眾所周知,工業(yè)鋁型材極氧化膜可以明顯提高鋁合金的表面性能,尤其是表面硬度、耐腐蝕性、耐磨損性等關(guān)系到使用壽命的重要性能,因此人們將工業(yè)鋁型材陽極氧化膜形容為鋁合金“萬能的”表面強(qiáng)化處理手段。

從20年前進(jìn)口年產(chǎn)3000噸簡(jiǎn)單的小型臥式陽極氧化生產(chǎn)線,到目前多條年產(chǎn)3萬噸以上的大型立式陽極氧化線的投產(chǎn),其發(fā)展之迅速可見一斑。經(jīng)過不斷淘汰、選擇、融合和提高,目前,我國(guó)鋁合金建筑型材形成了3大系列的表面處理技術(shù),即陽極氧化,陽極氧化電泳涂裝及有機(jī)聚合物靜電噴涂技術(shù),其發(fā)展方向和水平是與國(guó)際發(fā)展同步的,裝備水平、工藝特點(diǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量都達(dá)到了先進(jìn)水平。早在20世紀(jì)80年代中期,我國(guó)的鋁型材工業(yè)處于萌芽時(shí)期。

1986年當(dāng)時(shí)的中國(guó)有色金屬總公司科技局,根據(jù)一些專家的意見及時(shí)草擬了“關(guān)于建筑鋁型材陽極氧化膜性能測(cè)試方法和指標(biāo)”的文件,在當(dāng)時(shí)起到了規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量和推動(dòng)生產(chǎn)發(fā)展的極好作用。該文件建議檢測(cè)6項(xiàng)性能:(1)外觀色差;(2)氧化膜厚度;(3)封孔質(zhì)量;(4)耐鹽霧腐蝕性;(5)耐磨性和(6)耐光性(色牢度)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平和設(shè)備的限制,只對(duì)于前3項(xiàng)測(cè)試提出了具體要求。耐腐蝕性、耐磨性、耐光性只是提出一個(gè)概念,具體的性能檢測(cè)方法與測(cè)試參數(shù),以及性能驗(yàn)收指標(biāo)等都沒有做出規(guī)定。目前看來,這個(gè)文件的內(nèi)容可能還不夠完善,但是在20年之前就已經(jīng)明確提出陽極氧化膜的厚度和封孔質(zhì)量是具有本質(zhì)意義的基本性能,也就是目前所謂的屬于陽極氧化膜性能的必測(cè)項(xiàng)目。

20年來我國(guó)的鋁型材工業(yè)迅速發(fā)展,相應(yīng)的陽極氧化膜的性能要求、驗(yàn)收指標(biāo)及檢測(cè)方法等技術(shù)內(nèi)容比較明確,相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到完善和提高,與各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)基本接軌。因此現(xiàn)在的性能檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法應(yīng)該具有更新和更多的內(nèi)容,才可能跟上我國(guó)生產(chǎn)的發(fā)展步伐,并且可以與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的更全面和更系統(tǒng)地接軌。

中國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)在2004年組織和安排了一系列性能檢測(cè)試驗(yàn),國(guó)家和華南有色金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,以及堅(jiān)美、南平、興發(fā)、閩發(fā)等6家公司,對(duì)于工廠正規(guī)生產(chǎn)工業(yè)鋁型材而不是特意安排的產(chǎn)品,參與了這項(xiàng)性能檢測(cè)的全面試驗(yàn)并取得大量的接近2萬個(gè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)由全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)匯集成冊(cè)。盡管我國(guó)的產(chǎn)品質(zhì)量就全國(guó)而言還高低不一,但總體上有了很大的提高。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明上述工廠產(chǎn)品與國(guó)際先進(jìn)水平比較毫不遜色,因此可以自豪地說,我國(guó)的鋁工業(yè)已經(jīng)不僅是一個(gè)大國(guó),而且成為一個(gè)名副其實(shí)的強(qiáng)國(guó)。膜厚均勻性及封孔質(zhì)量陽極氧化膜的厚度是重要的性能指標(biāo),可能就是使用壽命的一個(gè)標(biāo)志性數(shù)據(jù),封孔質(zhì)量則是反映氧化膜耐腐蝕性的重要指標(biāo)。檢測(cè)表明,磷鉻酸失重試驗(yàn)的數(shù)據(jù)變化,都在6%~15%范圍之間,或者說磷鉻酸腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)偏差保持在15%以內(nèi),可視為可以接受的測(cè)量誤差。即將頒布的新標(biāo)準(zhǔn)8013.1規(guī)定,鋁合金建筑型材陽極氧化膜封孔質(zhì)量,硝酸預(yù)浸磷鉻酸試驗(yàn)是仲裁試驗(yàn),這是歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12373.6:1999規(guī)定。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,封孔質(zhì)量愈差的樣品,硝酸預(yù)浸的“失重增加”作用越大,因此硝酸預(yù)浸對(duì)于磷鉻酸失重標(biāo)志的封孔質(zhì)量合格與否的鑒別與篩選更加靈敏。冷封孔后處理可以明顯提高封孔質(zhì)量和加快封孔時(shí)間。試驗(yàn)表明,如果進(jìn)行冷封孔后處理(即在60~80℃純水浸漬10min),可以縮短陳化時(shí)間迅速達(dá)到封孔質(zhì)量合格水平。其他國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)還證明,冷封孔后處理可以明顯改善冷封孔陽極氧化膜的塑性,以適合隨后的機(jī)械變形不致開裂。耐腐蝕性和耐候性陽極氧化膜的CASS試驗(yàn)是耐鹽霧腐蝕的常規(guī)試驗(yàn)方法。試驗(yàn)表明,陽極氧化膜的CASS試驗(yàn)與封孔質(zhì)量的結(jié)果并不是完全可以對(duì)應(yīng)的,因?yàn)榉饪踪|(zhì)量表示平均腐蝕速度,而CASS試驗(yàn)反映局部腐蝕的結(jié)果。尤其對(duì)于機(jī)械噴砂表面的陽極氧化膜,即使封孔質(zhì)量合格,不能通過CASS試驗(yàn)的情況時(shí)有發(fā)生,相同試樣的CASS試驗(yàn)與堿洗的評(píng)級(jí)比較,腐蝕級(jí)別也會(huì)低1到2個(gè)級(jí)別。 工業(yè)鋁型材噴砂樣品的微觀形貌可能由于噴砂的部分凹坑處陽極氧化膜并不完整,引起局部腐蝕的敏感性增加。

陽極氧化膜的滴堿試驗(yàn)方法有待改進(jìn)。GB5237規(guī)定的目視氣泡發(fā)生判別終點(diǎn)的誤差很大,看來已經(jīng)不宜繼續(xù)采用而應(yīng)該予以修改。即使今后采用日本的電阻測(cè)量法得到的數(shù)據(jù),并且利用“逼近法”提高準(zhǔn)確度,滴堿試驗(yàn)結(jié)果與磷鉻酸封孔質(zhì)量試驗(yàn)或CASS試驗(yàn)的結(jié)果也很難完全對(duì)應(yīng)。鑒于陽極氧化膜的滴堿試驗(yàn)只見于日本的標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)均沒有這項(xiàng)方法,因此滴堿試驗(yàn)的必要性仍然值得商榷的。

著色陽極氧化膜的耐候性。電解著色古銅色的陽極氧化膜,試驗(yàn)表明經(jīng)過紫外線輻射的色差的數(shù)據(jù)可以保持在ΔE<2.6,因此可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定ΔE<3.0。由于本試驗(yàn)的參與單位和提供數(shù)據(jù)比較少,因此數(shù)據(jù)可信度和代表性的把握比較小,宜繼續(xù)擴(kuò)大和深入試驗(yàn)。鑒于在陽極氧化電泳涂裝復(fù)合膜方面中日雙方的試驗(yàn)中,日本建議耐候性與耐腐蝕的聯(lián)合試驗(yàn),著色陽極氧化膜的聯(lián)合試驗(yàn)是否必要值得考慮。

陽極氧化膜的耐磨性目前國(guó)內(nèi)基本上采用落砂法檢驗(yàn)陽極氧化膜的耐磨性,但是數(shù)據(jù)比較分散,許多單位都認(rèn)為可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)標(biāo)規(guī)定的磨耗系數(shù)<300g/μm的指標(biāo)。因?yàn)槁渖胺ㄔ囼?yàn)結(jié)果與試驗(yàn)過程的環(huán)境因素,砂粒的形狀,砂粒的使用次數(shù)等因素都有關(guān)系。例如某廠測(cè)定陽極氧化膜的磨耗系數(shù),銀白色陽極氧化膜的磨耗系數(shù)國(guó)產(chǎn)砂為1107g/μm和894g/μm,而日本砂的相應(yīng)數(shù)值為517g/μm和567g/μm。古銅色陽極氧化膜的磨耗系數(shù)國(guó)產(chǎn)砂為1541g/μm和1423g/μm,而日本砂的相應(yīng)數(shù)值為911g/μm和697g/μm,幾乎相差一倍。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定落砂法的耐磨性的判據(jù)以磨耗系數(shù)<300g/μm為合格是可以完成的,大多數(shù)單位數(shù)據(jù)表明全部數(shù)據(jù)均>300g/μm,其中一般說來AA20的試樣優(yōu)于AA15的試樣。

噴磨法的設(shè)備試驗(yàn)參數(shù)要求比較嚴(yán)格,目前只有北京國(guó)家有色金屬監(jiān)督檢驗(yàn)中心使用,其試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性比較大,又缺少國(guó)內(nèi)其他單位數(shù)據(jù)的比較佐證,因此還需要進(jìn)一步完善設(shè)備,爭(zhēng)取更多的單位參加試驗(yàn)工作,才可能做出正確的判斷。由于噴磨法具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、也有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn),而落砂法制有日本標(biāo)準(zhǔn),因此廣泛建設(shè)噴磨法的設(shè)備與方法很有實(shí)際意義,同時(shí)可以縮短試驗(yàn)時(shí)間。

大氣腐蝕暴露的結(jié)果(英國(guó)16年試驗(yàn)的結(jié)果)陽極氧化膜的大氣暴露的數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)的腐蝕數(shù)據(jù),各種快速腐蝕檢測(cè)方法的可信性,原則上都應(yīng)該具有對(duì)于大氣暴露數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)性。我國(guó)雖然已經(jīng)在各大氣腐蝕試驗(yàn)站進(jìn)行了接近20年的常用金屬的試驗(yàn),但是至今還沒有完整的綠陽極氧化膜的數(shù)據(jù)發(fā)表。根據(jù)BarryR.Ellard發(fā)表的報(bào)告,對(duì)于6063TF鋁合金,工業(yè)鋁型材陽極氧化條件為:150~165g/L硫酸,電流密度:1.4A/dm2,氧化溫度:20~21℃,陽極氧化膜的厚度為15~40μm。Barry總結(jié)了16年中在英國(guó)各類型大氣腐蝕站的試驗(yàn)結(jié)果,這些數(shù)據(jù)可以作為今后我國(guó)總結(jié)大氣腐蝕暴露試驗(yàn)結(jié)果時(shí)的參考。鑒于大氣腐蝕暴露試驗(yàn)時(shí)間很長(zhǎng),同時(shí)數(shù)據(jù)的重復(fù)性不會(huì)特別理想,尤其是污染環(huán)境的程度各有不同,英國(guó)的的數(shù)據(jù)盡管很有意義,也只能具有參考價(jià)值。在實(shí)際利用這些數(shù)據(jù)時(shí),只能選擇較大的保險(xiǎn)系數(shù)予以考慮,或者說應(yīng)該選擇點(diǎn)腐蝕級(jí)別較低或膜厚損失較大的數(shù)據(jù)作為依據(jù)比較可靠。數(shù)據(jù)說明,不同試驗(yàn)站對(duì)于點(diǎn)腐蝕程度的差別很大,證明不同大氣污染程度對(duì)于陽極氧化膜的點(diǎn)腐蝕級(jí)別的影響很大。在農(nóng)村、海洋和輕度污染大氣中,膜厚從15~40μm均未發(fā)生點(diǎn)腐蝕,而重度污染工業(yè)大氣,只有膜厚達(dá)到35μm以上才可以達(dá)到9級(jí),其余膜厚的腐蝕程度都比較嚴(yán)重,膜厚15μm試樣只有7級(jí)。英國(guó)的試驗(yàn)表明,海洋大氣并不是最嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件,為此盡管國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定美國(guó)的弗羅里達(dá)試驗(yàn)作為大氣腐蝕的規(guī)定場(chǎng)所,實(shí)際上并不是可以代表所有大氣腐蝕的情況,嚴(yán)格地說,應(yīng)該選擇使用環(huán)境相近的試驗(yàn)站得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)才更加可靠。