫酸及硫酸基混酸陽極氧化性能研究

任玉寶，劉昌明，趙懷鵬，張 弟，馮靜陽

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金是航空工業(yè)應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一，具有密度小、強度高、塑性強、易焊接等優(yōu)良特性，在當(dāng)代航空航天領(lǐng)域占有重要地位[1-3]。為提升鋁合金零部件的耐腐蝕性能，通常需進(jìn)行表面防護(hù)前處理，陽極氧化技術(shù)是鋁合金防護(hù)應(yīng)用最廣泛技術(shù)，已大量應(yīng)用于航空鋁合金材料的表面防護(hù)[4-6]。目前，國內(nèi)外開展了大量研究，先后開發(fā)出多種環(huán)保型鋁合金陽極氧化處理工藝，其中，最具代表性的是波音公司開發(fā)的硫酸-硼酸陽極氧化工藝和空客公司開發(fā)的硫酸-酒石酸陽極氧化，這兩種工藝均以硫酸作為基礎(chǔ)酸，通過添加硼酸或酒石酸來提高金屬氧化后表面的耐蝕性，替代傳統(tǒng)的鉻酸氧化，減少了環(huán)境污染[7-11]。本文以有機(jī)酸為添加劑，利用傳統(tǒng)的基礎(chǔ)酸，配置了新型陽極氧化工藝，成功制備了鋁合金氧化膜，然后與波音公司及空客公司的氧化工藝制備的試樣進(jìn)行性能比較分析。

1 試驗部分

1.1 基體材料

材料選用6063-T6鋁合金，其化學(xué)成分見表1，并加工成100 mm×50 mm×3 mm的試樣。

1.2 工藝流程

試樣陽極化處理工藝流程：脫脂→水洗→酸蝕→水洗→堿蝕→水洗→中和→水洗→陽極氧化→水洗→封孔，陽極氧化工藝參數(shù)，見表2。

表2 陽極氧化工藝參數(shù)

1.3 表征方法

1)膜層外觀及膜厚。采用目視方法對陽極化膜層外觀進(jìn)行檢查，利用渦輪測厚儀(型號ED400)對氧化膜厚度進(jìn)行測量。

2)中性鹽霧試驗。依據(jù)GB/T 10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗-鹽霧試驗》對陽極氧化試樣進(jìn)行中性鹽霧試驗，鹽霧箱型號為Q-fog/CRH600。將試樣放入試驗箱，試樣的鹽霧正面與垂直方向呈30°。試驗箱的溫度為35±1 ℃，氯化鈉濃度為50±5 g/L，pH值為6.5 ～ 7.2。在規(guī)定的試驗周期(480、720、960 h)內(nèi)記錄試樣腐蝕狀況。

3)漆膜結(jié)合力試驗。將試樣陽極化后進(jìn)行陽極電泳，依據(jù)GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》，采用百格法對漆膜進(jìn)行附著力等級測試。

4)著色試驗。利用硫酸銅對試樣進(jìn)行電解著色，測試著色效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 膜層外觀及膜厚

鋁合金試樣陽極化工藝處理后的外觀及膜厚，見表3?？梢钥闯?，新型硫酸氧化膜層較厚，透明度較好，具有較好的裝飾性。

表3 氧化膜外觀及膜厚

2.2 中性鹽霧試驗

試樣中性鹽霧試驗結(jié)果，見表4?？梢钥闯?，四種氧化膜在480 h和720 h中性鹽霧試驗中均無腐蝕，呈現(xiàn)出較好的耐蝕性。鹽霧試驗進(jìn)行到960 h時，硫酸陽極氧化膜出現(xiàn)腐蝕斑點，而新型硫酸氧化膜、硫酸-硼酸氧化膜及硫酸-酒石酸氧化膜均未出現(xiàn)腐蝕，顯示出更強的耐蝕性，這說明改進(jìn)的新型硫酸氧化膜具有良好的耐蝕性。

表4 陽極氧化膜耐蝕性評價結(jié)果

2.3 與漆膜結(jié)合力試驗

采用百格法對電泳后的試樣進(jìn)行附著力測試，測試結(jié)果，見表5。可以看出，四種陽極氧化工藝制備的膜層與聚丙烯酸樹脂涂層都具有良好的結(jié)合力，依據(jù)GB/T 9286—1998評級均可達(dá)到0級。

表5 陽極氧化膜與聚丙烯酸樹脂結(jié)合力評價結(jié)果

2.4 著色試驗

試樣硫酸銅溶液中電解著色，著色后試樣外觀，見圖1?？梢钥闯?，硫硼酸氧化膜和硫酸-酒石酸氧化膜試樣膜層較薄，電解著色后顏色較淺，略顯紅色，如圖1(c)和(d)。而硫酸氧化膜及新型硫酸氧化膜試樣可以著出色彩鮮艷的酒紅色，如圖1(a)和(b)，可能與氧化膜膜層結(jié)構(gòu)和膜層厚度有關(guān)，這說明新型硫酸氧化膜在外觀裝飾性方面優(yōu)于硫酸-硼酸氧化膜和硫酸-酒石酸氧化膜。

(a)硫酸膜；(b)新型硫酸膜；(c)硫酸-硼酸膜；(d)硫酸-酒石酸膜

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)硫酸氧化膜相比，新型硫酸陽極氧化膜具有良好的耐蝕性；與國外波音公司的硫酸-硼酸氧化膜和空客公司硫酸-酒石酸氧化膜相比，新型硫酸氧化膜在外觀、耐蝕性、附著力性能等方面已接近國外水平。同時，適當(dāng)?shù)奶岣咝滦土蛩嵫趸さ暮穸?，可提高其電解著色能力，提升膜層的裝飾性，可作為一種新型環(huán)保的氧化工藝應(yīng)用到航空、汽車等領(lǐng)域。