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點。該工藝主要用于航空航天產品，一般工業應用較少。

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的糖與脂肪的代謝。而六價鉻則是毒性很大的物質，可引起貧血、腎炎、神經炎等疾病，長期與六價鉻接觸還會引起呼吸道炎癥并誘發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過處理直接排放，深入土壤和水后也會被攝入體內。而且六價鉻不能自然降解，會在生物體內長期富集，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。隨著社會發展進步，國家對環境保護要求越來越嚴格，人民群眾的環保意識也日益加強，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點外，還具有吸附力強，易染色，遮蓋力強等優點。

2 研究現狀

楊燕[1]等人的通過改進傳統的鉻酸陽極化工藝，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，節能環保綜合性能優越的特點。

顏杰紅[2]通過研究不同材料、不同狀態的鋁合金（2024包鋁、2024裸鋁、7075裸鋁）分別經過鉻酸陽極化、硫酸陽極化、硼硫酸陽極化后的性能試驗數據，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別，均表現出較好的耐蝕性。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]研究發現經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。使用航空領域使用較多的2024鋁合金，在同樣的應力水平下，經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現，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]等人的研究發現，2A70鋁合金在鉻酸陽極化后，在試樣缺陷處發生了“樹枝”狀的腐蝕特征，且有一定的腐蝕深度，伴隨腐蝕產物的脫落。通過對試樣腐蝕表面微觀形貌的觀察以及發生腐蝕部位的成分分析發現，腐蝕部位的合金元素含量低于晶粒內部，同時氧元素的含量增加明顯。進一步的研究發現，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 結論

綜上所述，鉻酸陽極化本身具有工藝穩定，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，清潔生產是社會發展的必然趨勢。以新的生產工藝代替傳統的高能耗高污染方式，不僅具有良好的經濟效益，同時可以提高企業的競爭力，

[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,2014,43(02):72-74.

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