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      汽車行李架鋁陽極氧化耐酸堿工藝開發(fā)

      2021-05-17 01:57:20王志明高用文陳旭丹李寶山
      電鍍與精飾 2021年4期
      關(guān)鍵詞:耐堿行李架光澤度

      王志明,高用文,陳旭丹,李寶山

      (1.天津德威金屬表面處理有限公司,天津300160;2.天津科瑞爾表面處理檢測有限公司,天津300160)

      近年來,SUV 車型在全球市場銷售火熱,SUV車型的標(biāo)志性配件車頂行李架的生產(chǎn)主要以鋁材為主,而高光亮行李架的外觀更是得到了大眾的認(rèn)可。用戶對這一類裝飾性配件不僅有外觀的要求,在耐腐蝕和耐酸堿的性能方面同樣有較高的要求。在酸性溶液中,溶液中的H+很容易進(jìn)入氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)中并與孔壁中的Al2O3反應(yīng)生產(chǎn)白色的鋁鹽,同理,在堿性溶液中,溶液中的OH?很容易進(jìn)入氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)中并與孔壁中的Al2O3反應(yīng)生產(chǎn)偏鋁酸鈉,而經(jīng)過封閉后的氧化膜的表面能夠有效地阻止 H+離子或者 OH?的腐蝕[1‐2]。所以有效的氧化膜封閉層既可以達(dá)到耐酸堿的效果,同時(shí)大大增強(qiáng)鋁基材的抗腐蝕能力,滿足了汽車零部件的性能需求。

      隨著汽車制造工藝的不斷提高,對鋁基材行李架的耐堿要求又有了新的更高要求,為了滿足各類汽車清洗條件下,行李架的外觀不會由于過高的堿性溶液清洗造成外觀的變化,各主流的主機(jī)廠普遍在耐鹽霧 480 h 的基礎(chǔ)上,增加了 pH 1.0,pH 12.5 和pH 13.5 的要求[3],來應(yīng)對在日常汽車清洗過程中造成的高光行李架失光的現(xiàn)象。其中pH 13.5 的耐酸堿測試是較為嚴(yán)苛的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求,本篇通過工藝的優(yōu)化,在滿足外觀和原有耐腐蝕性能的前提下,通過了更嚴(yán)苛的耐堿pH 13.5實(shí)驗(yàn)。

      1 樣品制作工藝流程

      實(shí)驗(yàn)樣品采用型號6061 的鋁制行李架。共選取了四組制作工藝,工藝參數(shù)如表1所示,其中前處理和氧化環(huán)節(jié)的工藝采用相同的條件,在保證鋁制行李架表面光澤度250~300 gu和厚度7~10 μm 的基礎(chǔ)上,分別選取冷封時(shí)間10 min、20 min和熱封時(shí)間10 min、20 min 的交叉工藝組合,樣品制作后安排后續(xù)的相關(guān)的性能測試[4]。

      實(shí)驗(yàn)中的樣品在天津德威金屬表面處理有限公司生產(chǎn)線線上完成,其它全部實(shí)驗(yàn)在集團(tuán)技術(shù)中心天津科瑞爾表面處理檢測有限公司各檢測室完成,樣品制作全部化學(xué)品采用菲尼克公司產(chǎn)品。

      2 測試方法

      2.1 膜厚和光澤度

      采用德國Fischer FMP 30 測厚儀測定陽極氧化層膜厚,氧化膜厚控制在7~10 μm;采用德國BYK 4333 型光澤度儀測定表面光澤度,測光澤度控制在250~300 gu[3]。

      2.2 耐堿實(shí)驗(yàn)

      實(shí)驗(yàn)樣品在測試溶液中浸泡10 min,溫度控制在20~23 ℃范圍內(nèi),然后用清水沖洗,并采用空氣干燥的方式,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表面不應(yīng)該有變化(表面不允許拋光)。

      溶液組成:12.7 g/L 氫氧化鈉、4.64 g/L 磷酸鈉和0.33 g/L氯化鈉,溶液pH為13.5。

      2.3 耐酸實(shí)驗(yàn)

      實(shí)驗(yàn)樣品在測試溶液中浸泡10 min,溫度控制在20~23 ℃范圍內(nèi),然后用清水沖洗,并采用空氣干燥的方式,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表面不應(yīng)該有變化(表面不允許拋光)。

      溶液組成:10 g/L 二甲苯磺酸鈉(40%)、14 g/L十二烷基苯磺酸(70%)、3 g/L Triton X 100、5 g/L二乙醇單丁醚和5 g/L硫酸(93%),溶液pH為1.0。

      表1 樣品制作的工藝流程及參數(shù)Tab.1 Technological process and parameters of sample preparation

      2.4 洗車實(shí)驗(yàn)

      采用模擬汽車行業(yè)的洗車過程:使用纖維布以1 kg 的力,來回摩擦工件表面100 次,然后樣品在測試溶液中浸泡10 min,溫度控制在20~23 ℃范圍內(nèi),然后用清水沖洗,并采用空氣干燥的方式,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表面不應(yīng)該有變化(表面不允許拋光)。

      測試溶液組成:30 g Triton X 100、80 g 二甲苯磺酸鈉(40%)、30 g 二乙醇單丁醚、40 g 硅酸鈉溶液(27%)、20 g EDTA(98%)、1.27 g 氫氧化鈉、500 mL純水,溶液pH為12.5。

      2.5 CASS鹽霧實(shí)驗(yàn)

      采用專用的CASS 鹽霧試驗(yàn)箱進(jìn)行8 h 測試,按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T12967.3-2008 測試后樣品表面不應(yīng)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,但允許存在輕微的不引起反感的外觀變化。

      2.6 NSS中性鹽霧實(shí)驗(yàn)

      采用專用的NSS 鹽霧試驗(yàn)箱進(jìn)行480 h 測試,按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T10125-2012,測試后樣品表面不應(yīng)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

      3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

      3.1 膜厚和光澤度

      經(jīng)過測試,四種樣品的陽極氧化膜的膜厚均保持在 8 μm 以上,表面光澤度 250 gu 以上,其中樣品G080102 光澤度308 gu,略高于上限300 gu,考慮到儀器誤差和品質(zhì)控制,仍屬于合格品,4 種測試樣品均滿足了車頂行李架外觀的基本要求,屬于合格品。

      3.2 耐堿實(shí)驗(yàn)

      四種工件經(jīng)過腐蝕后,G080101,G080102,G080201均發(fā)生了表面過度失光和發(fā)白起灰的外觀變化,G080202 樣品表面未見明顯的變化(見圖1)。說明通過增加冷封和熱封工藝的時(shí)間到20 min,可有效的提升冷封和熱封效果,能夠顯著改善樣品在耐堿pH 13.5測試中的表現(xiàn)。

      圖1 G080202樣品耐堿pH 13.5測試后表面狀態(tài)Fig.1 Surface state of G080202 sample after alkali re‐sistance pH13.5 test

      3.3 耐酸實(shí)驗(yàn)

      四種工件經(jīng)過腐蝕后,表面均未見明顯的變化,圖2 為G080202 樣品耐酸實(shí)驗(yàn)前后表面狀態(tài)的對比圖。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,10 min 冷封加10 min 熱封的工藝已經(jīng)可以滿足耐酸實(shí)驗(yàn)的要求,同時(shí)冷封、熱封時(shí)間的增加并不會影響樣品對耐酸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

      3.4 洗車實(shí)驗(yàn)

      四種工件經(jīng)過洗車pH 12.5測試后,表面未見明顯變化,圖3 為G080202 樣品洗車實(shí)驗(yàn)前后表面狀態(tài)對比圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,10 min 冷封結(jié)合10 min熱封的工藝已經(jīng)可以滿足洗車實(shí)驗(yàn)的要求,增加封閉的時(shí)間后,陽極氧化膜有了更高的耐堿效果,而且沒有影響膜層原有的耐摩擦性能。

      圖2 G080202樣品耐酸實(shí)驗(yàn)前后表面狀態(tài)對比Fig.2 Surface state comparison of G080202 before and after acid resistance test

      圖3 G080202樣品洗車實(shí)驗(yàn)前后表面狀態(tài)對比Fig.3 Surface state comparison of G080202 before and after car wash test

      3.5 CASS鹽霧實(shí)驗(yàn)

      CASS 實(shí)驗(yàn)8 h 后,四種樣品表面未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,圖4 為 G080202 樣品經(jīng)過 CASS 實(shí)驗(yàn) 8 h 和 16 h后的工件表面狀態(tài)??梢钥闯觯珿080202 樣品經(jīng)極限實(shí)驗(yàn)16 h后,在工件表面的劃傷位置出現(xiàn)腐蝕,但仍在可接受的程度。四種樣品的極限實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近,冷封和熱封的工藝雖然可以滿足一定的CASS鹽霧要求,但是增加時(shí)間并沒有顯著提高和改善該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

      圖4 G080202樣品CASS實(shí)驗(yàn)工件表面狀態(tài)Fig.4 Workpiece surface state of G080202 sample after CASS test

      3.6 NSS中性鹽霧實(shí)驗(yàn)

      圖5 為 G080202 樣品經(jīng) NSS 實(shí)驗(yàn) 240 h 和 480 h測試后的表面狀態(tài)。經(jīng)過480 h的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)后,四種樣品的基體均未出現(xiàn)腐蝕,表面幾乎無任何變化,冷封和熱封配合的工藝已經(jīng)可以充分滿足480 h的中性鹽霧實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果為中性鹽霧的時(shí)間有較長的極限時(shí)間,但此文暫不對此展開討論。

      圖5 G080202樣品經(jīng)NSS實(shí)驗(yàn)后的工件表面狀態(tài)Fig.5 Workpiece surface state of G080202 sample after NSS test

      表2 為四種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的匯總,可以看出冷封加熱封兩種封閉工藝的配合下,均能夠滿足基礎(chǔ)的耐酸、洗車、8 h CASS 實(shí)驗(yàn)、480 h NSS 實(shí)驗(yàn)的要求,但是耐堿實(shí)驗(yàn)中,G080101、G080102 和 G080201 三個(gè)樣品均出現(xiàn)表面失光的問題,但是G080202 實(shí)驗(yàn)在同時(shí)提高冷封和熱封時(shí)間到20 min 后,表面未發(fā)生變化,滿足了實(shí)驗(yàn)要求。

      表2 各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果匯總Tab.2 Summary of experimental test results

      4 結(jié)論

      本文采用多封閉層的方法,研究了不同封閉工藝對耐酸堿測試的影響。研究發(fā)現(xiàn)采用冷封20 min和熱封20 min 的工藝條件下制備的樣品通過了所有測試,說明通過延長冷封和熱封的時(shí)間制備的樣品在滿足基本的 pH 1.0,pH 12.5 和 CASS、NSS 鹽霧實(shí)驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步滿足更為嚴(yán)苛的pH 13.5 的測試要求,使原有的傳統(tǒng)冷封和熱封工藝的耐堿性能進(jìn)一步得到了提升。未來生產(chǎn)過程中如果遇此耐堿測試,亦可通過此工藝方法進(jìn)行調(diào)整解決。

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