提高阿洛丁氧化耐蝕性的研究

王榮

摘 要：本文論述了阿洛丁氧化成膜原理及種類，分析了鋁合金阿洛丁氧化過程中的各種影響因素，對如何提高阿洛丁氧化膜的耐蝕性進行了深入的分析得出了一些結(jié)論。并簡單介紹了一下鋁合金化學(xué)氧化技術(shù)的新發(fā)展與展望。

關(guān)鍵詞：阿洛丁；氧化膜；耐蝕性；影響

中圖分類號：TG178 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0044-02

在航空結(jié)構(gòu)材料中，鋁合金材料的電位比較低，在溶液浸泡或潮濕環(huán)境中易與其他金屬材料發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此鋁合金在使用前往往需經(jīng)過相應(yīng)的表面處理以滿足其對環(huán)境的適應(yīng)性和安全性，減少腐蝕，延長其使用壽命。在工業(yè)上越來越廣泛地采用在鋁的表面形成厚而致密的氧化膜層的方法來顯著改變鋁合金的耐蝕性，提高硬度、耐磨性和裝飾性能。

鋁及鋁合金表面的氧化膜層生成一般采用化學(xué)氧化法和陽極氧化法?；瘜W(xué)氧化尤其是阿洛丁氧化與其它陽極氧化相比，它工藝簡單、經(jīng)濟，氧化膜層有比較好的吸附能力，可以作為漆料良好的底層，成為鋁及鋁合金表面處理的一種重要工藝。但阿洛丁氧化主要缺點是膜層質(zhì)地比較軟，耐磨性和耐蝕性較差。材料、工藝、質(zhì)控和試驗條件等諸多因素都會導(dǎo)致鹽霧試驗不合格。這些問題如不能及時解決，將導(dǎo)致零、組件及整機抗腐蝕能力降低，整機壽命縮短等問題。因此，有必要對其進一步研究和反復(fù)試驗，從槽液分析、槽液配比、氧化時間、氧化溫度及外界環(huán)境等方面著手，從而找出影響氧化膜耐蝕性的原因，總結(jié)出一套方法，使鹽霧試驗?zāi)軌蝽樌ㄟ^，提高其耐蝕性。

1 阿洛丁氧化膜生成原理及種類

航空鋁合金材料表面阿洛丁處理，是指在材料表面施加阿洛丁溶液，使溶液與表面材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在鋁合金材料表面形成一層非晶質(zhì)的氧化物和鉻酸鹽保護層。

常用的阿洛丁溶液包括：阿洛丁600，處理后鋁合金表面呈黃色；阿洛丁1200、1200S、1201，處理后鋁合金表面呈淺金色到棕黃色；阿洛丁1000、1000L、1001、1500，處理后保持鋁合金本色。在現(xiàn)代航空制造業(yè)中，阿洛丁1200S是該系列中常用的一種。

2 影響氧化膜層質(zhì)量的各種因素（以阿洛丁1200S為研究對象）

2.1 前處理對氧化膜耐蝕性的影響

2.1.1 堿除油的影響

當(dāng)零件表面油污未除盡時，油污附著在零件表面，將影響溶液與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響膜的均勻性，造成氧化膜上有花斑，這將嚴(yán)重影響氧化膜的耐蝕性。因此為確保氧化膜層質(zhì)量，對零件表面的油污必須清除干凈，一般在57-63℃的堿清洗溶液中浸泡至水膜連續(xù)即可。

2.1.2 脫氧的影響

脫氧是將鋁合金表面上的自然氧化膜除去，在零件表面上露出新鮮鋁，以便零件在阿洛丁溶液中充分發(fā)生氧化反應(yīng)，而形成均勻致密的氧化膜。在脫氧時，若脫氧時間過短，未將疏松的自然氧化膜完全除凈，則在氧化時不能形成均勻的氧化膜，影響耐蝕性。脫氧時間過長，由于大多數(shù)鋁件為鋁合金材料，脫氧液對各合金成分的去除速度不同，脫氧時間過長后，將導(dǎo)致零件表面變粗糙，也會影響氧化膜的耐蝕性。一般鋁合金零件的脫氧時間為1-3分鐘，當(dāng)有明顯的氧化皮時，脫氧時間可以延長到10-15分鐘。通過試驗發(fā)現(xiàn)把脫氧時間控制在要求值的上限，可以把零件在空氣中自然形成的氧化膜去除干凈，零件表面達到水膜連續(xù)的狀態(tài)，在氧化后可以得到一個較好的氧化膜質(zhì)量。

一般來說，零件經(jīng)過除油、脫氧、水洗等前處理工序后，就可獲得一個新鮮、潔凈并且水膜連續(xù)的鋁合金基體，為得到一個質(zhì)量良好的氧化膜做好了表面準(zhǔn)備。

2.2 氧化時工藝參數(shù)對氧化膜耐蝕性的影響

2.2.1 氧化時間的影響

用阿洛丁1200S對零件進行化學(xué)氧化時，氧化的時間太短，形成的氧化膜層太薄，且顏色較淺；氧化時間太長，容易導(dǎo)致膜層疏松。氧化時間在1-3分鐘能夠滿足膜層耐蝕性要求。

2.2.2 溫度的影響

槽液溫度是決定膜層質(zhì)量的主要因素之一，如溫度太低，反應(yīng)則不明顯，成膜速度慢，膜薄色淺，隨著溫度升高，反應(yīng)加劇，成膜速度加快，且膜層厚實，色彩鮮艷。但提高溶液溫度，加快膜的生成速度的同時，也將加速對鋁基體表面的浸蝕。如槽液溫度太高，膜層顏色發(fā)暗，失去光澤，耐蝕性降低。一般控制在25-35℃可以滿足耐蝕性要求。

氧化時間與氧化溫度應(yīng)該聯(lián)系在一起考慮：氧化溫度高時，氧化時間就應(yīng)該相應(yīng)的縮短；氧化溫度低時，氧化時間就應(yīng)該相應(yīng)的延長。

2.3 PH值對氧化膜耐蝕性的影響

阿洛丁溶液的PH值對轉(zhuǎn)化膜層有顯著影響。有一個成膜速度最快的PH值范圍。PH值低于這一范圍時，反應(yīng)產(chǎn)物溶解加快，保留在溶液中的比沉積在金屬表面成為轉(zhuǎn)化膜的多，即使金屬的溶解速度增加，而膜層沉積厚度仍然很薄。隨轉(zhuǎn)化進行PH值逐漸升高，超過最大值后，轉(zhuǎn)化膜的形成速度逐漸降低。通過試驗將PH值控制在1.6-1.8之間可以滿足耐蝕性要求。

2.4 阿洛丁處理后清洗水質(zhì)及后處理對氧化膜耐蝕性的影響

當(dāng)形成達到要求的氧化膜后，取出零件后必須盡快進行清洗，減少零件的延續(xù)反應(yīng)，使膜層顏色均勻。清洗必須徹底，因為這將影響到膜的最終性質(zhì)。通常要在氧化后的水洗工序中采用去離子水進行噴淋，避免膜層對金屬雜質(zhì)的吸附。

2.5 干燥溫度對氧化膜耐蝕性的影響

對于膜層的干燥，有自然干燥和加溫干燥兩種方法。自然干燥的缺點是：干燥時間較長，零件表面較容易受到污染，而且氧化膜孔隙中的水分不容易完全干燥，在濕的狀態(tài)下阿洛丁氧化膜層比較疏松，這些都會影響氧化膜的耐蝕性。加溫干燥就是把出槽的零件放置于烘干箱中，在規(guī)定的溫度下加溫烘干，以除掉零件表面的水分。加溫干燥的優(yōu)點：時間短，由于在封閉的環(huán)境中，表面不易受到污染，且表面不會殘留水分。加溫干燥時干燥溫度太低將嚴(yán)重影響到膜層的固化反應(yīng)，而溫度太高，會使氧化膜層內(nèi)的水合物減少及膜內(nèi)產(chǎn)生不溶性鉻酸鹽，從而導(dǎo)致其耐蝕性下降。將干燥溫度控制在45±5℃，可明顯提高氧化膜的耐蝕性。

3 結(jié)語

綜上所述，為了提高阿洛丁氧化膜層的耐蝕性，應(yīng)從以下幾個方面加以控制：

①阿洛丁氧化前要進行良好的預(yù)處理，并獲得一個表面無油污、無氧化皮或輕微氧化色且水膜連續(xù)的潔凈表面。

②優(yōu)化阿洛丁氧化工藝參數(shù)。阿洛丁1200S的溶液的濃度控制在9.8-11g/L，氧化時間控制在1-3分鐘，槽液溫度控制在25-35℃，PH值控制在1.6-1.8。

③各個工序之間一定要保持零件表面的潤濕度，即在整個氧化工序中零件表面都必須保持水膜連續(xù)。

④加溫干燥。將膜層的干燥溫度控制在45±5℃，烘烤10分鐘，可明顯提高膜層耐蝕性。

以上措施將氧化膜層的耐蝕性得到了有效提高。但影響膜層耐蝕性的因素太多，如槽液中的雜質(zhì)，零件的表面質(zhì)量以及膜層完整性等，因此如何在生產(chǎn)中嚴(yán)格控制眾多的因素，保證耐蝕性的合格，仍需要不斷積累經(jīng)驗，逐步找出最佳參數(shù)，保證生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)及加工出較好的產(chǎn)品質(zhì)量。

4 鋁合金化學(xué)氧化技術(shù)展望

化學(xué)氧化處理是鋁合金表面氧化處理的技術(shù)之一，是目前應(yīng)用比較廣泛的鉻酸鹽化學(xué)氧化工藝，存在著毒性大，污染環(huán)境等問題。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，對于應(yīng)用范圍量大面廣的鋁合金業(yè)，無鉻化學(xué)氧化法是化學(xué)氧化工藝的發(fā)展方向。而無鉻化學(xué)氧化又以鈦、鋯為基的化學(xué)氧化很有應(yīng)用前景。我深信無鉻化學(xué)氧化工藝的研究和應(yīng)用也會越來越多。

4.1 鋯鹽氧化法

含鋯溶液代替鉻酸鹽用于鋁合金表面的預(yù)處理已被人們所接受，尤其適用于鋁合金零件涂裝前的化學(xué)轉(zhuǎn)化成膜處理，可增加涂層與基體的結(jié)合力，提高耐蝕性能，同時氧化膜本身也具有一定的防腐蝕能力。

4.2 鈦鹽氧化法

鈦與鉻性質(zhì)非常相似，在幾乎所有的自然環(huán)境中都不腐蝕。其極好的腐蝕阻力源于在其表面上所形成的連續(xù)穩(wěn)定、結(jié)合牢固和具有保護性能的氧化膜層。鈦的高反應(yīng)活性以及與氧極強的親和力使得其金屬表面暴露于空氣或潮濕環(huán)境中能立即形成氧化膜。鈦酸鹽類化學(xué)氧化膜將來有可能替代鉻酸鹽類化學(xué)氧化膜。

參考文獻

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