6060鋁合金陽(yáng)極氧化膜受熱開(kāi)裂行為影響因素的分析

郭加林，陳冠丞，項(xiàng)勝前，周春榮，蔡月華

廣東豪美鋁業(yè)有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511540

6060鋁合金陽(yáng)極氧化膜受熱開(kāi)裂行為影響因素的分析

郭加林，陳冠丞，項(xiàng)勝前，周春榮，蔡月華

廣東豪美鋁業(yè)有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511540

研究了硫酸濃度、電流密度、氧化溫度、氧化后存放時(shí)間、封孔時(shí)間以及加熱溫度和加熱時(shí)間等因素，對(duì)6060鋁合金陽(yáng)極氧化膜受熱開(kāi)裂行為的影響．結(jié)果表明：在H2SO4濃度為200 g/L左右，氧化溫度為19℃左右，電流密度為1．3～1．6 A/dm2的陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)下，所得到的氧化膜熱裂性能較好，氧化膜的抗熱裂點(diǎn)溫度為62℃；氧化后存放時(shí)間及封孔時(shí)間對(duì)氧化膜的熱裂性影響不明顯；氧化膜在60℃左右下長(zhǎng)時(shí)間保溫，隨后升溫不影響氧化膜的熱裂性，然而在短時(shí)間內(nèi)高溫加熱，氧化膜較容易出現(xiàn)開(kāi)裂．

6060鋁合金；陽(yáng)極氧化膜；熱裂性

氧化膜的質(zhì)量對(duì)于鋁型材表面的質(zhì)量及使用壽命至關(guān)重要，然而在生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)有氧化膜受熱開(kāi)裂的現(xiàn)象出現(xiàn)．眾多的科研工作者對(duì)陽(yáng)極氧化膜的形成機(jī)理、氧化工藝、封閉工藝以及其性能等做了大量的研究[1－5]，但是對(duì)陽(yáng)極氧化膜在受熱條件下的破裂失效行為的研究較少．郭超[6]對(duì)不同氧化工藝條件下形成的陽(yáng)極氧化膜在受熱后的腐蝕行為進(jìn)行了研究并認(rèn)為，薄的氧化膜有利于提高氧化膜受熱后的保護(hù)作用．馬躍輝[7]對(duì)陽(yáng)極氧化膜在日光曝曬條件下的開(kāi)裂行為進(jìn)行了研究并認(rèn)為，在日光照射條件下封閉填充物因脫水膨脹而漲破膜孔，適當(dāng)提高氧化溫度及控制氧化膜的厚度，可降低氧化膜的破裂傾向．

本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，研究了酸濃度、電流密度、氧化溫度、氧化后存放時(shí)間、封孔時(shí)間及加熱溫度和加熱時(shí)間等因素，對(duì)6060鋁合金陽(yáng)極氧化膜受熱開(kāi)裂行為的影響，并且分析了熱開(kāi)裂的原因．

1 試驗(yàn)部分

1．1 材 料

試驗(yàn)材料為6060鋁合金，其化學(xué)成分列于表1．

表1 6060鋁合金的化學(xué)成分Table 1 The chemical composition of 6060 alloy

1．2 方 法

研究氧化工藝參數(shù)對(duì)氧化膜熱裂性的影響，分別考察氧化時(shí)間、硫酸濃度及電流密度等因素對(duì)熱裂性的影響．首先將試驗(yàn)樣品陽(yáng)極氧化，再經(jīng)純水洗滌及冷風(fēng)吹干，然后將氧化后的樣品置于加熱爐中加熱，最后取出樣品觀察氧化膜是否受熱開(kāi)裂．

2 結(jié)果及討論

2．1 氧化條件對(duì)氧化膜熱裂性的影響

分別在不同溫度下對(duì)試樣進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間均為30 min，然后根據(jù)氧化膜受熱開(kāi)裂的情況，探究氧化條件對(duì)氧化膜熱裂性的影響．

2．1．1 氧化電流密度的影響

氧化電流密度對(duì)氧化膜熱裂性影響的試驗(yàn)結(jié)果列于表2．由表2可知，在H2SO4濃度為170 g/L及氧化溫度17．5℃的條件下，當(dāng)電流密度分別為1．5 A/dm2和1．2 A/dm2時(shí)，氧化膜均在62℃時(shí)開(kāi)始開(kāi)裂．這表明，當(dāng)硫酸陽(yáng)極氧化時(shí)，在氧化電流密度比較相近的情況下，氧化膜熱裂性基本相同．

表2 氧化電流密度對(duì)氧化膜熱裂性的影響Table 2 The effect of anodizing current density on hot crackability of oxide film

2．1．2 氧化溫度的影響

氧化溫度對(duì)氧化膜熱裂性影響的試驗(yàn)結(jié)果列于表3．從表3可知，在H2SO4濃度為178 g/L及電流密度為1．2 A/dm2的條件下，氧化溫度為19℃時(shí)所制備的氧化膜比氧化溫度為16℃時(shí)所制備的氧化膜易開(kāi)裂，前者在56℃時(shí)就出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象．這說(shuō)明，氧化溫度對(duì)氧化膜的熱裂性有一定的影響，氧化溫度越高，氧化膜越容易爆膜，但在溫差不大的情況下，氧化膜的熱裂性能差異不明顯．

表3 氧化溫度對(duì)氧化膜熱裂性的影響Table 3 The effect of anodizing temperature on hot crackability of oxide film

2．1．3 H2SO4濃度的影響

H2SO4濃度對(duì)氧化膜熱裂性影響的試驗(yàn)結(jié)果列于表4．

由表4可知，在氧化溫度為19℃及電流密度為1．6 A/dm2條件下，當(dāng)H2SO4濃度為172 g/L，加熱溫度達(dá)到62℃時(shí)，氧化膜出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象；而當(dāng)H2SO4濃度為202 g/L，加熱溫度達(dá)到73℃時(shí)，氧化膜才出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象．這表明，當(dāng)硫酸陽(yáng)極氧化時(shí)，H2SO4濃度越低，氧化膜越容易開(kāi)裂，當(dāng)硫酸濃度約為200 g/L時(shí)，所制備的氧化膜熱裂性能較好．

表4 H2 SO4濃度對(duì)氧化膜熱裂性的影響Table 4 The effect of H2 SO4 concentration on hot crackability of oxide film

綜合分析以上結(jié)果可知：在不同的氧化條件下，當(dāng)加熱溫度約為62℃時(shí)，氧化膜出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，說(shuō)明硫酸陽(yáng)極氧化得到的氧化膜抗熱裂性的溫度點(diǎn)約為62℃；在H2SO4濃度約為200 g/L、氧化溫度為19℃及電流密度1．3～1．6 A/dm2工藝參數(shù)下，所得到的氧化膜熱裂性能較好．

2．2 氧化后存放時(shí)間的影響

在硫酸濃度約175 g/L、氧化溫度為18．5℃及氧化電流密度1．45 A/dm2的條件下，研究氧化后存放時(shí)間對(duì)氧化膜熱裂性的影響，結(jié)果列于表5．

表5 氧化后存放時(shí)間對(duì)氧化膜熱裂性的影響Table 5 The effect of the placing time after anodizing on hot crackability of oxide film

由表5可知，氧化膜抗熱裂性的溫度點(diǎn)與氧化后放置時(shí)間沒(méi)有太大的關(guān)系，氧化膜的厚度在17～26μm范圍內(nèi)，其抗熱裂性的溫度點(diǎn)都一樣，均在62℃時(shí)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象．這表明，氧化膜的熱裂性僅與膜本身的特性有關(guān)，與膜厚和存放時(shí)間沒(méi)有太大的關(guān)系．

2．3 加熱溫度、加熱時(shí)間及封孔時(shí)間的影響

在相同的氧化條件下改變加熱溫度、加熱時(shí)間及封孔時(shí)間，研究它們對(duì)氧化膜熱裂性的影響，結(jié)果列于表6．

表6 加熱溫度、加熱時(shí)間及封孔時(shí)間對(duì)氧化膜熱裂性的影響Table 6 The effect of heating temperature，heating time and sealing time on hot crackability of oxide film

由表6可知：封孔時(shí)間對(duì)氧化膜熱裂性影響不大；氧化膜在60℃較低溫度下保溫12 h后沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，在此溫度基礎(chǔ)上慢慢升溫，升溫幅度為5℃，在每個(gè)溫度點(diǎn)下保溫12 h，氧化膜在95℃較高的溫度點(diǎn)下也不出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象；而將氧化膜由0℃直接加熱到95℃，僅保溫10 min，氧化膜就出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象．在較低溫度點(diǎn)下長(zhǎng)時(shí)間保溫，氧化膜不開(kāi)裂，隨后繼續(xù)升溫，長(zhǎng)時(shí)間保溫，氧化膜也不開(kāi)裂，這可能是氧化膜自身已經(jīng)發(fā)生了改變，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究．

3 結(jié) 論

（1）在 H2SO4濃度約為200 g/L，氧化溫度為19℃，電流密度1．3～1．6 A/dm2的陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)下，所得到的氧化膜抗熱裂性能好．硫酸陽(yáng)極氧化所得到的氧化膜的抗熱裂性溫度點(diǎn)約為62℃．

（2）氧化后存放時(shí)間及封孔時(shí)間對(duì)氧化膜的熱裂性影響不明顯．

（3）氧化膜在60℃左右下長(zhǎng)時(shí)間保溫，隨后升溫，不影響氧化膜的熱裂性；短時(shí)間內(nèi)高溫加熱，氧化膜較容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象．

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Analysis on affecting factors of thermal cracking behavior of anodic oxide film on 6060 aluminum alloy

GUO Jialin，CHEN Guancheng，XIANG Shengqian，ZHOU Chunrong，CAI Yuehua
Guangdong Haomei Aluminum Co．Ltd，Guangdong Qingyuan 511540，China

This article investigates the factors affecting the thermal cracking behavior of anodic oxide film on 6060 aluminum alloy，which include H2SO4concentration，current density，anodizing temperature，the placing time after anodizing，sealing time，heating temperature and time and so on．The results show that，the oxide film prepared within the anodic oxidizing parameters of H2SO4concentration about 200g/L，anodizing temperature about 19℃and anodizing current 1．3－1．6 A/dm2，presents a good hot－crack resistance，with its hot cracking temperature being about 62℃．The placing time after anodizing and sealing time do not obviously affect the hot crack resistance of oxide film．After keeping the oxide film at around 60℃for a long time，temperature rise followed does not affect its hot crackability，However，the oxide film is more likely to crack after high temperature heating in short time．

6060 aluminum alloy；anodic oxide film；hot crackability

TG375．9

A

1673－9981（2011）03－0229－04

2010－10－16

郭加林（1982—），男，安徽桐城人，工程師，碩士．