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

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金是航空工業應用最廣泛的結構材料之一，具有密度小、強度高、塑性強、易焊接等優良特性，在當代航空航天領域占有重要地位[1-3]。為提升鋁合金零部件的耐腐蝕性能，通常需進行表面防護前處理，陽極氧化技術是鋁合金防護應用最廣泛技術，已大量應用于航空鋁合金材料的表面防護[4-6]。目前，國內外開展了大量研究，先后開發出多種環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的硫酸-硼酸陽極氧化工藝和空客公司開發的硫酸-酒石酸陽極氧化，這兩種工藝均以硫酸作為基礎酸，通過添加硼酸或酒石酸來提高金屬氧化后表面的耐蝕性，替代傳統的鉻酸氧化，減少了環境污染[7-11]。本文以有機酸為添加劑，利用傳統的基礎酸，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，見表2。

表2 陽極氧化工藝參數

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行檢查，利用渦輪測厚儀(型號ED400)對氧化膜厚度進行測量。

2)中性鹽霧試驗。依據GB/T 10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗-鹽霧試驗》對陽極氧化試樣進行中性鹽霧試驗，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。在規定的試驗周期(480、720、960 h)內記錄試樣腐蝕狀況。

3)漆膜結合力試驗。將試樣陽極化后進行陽極電泳，依據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行附著力等級測試。

4)著色試驗。利用硫酸銅對試樣進行電解著色，測試著色效果。

2 結果與討論

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。可以看出，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果，見表4。可以看出，四種氧化膜在480 h和720 h中性鹽霧試驗中均無腐蝕，呈現出較好的耐蝕性。鹽霧試驗進行到960 h時，硫酸陽極氧化膜出現腐蝕斑點，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腐蝕，顯示出更強的耐蝕性，這說明改進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果

2.3 與漆膜結合力試驗

采用百格法對電泳后的試樣進行附著力測試，測試結果，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合力，依據GB/T 9286—1998評級均可達到0級。

表5 陽極氧化膜與聚丙烯酸樹脂結合力評價結果

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。可以看出，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構和膜層厚度有關，這說明新型硫酸氧化膜在外觀裝飾性方面優于硫酸-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 結論

與傳統硫酸氧化膜相比，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，適當的提高新型硫酸氧化膜的厚度，可提高其電解著色能力，提升膜層的裝飾性，可作為一種新型環保的氧化工藝應用到航空、汽車等領域。