铝合金硫酸及硫酸基混酸阳极氧化性能研究

任玉宝，刘昌明，赵怀鹏，张 弟，冯静阳

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

铝合金是航空工业应用最广泛的结构材料之一，具有密度小、强度高、塑性强、易焊接等优良特性，在当代航空航天领域占有重要地位[1-3]。为提升铝合金零部件的耐腐蚀性能，通常需进行表面防护前处理，阳极氧化技术是铝合金防护应用最广泛技术，已大量应用于航空铝合金材料的表面防护[4-6]。目前，国内外开展了大量研究，先后开发出多种环保型铝合金阳极氧化处理工艺，其中，最具代表性的是波音公司开发的硫酸-硼酸阳极氧化工艺和空客公司开发的硫酸-酒石酸阳极氧化，这两种工艺均以硫酸作为基础酸，通过添加硼酸或酒石酸来提高金属氧化后表面的耐蚀性，替代传统的铬酸氧化，减少了环境污染[7-11]。本文以有机酸为添加剂，利用传统的基础酸，配置了新型阳极氧化工艺，成功制备了铝合金氧化膜，然后与波音公司及空客公司的氧化工艺制备的试样进行性能比较分析。

1 试验部分

1.1 基体材料

材料选用6063-T6铝合金，其化学成分见表1，并加工成100 mm×50 mm×3 mm的试样。

1.2 工艺流程

试样阳极化处理工艺流程：脱脂→水洗→酸蚀→水洗→碱蚀→水洗→中和→水洗→阳极氧化→水洗→封孔，阳极氧化工艺参数，见表2。

表2 阳极氧化工艺参数

1.3 表征方法

1)膜层外观及膜厚。采用目视方法对阳极化膜层外观进行检查，利用涡轮测厚仪(型号ED400)对氧化膜厚度进行测量。

2)中性盐雾试验。依据GB/T 10125—1997《人造气氛腐蚀试验-盐雾试验》对阳极氧化试样进行中性盐雾试验，盐雾箱型号为Q-fog/CRH600。将试样放入试验箱，试样的盐雾正面与垂直方向呈30°。试验箱的温度为35±1 ℃，氯化钠浓度为50±5 g/L，pH值为6.5 ～ 7.2。在规定的试验周期(480、720、960 h)内记录试样腐蚀状况。

3)漆膜结合力试验。将试样阳极化后进行阳极电泳，依据GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》，采用百格法对漆膜进行附着力等级测试。

4)着色试验。利用硫酸铜对试样进行电解着色，测试着色效果。

2 结果与讨论

2.1 膜层外观及膜厚

铝合金试样阳极化工艺处理后的外观及膜厚，见表3。可以看出，新型硫酸氧化膜层较厚，透明度较好，具有较好的装饰性。

表3 氧化膜外观及膜厚

2.2 中性盐雾试验

试样中性盐雾试验结果，见表4。可以看出，四种氧化膜在480 h和720 h中性盐雾试验中均无腐蚀，呈现出较好的耐蚀性。盐雾试验进行到960 h时，硫酸阳极氧化膜出现腐蚀斑点，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现腐蚀，显示出更强的耐蚀性，这说明改进的新型硫酸氧化膜具有良好的耐蚀性。

表4 阳极氧化膜耐蚀性评价结果

2.3 与漆膜结合力试验

采用百格法对电泳后的试样进行附着力测试，测试结果，见表5。可以看出，四种阳极氧化工艺制备的膜层与聚丙烯酸树脂涂层都具有良好的结合力，依据GB/T 9286—1998评级均可达到0级。

表5 阳极氧化膜与聚丙烯酸树脂结合力评价结果

2.4 着色试验

试样硫酸铜溶液中电解着色，着色后试样外观，见图1。可以看出，硫硼酸氧化膜和硫酸-酒石酸氧化膜试样膜层较薄，电解着色后颜色较浅，略显红色，如图1(c)和(d)。而硫酸氧化膜及新型硫酸氧化膜试样可以着出色彩鲜艳的酒红色，如图1(a)和(b)，可能与氧化膜膜层结构和膜层厚度有关，这说明新型硫酸氧化膜在外观装饰性方面优于硫酸-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 结论

与传统硫酸氧化膜相比，新型硫酸阳极氧化膜具有良好的耐蚀性；与国外波音公司的硫酸-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观、耐蚀性、附着力性能等方面已接近国外水平。同时，适当的提高新型硫酸氧化膜的厚度，可提高其电解着色能力，提升膜层的装饰性，可作为一种新型环保的氧化工艺应用到航空、汽车等领域。