提升铬酸阳极化盐雾试片耐蚀性的措施

提升铬酸阳极化盐雾试片耐蚀性的措施

赵天祥,杨晨,曲春雪

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨市150060

摘要：铝合金本身可以与氧气接触形成氧化膜，防止腐蚀。但在工业和大气环境中酸性物质、盐类物质的侵蚀程度较强，而自身氧化膜远远不能够满足防腐蚀的需要，在生产中腐蚀会造成严重的经济损失和安全隐患，因此铝及铝合金的防腐研究越来越受到人们的重视。

关键词：铝合金；铬酸阳极化；耐蚀性；

铝合金材料由于密度较小、导电和导热性能良好在航空航天领域中应用广泛。在自然条件下，铝合金材料表面会形成致密的氧化膜，有一定的耐腐蚀能力。但在实际使用条件下，若不采取适当的防护措施，铝合金材料仍然会发生腐蚀。为了提高铝合金材料的耐腐蚀能力，满足使用需求，通常采用铬酸阳极氧化的方法对铝合金表面进行防护。

一、铬酸阳极化工艺流程

1.表面预处理。铝件经冲压、运输，表面存在污垢与缺陷，如灰尘、残留油污、人工搬运指印(主要成分为脂肪酸及含氮化合物)、金属毛刺、轻微的划擦伤等。在阳极氧化前用物理方法进行清洗，一般使用乙醇或丙酮，使其露出纯净金属基体以获得与基体结合牢固、色泽厚度满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯性能的氧化膜，由于乙醇的挥发性强，容易使油污干涸在零件表面，建议使用丙酮。

2.装挂。根据制品的外形、大小、阳极表面要求的不同选择不同的挂具。铝挂具的优点是导电性好，适用广，成本较钛挂具低。缺点是易变形，易损耗，使用寿命短，使用后要退膜。钛挂具的优点是经久耐用，弹性好，不易变形，用后不用做退膜处理。缺点是成本高，导电性较铝挂具差。目前，国内航空制造企业铝合金挂具非常普遍，部分企业开始尝试使用钛挂具，但由于飞机零件种类繁多，钛挂具的硬度较高，不能像铝合金挂具那样变形自如，因此，对挂具的设计提出更高的要求，要求能够满足种类繁多的零件装夹要求。在零件装挂的过程中要注意以下几点:(1)装夹的部位是零件的非重要部位;(2)零件在装夹后能够保证槽液在零件间的充分流动;(3)要保证挂具的装夹牢固性，防止接触不良，造成氧化膜不连续。

3.除油。除油的目的是为了除掉制品表面残余的油脂。除油方法有浸泡、喷雾、蒸汽、超声波，其中浸泡法最为方便实用。铝合金表面除油有有机溶剂除油、表面活性剂除油、酸性溶液除油、碱性溶液除油等，其中以碱性除油最为有效。碱性除油又分为强碱、中碱、弱碱性除油。强碱除油效果最为明显，但对铝工件的侵蚀也最为严重。中弱碱的除油效果较好，侵蚀也不明显。以前，曾用硫酸除油，浓度为(24±3)%;目前，用氢氧化钠和硝酸钠除油较为普遍，其中硝酸钠起抑制作用，也有一些公司使用国外进口的弱碱性清洗剂。除油的温度过低，时间过短时，除油效果不好;温度过高，时间过长，酸和碱容易侵蚀制品，除油时间一般视制品表面状况而定，一般为10～15min，温度在60～70℃之间。

4.水洗。温水洗温度一般在30～60℃之间，在温水中清洗至少5min，水洗时要保证水在零件间的充分流动，不允许清洗剂干涸在零件上。对水质的要求是:TDS≤1000mg/L;pH值在5.0～8.0之间。冷水洗或喷淋的水温一般在10～35℃之间，要求用足量的冷水清洗零件的所有表面。当采用浸洗时，需至少浸泡1～2min。当采用喷淋时，需要至少喷淋1min。清洗后目视检查，零件表面不应有残渣、点蚀、浸蚀、干涸物、污迹和污物。对水质要求:TDS≤350mg/L，pH值为5．0～8．0之间。清洗后目视检查零件表面水膜是否连续。

5.脱氧。铝件在阳极氧化前表面必须清除杂质或氧化膜，使阳极氧化所用的药剂与铝件基体直接接触。含硅或锰等金属的铝合金工件经蚀刻或化铣后表面会附着一层污物，俗称挂灰，可溶于酸性溶液中，因此铝件在进行阳极氧化前可用酸洗。一般可使用硝酸、氢氟酸和铬酐的混合溶液对铝合金进行去氧化膜处理。氧化时间视氧化皮厚度而定，如果是自然的氧化膜时间在1～3min，如果是在加工过程中产生较厚的氧化皮，则需要10～15min。也可以用氢氧化钠进行碱洗，碱洗一般不超过2min，因为氢氧化钠对铝合金表面的腐蚀性极强，如果时间控制不好，可能会造成过腐蚀，建议使用混合酸脱氧。

6.阳极氧化。（1）阳极氧化的工艺条件和影响因素。1)水:水作为阳极氧化处理液的一部分，也与氧化膜的质量有直接的联系，不可使用未经过处理的自来水，要使用经过水处理过的去离子水，一般要求TDS≤5mg/L。2)氧化处理液的温度:温度是影响氧化膜质量的重要因素。当氧化处理液的温度降低时，氧化膜的溶解速度下降，氧化膜增厚，增加氧化膜的致密性、光滑性。如果温度升高，会增大氧化膜的溶解速度，使氧化膜厚度变薄，降低氧化膜的硬度。3)电压:如果升高电压，则可以加速氧化膜的形成，但当电压升高时，因为焦耳效应产生剧烈的放热现象，加上氧化膜的生成热，造成制品附近溶液的温度升高，增加了氧化膜的溶解速度，生成的氧化膜软，无光泽，表面呈粉状，严重的可能烧毁制品;电压过小，膜生成的速度小，形成的氧化膜薄且不耐磨。因此，有必要在阳极化槽子内加上制冷装置，以防止阳极化过程中产生过多的热量导致槽液温度升高。4)电流密度:如果电流密度偏小，氧化膜的生成速度慢，处理时间就增加;如果电流密度偏高，必然因焦耳效应导致处理溶液过热，从而加速氧化膜的溶解，生成的氧化膜软，无光泽，表面呈粉状，严重的可能烧毁制品。5)氧化处理时间:氧化处理时间，一般随着氧化时间的延长，氧化膜的厚度增大，但到了一定程度后，氧化膜的生成速度和溶解速度相等，如果不增加电压，氧化膜的厚度实际不增加。如果延长时间，则氧化膜的硬度降低，经过封闭处理后表面会起粉末。如果处理时间短，则氧化膜达不到要求的厚度，而且不耐磨。6)氧化处理液的搅拌:氧化膜的质量与氧化液的搅拌速度相关。很多公司采用的是压缩空气搅拌。如果阀门开的太小，溶液的搅拌速度就小，来不及带走氧化处理液附近的热量，会影响氧化膜的质量，甚至烧毁制品;若阀门开的太大，搅拌速度过快，容易造成挂具晃动，造成夹具、制品、电极接触不良，夹具与制品接触处“电磨触”而产生残缺和制品掉槽等负面影响。

二、改善对策

1.对盐雾试片的控制要求。重新采购耐蚀性试验所用的盐雾试片，确保试片保护膜完整无破损，试片表面无划伤及腐蚀点。同时编制盐雾试片控制程序，操作者在使用试片前必须进行检查，保护膜不完整，试片表面划伤、腐蚀不允许使用。

2.优化铝合金铬酸阳极化前处理工艺。更改铬酸阳极化总程序，在有机溶剂除油后、碱腐蚀前增加水基除油工序，将试片表面的油污彻底清除，避免试片或零件表面出现因除油不净而造成的花斑现象，避免氧化膜层疏松，以提高膜层质量。优化后的前处理工艺流程为：来件检查→有机溶剂除油→水基除油→碱腐蚀→热水洗→冷水洗→出光→冷水洗→水膜检查。

3.铬酸槽液杂质的控制要求。更改铬酸阳极化总程序，增加对铬酸槽液、封闭槽液中杂质离子的控制要求。通过对铬酸槽液、封闭槽液中杂质的控制，提高氧化膜层质量，从而保证耐蚀性试验合格。

总之，铝合金材料质量轻、机械性能优异、导电导热性能良好，越来越多的产品选用铝及铝合金作为基体材料，并对其进行铬酸阳极氧化处理以提高其耐腐蚀性能及与漆层结合能力。由于产品基体材料状态的差异、工艺参数范围不同以及使用环境的差异，在日常生产中铬酸阳极氧化膜层经常发生各种质量问题。高温环境会降低铬酸阳极氧化膜层的耐腐蚀性能，选用铬酸阳极氧化作为表面处理的零件应充分考虑到零件使用环境及其耐腐蚀性能需求。

参考文献：

［1］付平文，铝合金表面处理新工艺．

［2］肖静，浅谈铝及铝合金的铬酸阳极化.