提高阿洛丁氧化耐蝕性的研究

王榮

摘 要：本文論述了阿洛丁氧化成膜原理及種類，分析了鋁合金阿洛丁氧化過程中的各種影響因素，對如何提高阿洛丁氧化膜的耐蝕性進行了深入的分析得出了一些結論。并簡單介紹了一下鋁合金化學氧化技術的新發展與展望。

關鍵詞：阿洛丁；氧化膜；耐蝕性；影響

中圖分類號：TG178 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0044-02

在航空結構材料中，鋁合金材料的電位比較低，在溶液浸泡或潮濕環境中易與其他金屬材料發生電化學腐蝕。因此鋁合金在使用前往往需經過相應的表面處理以滿足其對環境的適應性和安全性，減少腐蝕，延長其使用壽命。在工業上越來越廣泛地采用在鋁的表面形成厚而致密的氧化膜層的方法來顯著改變鋁合金的耐蝕性，提高硬度、耐磨性和裝飾性能。

鋁及鋁合金表面的氧化膜層生成一般采用化學氧化法和陽極氧化法。化學氧化尤其是阿洛丁氧化與其它陽極氧化相比，它工藝簡單、經濟，氧化膜層有比較好的吸附能力，可以作為漆料良好的底層，成為鋁及鋁合金表面處理的一種重要工藝。但阿洛丁氧化主要缺點是膜層質地比較軟，耐磨性和耐蝕性較差。材料、工藝、質控和試驗條件等諸多因素都會導致鹽霧試驗不合格。這些問題如不能及時解決，將導致零、組件及整機抗腐蝕能力降低，整機壽命縮短等問題。因此，有必要對其進一步研究和反復試驗，從槽液分析、槽液配比、氧化時間、氧化溫度及外界環境等方面著手，從而找出影響氧化膜耐蝕性的原因，總結出一套方法，使鹽霧試驗能夠順利通過，提高其耐蝕性。

1 阿洛丁氧化膜生成原理及種類

航空鋁合金材料表面阿洛丁處理，是指在材料表面施加阿洛丁溶液，使溶液與表面材料發生化學反應，在鋁合金材料表面形成一層非晶質的氧化物和鉻酸鹽保護層。

常用的阿洛丁溶液包括：阿洛丁600，處理后鋁合金表面呈黃色；阿洛丁1200、1200S、1201，處理后鋁合金表面呈淺金色到棕黃色；阿洛丁1000、1000L、1001、1500，處理后保持鋁合金本色。在現代航空制造業中，阿洛丁1200S是該系列中常用的一種。

2 影響氧化膜層質量的各種因素（以阿洛丁1200S為研究對象）

2.1 前處理對氧化膜耐蝕性的影響

2.1.1 堿除油的影響

當零件表面油污未除盡時，油污附著在零件表面，將影響溶液與金屬發生化學反應，從而影響膜的均勻性，造成氧化膜上有花斑，這將嚴重影響氧化膜的耐蝕性。因此為確保氧化膜層質量，對零件表面的油污必須清除干凈，一般在57-63℃的堿清洗溶液中浸泡至水膜連續即可。

2.1.2 脫氧的影響

脫氧是將鋁合金表面上的自然氧化膜除去，在零件表面上露出新鮮鋁，以便零件在阿洛丁溶液中充分發生氧化反應，而形成均勻致密的氧化膜。在脫氧時，若脫氧時間過短，未將疏松的自然氧化膜完全除凈，則在氧化時不能形成均勻的氧化膜，影響耐蝕性。脫氧時間過長，由于大多數鋁件為鋁合金材料，脫氧液對各合金成分的去除速度不同，脫氧時間過長后，將導致零件表面變粗糙，也會影響氧化膜的耐蝕性。一般鋁合金零件的脫氧時間為1-3分鐘，當有明顯的氧化皮時，脫氧時間可以延長到10-15分鐘。通過試驗發現把脫氧時間控制在要求值的上限，可以把零件在空氣中自然形成的氧化膜去除干凈，零件表面達到水膜連續的狀態，在氧化后可以得到一個較好的氧化膜質量。

一般來說，零件經過除油、脫氧、水洗等前處理工序后，就可獲得一個新鮮、潔凈并且水膜連續的鋁合金基體，為得到一個質量良好的氧化膜做好了表面準備。

2.2 氧化時工藝參數對氧化膜耐蝕性的影響

2.2.1 氧化時間的影響

用阿洛丁1200S對零件進行化學氧化時，氧化的時間太短，形成的氧化膜層太薄，且顏色較淺；氧化時間太長，容易導致膜層疏松。氧化時間在1-3分鐘能夠滿足膜層耐蝕性要求。

2.2.2 溫度的影響

槽液溫度是決定膜層質量的主要因素之一，如溫度太低，反應則不明顯，成膜速度慢，膜薄色淺，隨著溫度升高，反應加劇，成膜速度加快，且膜層厚實，色彩鮮艷。但提高溶液溫度，加快膜的生成速度的同時，也將加速對鋁基體表面的浸蝕。如槽液溫度太高，膜層顏色發暗，失去光澤，耐蝕性降低。一般控制在25-35℃可以滿足耐蝕性要求。

氧化時間與氧化溫度應該聯系在一起考慮：氧化溫度高時，氧化時間就應該相應的縮短；氧化溫度低時，氧化時間就應該相應的延長。

2.3 PH值對氧化膜耐蝕性的影響

阿洛丁溶液的PH值對轉化膜層有顯著影響。有一個成膜速度最快的PH值范圍。PH值低于這一范圍時，反應產物溶解加快，保留在溶液中的比沉積在金屬表面成為轉化膜的多，即使金屬的溶解速度增加，而膜層沉積厚度仍然很薄。隨轉化進行PH值逐漸升高，超過最大值后，轉化膜的形成速度逐漸降低。通過試驗將PH值控制在1.6-1.8之間可以滿足耐蝕性要求。

2.4 阿洛丁處理后清洗水質及后處理對氧化膜耐蝕性的影響

當形成達到要求的氧化膜后，取出零件后必須盡快進行清洗，減少零件的延續反應，使膜層顏色均勻。清洗必須徹底，因為這將影響到膜的最終性質。通常要在氧化后的水洗工序中采用去離子水進行噴淋，避免膜層對金屬雜質的吸附。

2.5 干燥溫度對氧化膜耐蝕性的影響

對于膜層的干燥，有自然干燥和加溫干燥兩種方法。自然干燥的缺點是：干燥時間較長，零件表面較容易受到污染，而且氧化膜孔隙中的水分不容易完全干燥，在濕的狀態下阿洛丁氧化膜層比較疏松，這些都會影響氧化膜的耐蝕性。加溫干燥就是把出槽的零件放置于烘干箱中，在規定的溫度下加溫烘干，以除掉零件表面的水分。加溫干燥的優點：時間短，由于在封閉的環境中，表面不易受到污染，且表面不會殘留水分。加溫干燥時干燥溫度太低將嚴重影響到膜層的固化反應，而溫度太高，會使氧化膜層內的水合物減少及膜內產生不溶性鉻酸鹽，從而導致其耐蝕性下降。將干燥溫度控制在45±5℃，可明顯提高氧化膜的耐蝕性。

3 結語

綜上所述，為了提高阿洛丁氧化膜層的耐蝕性，應從以下幾個方面加以控制：

①阿洛丁氧化前要進行良好的預處理，并獲得一個表面無油污、無氧化皮或輕微氧化色且水膜連續的潔凈表面。

②優化阿洛丁氧化工藝參數。阿洛丁1200S的溶液的濃度控制在9.8-11g/L，氧化時間控制在1-3分鐘，槽液溫度控制在25-35℃，PH值控制在1.6-1.8。

③各個工序之間一定要保持零件表面的潤濕度，即在整個氧化工序中零件表面都必須保持水膜連續。

④加溫干燥。將膜層的干燥溫度控制在45±5℃，烘烤10分鐘，可明顯提高膜層耐蝕性。

以上措施將氧化膜層的耐蝕性得到了有效提高。但影響膜層耐蝕性的因素太多，如槽液中的雜質，零件的表面質量以及膜層完整性等，因此如何在生產中嚴格控制眾多的因素，保證耐蝕性的合格，仍需要不斷積累經驗，逐步找出最佳參數，保證生產的正常運轉及加工出較好的產品質量。

4 鋁合金化學氧化技術展望

化學氧化處理是鋁合金表面氧化處理的技術之一，是目前應用比較廣泛的鉻酸鹽化學氧化工藝，存在著毒性大，污染環境等問題。隨著環保要求的日益嚴格，對于應用范圍量大面廣的鋁合金業，無鉻化學氧化法是化學氧化工藝的發展方向。而無鉻化學氧化又以鈦、鋯為基的化學氧化很有應用前景。我深信無鉻化學氧化工藝的研究和應用也會越來越多。

4.1 鋯鹽氧化法

含鋯溶液代替鉻酸鹽用于鋁合金表面的預處理已被人們所接受，尤其適用于鋁合金零件涂裝前的化學轉化成膜處理，可增加涂層與基體的結合力，提高耐蝕性能，同時氧化膜本身也具有一定的防腐蝕能力。

4.2 鈦鹽氧化法

鈦與鉻性質非常相似，在幾乎所有的自然環境中都不腐蝕。其極好的腐蝕阻力源于在其表面上所形成的連續穩定、結合牢固和具有保護性能的氧化膜層。鈦的高反應活性以及與氧極強的親和力使得其金屬表面暴露于空氣或潮濕環境中能立即形成氧化膜。鈦酸鹽類化學氧化膜將來有可能替代鉻酸鹽類化學氧化膜。

參考文獻

[1]沈寧一，等編.表面處理工藝手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1991.

[2]唐軍，等編.表面處理工技能[M].北京：航空工業出版社，1992.