鋁合金陽極氧化膜封孔質量檢驗方法的對比研究

尤 媛，曲鳳嬌，肖寶靚，曹 陽，楊 波，王復棟

（遼寧忠旺集團有限公司，遼陽111003)

0 前言

陽極氧化是鋁合金最常用的表面處理方式之一，然而鋁合金的陽極氧化膜結構屬于蜂窩型多孔型結構，具有很高的孔隙率和較強的吸附性，容易受外界的污染和腐蝕介質的侵蝕，因此需要對陽極氧化膜進行適當?shù)姆饪滋幚碇蟛拍芡度胧褂?。封孔質量是反映陽極氧化膜耐腐蝕性的重要指標，其好壞直接影響到產品的使用壽命。因此封孔質量是鋁合金陽極氧化產品的關鍵檢測項目。

目前封孔質量的檢測方法主要有酸浸蝕失重法[1]、導納法[2]和酸處理后的染色斑點法[3]。導納法是一種快速無損檢測法，但是其結果受鋁合金材質、封孔工藝、陳化時間、存放條件等多方面影響，局限性較大，因此在我國很少使用。染色斑點法快速、簡單，但是結果重復性較差，不能對結果進行定量評價，因此多用于生產控制中。酸浸蝕失重法是通過陽極氧化膜酸浸前后的質量損失率來評定封孔質量，是目前應用最廣泛的評定方法。引入硝酸預浸不僅加強了對封孔質量的嚴格要求，而且使得封孔質量的判別更加靈敏[4]。目前在國際上公認評價鋁合金陽極氧化膜封孔質量最好的方法是磷鉻酸法，但六價鉻屬劇毒物質，對環(huán)境及人體有持久危害性，因此在GB/T 8753.1-2017標準的修訂中，在磷鉻酸法的基礎之上，增加了磷酸法[5]和磷酸鉬酸鈉法。當測試結果出現(xiàn)爭議時，硝酸預浸的磷鉻酸法可作為仲裁試驗方法。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗采用本公司生產的6063鋁合金擠壓型材，通過ARL-MA-283直讀光譜儀定量分析其化學成分，結果見表1。表中面積比為裸露基體面積與陽極氧化膜面積之比。

表1 6063鋁合金試驗料的化學成分（質量分數(shù)/%）

1.2 試樣的制備

對6063-T5鋁合金擠壓型材進行陽極氧化，工藝參數(shù)如表2所示。然后分別進行常溫封孔和中溫封孔，工藝參數(shù)見表3。切割試樣并用銼刀打磨邊緣毛刺至光滑平整，保證試樣邊緣氧化膜無裂紋。

表2 陽極氧化工藝條件

表3 封孔工藝條件

1.3 性能測試

磷鉻酸法：先在溫度為19℃的預浸溶液（500mL/L HNO3）中浸泡10min，然后用去離子清洗；然后再在溫度為38℃的磷鉻酸溶液（20g/L CrO3+35mL/L H3PO4）中浸泡15min后，用去離子水清洗、烘干，測量樣品的失重質量。此方法為經典、穩(wěn)定的試驗方法。

磷酸法：先在溫度為19℃的預浸溶液（500mL/L HNO3）中浸泡10min，然后用去離子清洗，接著再在溫度為38℃的磷酸溶液（35mL/L H3PO4）中浸泡13min后用去離子水清洗、烘干，測量樣品的失重質量。此方法為新型、環(huán)保的試驗方法。

磷酸鉬酸鈉法：先在溫度為19℃的預浸溶液（500mL/L HNO3）中浸泡10min，用去離子清洗；然后再在溫度為38℃的磷酸鉬酸鈉溶液（1g/L Na2MoO4+35ml/L H3PO4）中浸泡15min后，用去離子水清洗，烘干，測量樣品的失重質量。此方法為新型、環(huán)保的試驗方法。

2 試驗結果及分析

2.1 封孔工藝對陽極氧化膜封孔質量的影響

圖1為鋁合金陽極氧化膜經過常溫封孔和中溫封孔后的封孔質量測量結果。結果表明，三種酸浸蝕失重法都能夠對常溫封孔和中溫封孔后的鋁合金陽極氧化膜進行封孔質量性能檢測，并且試驗結果具有一定的對應關系，磷鉻酸法與磷酸鉬酸鈉法的結果誤差相對較小，磷酸法比磷鉻酸法的試驗結果稍大2mg/dm2。這是因為酸浸蝕溶液中三氧化鉻和鉬酸鈉能夠抑制磷酸對鋁基體的溶解，起到緩蝕劑的作用，使質量損失較小。

圖1不同封孔工藝的鋁合金陽極氧化膜封孔質量結果

2.2 面積比對陽極氧化膜封孔質量的影響

圖2 、圖3為鋁合金陽極氧化膜經過常溫封孔和中溫封孔后，裸露鋁基體與氧化膜的面積比與不同酸浸蝕失重法測量結果的失重差關系曲線。可知，隨著面積比的增大，磷酸鉬酸鈉法與磷鉻酸法失重質量差基本不變，均在±1mg/dm2范圍內；然而磷酸法與磷鉻酸法失重質量差隨著面積比的增大而變大，兩種封孔方法處理后的測量結果一致。

結果表明，使用磷酸鉬酸鈉法對常溫封孔和中溫封孔后的鋁合金陽極氧化膜進行封孔質量測量時，與裸露鋁基體面積大小無關，面積比對測量結果無影響。然而當使用磷酸法進行測量時，面積比對測量結果影響較大。若使用該方法，建議將裸露的鋁基體進行密封之后再進行試驗，并保證密封材料在試驗過程中質量損失不應超過1mg/dm2。

圖2 常溫封孔后封孔質量數(shù)據結果對比

圖3中溫封孔后封孔質量數(shù)據結果對比

2.3 表面宏觀形貌分析

圖4 （a）、（b）為鋁合金陽極氧化膜經過常溫封孔和中溫封孔后表面宏觀形貌。鋁合金陽極氧化膜為蜂窩型的多孔結構，經過常溫和中溫封孔之后，陽極氧化膜表面孔隙減少而且平整光滑，表明封孔的質量比較理想。圖4（c）～（h）為通過磷鉻酸法、磷酸法和磷酸鉬酸鈉三種酸浸蝕失重方法對經過常溫封孔和中溫封孔的鋁合金陽極氧化膜進行封孔質量性能檢測試驗后的表面宏觀形貌。鋁合金陽極氧化膜表面未出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，進一步證明封孔的質量比較好，同時通過表面宏觀形貌分析，也間接證明通過酸浸蝕失重法測量封孔質量檢測結果的準確性。

圖4 鋁合金氧化膜宏觀表面形貌

3 結論

（1）采用磷酸法與磷鉻酸法對封孔質量的質量損失進行對比分析，發(fā)現(xiàn)當裸露鋁基體與陽極氧化膜的面積比在10%以下時，使用磷酸法測試的質量損失比磷鉻酸法偏大2～3mg/dm2；當面積比大于10%時，其質量損失差隨著面積比的變大而增大。因此，裸露的鋁基體面積的大小會影響磷酸法對封孔質量測試結果的準確性。使用該方法時，建議將裸露的鋁基體進行密封之后再進行試驗，并保證密封材料在試驗過程中質量損失不應超過1mg/dm2。

（2）采用磷酸鉬酸鈉法與磷鉻酸法對封孔質量的質量損失數(shù)據進行對比分析，發(fā)現(xiàn)兩種方法的質量損失誤差較小，僅在±1mg/dm2范圍內，并且與裸露鋁基體面積的大小無關。因此，可以使用磷酸鉬酸鈉法代替磷鉻酸對鋁合金陽極氧化膜的封孔質量進行檢測。