铝合金阳极氧化膜封闭技术研究

(江苏航运职业技术学院教务处，江苏 南通  226010)

摘  要：铝合金的应用为各个行业提供了极大的便利条件，但是在实际应用的过程中，阳极氧化问题会对最终的应用造成影响。因此，对铝合金阳极氧化膜封闭技术进行研究。进行高温基础封闭，利用重铬酸盐进行膜孔抑制，同时，实现双向脉冲迁移成膜，采用极化曲线法来完成对铝合金阳极氧化膜的封闭。最终的实例分析表明：与初始的铝合金阳极氧化膜封闭测试组相对比，优化后的铝合金阳极氧化膜封闭测试组最终得出的电化学阻抗谱值相对较高，表明铝合金材料在发生阳极氧化问题之后，膜封闭的效果更佳，具有实际的应用价值。

关键词：铝合金；氧化膜；封闭技术；氧化环节；阳极氧化；多元材质；

中图分类号: TG174.3    文献标识码:A

基金项目：

南通市科技计划项目：压铸铝合金环保型阳极氧化膜封闭工艺及膜性能研究（基金编号：MSZ21011）

作者简介：

凌付平（1983-），男（汉族），江苏泰州人，硕士，高级实验师，高级工程师，高级技师，研究方向：机械设计制造及其自动化。

0 引言

铝合金是一种常见的建筑材料，与其他的建筑材料不同的是，铝合金材料具有硬度高、绝缘性好、耐磨性优、耐蚀性良、结合力强等优点^[1]。铝合金在实际使用时表面会产生阳极氧化现象，这种问题虽然不会对建筑本身造成损害，但是经过长时间的氧化，对于铝合金内部结构的保持，造成极为严重的影响。所以，需要在使用之前进行膜封闭处理^[2-4]。本文会在较为真实的环境之下，结合新型的处理手段，构建相应的封闭形式，在初始处理模式的基础之上，添加层级且多目标的封闭单元，降低铝合金材料阳极氧化的同时，提升整体的封闭效果。

1  铝合金阳极氧化膜封闭技术探析

1.1  高温基础封闭

在对铝合金阳极氧化膜封闭技术进行探析之前，需要先采用高温的方式实现基础封闭。首先，核定铝合金的阳极氧化膜密度在pH=4.25~10.55之间，先利用沸水封闭25 min，此时，铝合金自身会形成一层水膜，此为水合封闭。在氧化水膜表面以及孔壁中均会出现氧化反应，这也使得材料的本身发生扩张现象，体积增大而将微孔封闭。计算阳极氧化膨胀压力，具体如下公式1所示：

公式1中：Y表示阳极氧化膨胀压力，V表示膨胀中期距离，P表示封闭覆盖范围。通过上述计算，最终可以得出实际的阳极氧化膨胀压力^[5]。在高温的作用之下，使用阻滞侵蚀性介质进入膜层，形成多孔的高温封闭环境，此时，需要对pH的具体数值进行严格的控制，在合理的范围之内，维持在115℃~120℃之间，而相对应的水蒸气压力也要控制在71.25kPa~102kPa为佳，完成对高温基础封闭的处理与操作。

1.2 重铬酸盐进行膜孔抑制

在完成对高温基础的封闭处理之后，接下来，需要使用重铬酸盐进行膜孔抑制。虽然在高温的作用之下，铝合金的阳极氧化情况还会有所减缓，但是膜孔也会随之增大，这对于铝合金材料的应用也存在一定的影响。所以，需要实现进一步的处理与优化。在强氧化性的重铬酸钾溶液之中，营造常温的处理环境，利用水解的原理预先封闭膜孔。

在铝合金材料中添加重铬酸钾溶液，使其发生相应的化学反应，此时在铝合金材料的表面虽然会生成一层保护膜，但同时也会出现铬酸铝与重铬酸铝，当温度出现变化，下降到对应的标准范围之内，上述的元素会发生沉淀。与热水分子以及氧化氢共同形成三水合氧化铝，起到一定的膜孔封闭作用。此时孔内充满了Cr6+，这种物质实际上可以起到一定的防腐蚀作用，可以形成较好的成膜效果，在阳极氧化作用之后，在铝合金的表面还仍然残留着部分的重铬酸盐溶液，膜孔实现封闭，实现基础的封闭效果。

1.3 双向脉冲迁移成膜

在完成对重铬酸盐进行膜孔的抑制之后，需要采用双向脉冲实现迁移成膜。在上述所设定的范围之内，测定实际的迁移范围，具体如下公式2所示：

公式2中：V表示实际的迁移范围值，T表示阳极氧化的范围，0表示动态成膜比，N表示沉淀系数。通过上述计算，最终可以得出实际的迁移范围值。在上述的范围之内，对铝合金材料的成膜速度进行控制。在环境之内，利用电力脉冲进行双向成膜控制，此时材料表面水膜已经消失，内部的膜孔也已经成型。利用氢氧化物对铝合金材料作出处理，可以在表面形成较薄的阻挡层，可以起到填补铝合金材料内部膜孔的作用。结合处理脉冲的频率，设定双向转化成膜面积，并测算出实际的转化成膜转化时间，如下公式3所示：

公式3中：H表示出实际的转化成膜转化时间，K表示阳极氧化双向系数，Y表示迁移距离，D表示反向氧化速度，通过上述计算，最终可以得出实际的转化成膜转化时间。完成对双向脉冲迁移成膜的处理。

1.4 极化曲线法实现铝合金阳极氧化膜的封闭

在完成对双向脉冲迁移成膜之后，接下来，采用极化曲线法实现铝合金阳极氧化膜的封闭。可以先预设计划的范围，以曲线的形式来呈现，铝合金材料目前处于半氧化的状态，可以添加铜溶液来建立封闭失重的环境，进行封闭机理的极化评级，计算具体的极化常数值，具体如下公式4所示：

公式4中：R表示极化常数值，0表示动态成膜范围，E表示极化距离节点。通过上述计算，最终可以得出实际的极化常数值。设定极化曲线成膜处理范围。与此同时，修改对应的赋值，调整正弦波为12.11mV，形成更加稳定的封闭标准，与铝合金的氧化速度同步，最终采用极化曲线法实现铝合金阳极氧化膜的封闭。

2 实例分析

本次主要是对铝合金阳极氧化膜封闭技术的实际应用效果进行验证与分析。实例分析会在较为真实的环境之下进行，考虑到分析结果的可靠性与精准性，需要依据实际的处理情况与需求，划分固定的分析区域，在相同的分析环境之下实施测定，对得出的结果进行比照分析。

2.1 A建筑阳极氧化封闭现状

A建筑是一所高层级的分化双栋建筑物，其中的装饰结构多为铝合金所制成。在实际应用的过程中，用铝合金代替高密度的承压建筑材料，在确保承压能力相同，且不具有外部影响的作用之下，铝合金的替代为建筑施工节省了大量的成本，缩小了原本的建筑范围，扩展延伸了建筑物的应用功能。受到氧化的铝合金材料虽然坚硬度等不会发生短暂性的影响，但是外部会逐渐变成黑灰色，形成腐蚀性物质，对于材料的使用寿命以及内部结构造成影响。

A建筑的实际施工处理环境也相对不稳定，由于建筑区域处于多雨地区，所以，施工进度时常会受到天气以及外部环境的影响。这极易出现铝合金的阳极氧化问题，虽然对上述的问题作出相应的封闭处理，但是仍然无法完成预期的处理目标，所产生的效果十分有限。另外，由于外部环境以及因素的作用。A建筑的阳极氧化问题也会加快，传统的溶胶、二氧化钛外部封闭技术无法满足现今问题的处理需求，造成上述现状，不利于我国建筑行业以及膜封闭技术的进一步发展与创新。

2.2 A建筑阳极氧化膜封闭技术实例验证

首先，选取A建筑铝合金结构中相似的两部分作为实例验证的主要目标对象，营造氧化测试环境，可以先利用微波设备，对测试的铝合金材料作微波封闭处理，此操作为基础性的反氧化处理。可以先结合了微波水合封闭法，采用多方向的微波对铝合金进行加热，控制加热的实际温度在165℃~215℃之间，促使铝合金外部的氧化速度减慢，与此同时，外部形成的一层氧化膜也会发生水合反应，记录温度的控制时间，形成膜孔封闭。此时，可以先计算出膜孔的直径，具体如下公式5所示：

公式5中：K表示膜孔的直径，P表示温度差异值，a表示铝基体作用范围。通过上述计算，最终可以得出实际的膜孔的直径。记录膜孔此时的直径，调节相应的控制温度范围，为250℃~275℃，此时，再次进行膜孔直径的观察与记录，直到达到标准的范围之内，此时，铝合金的结构的外部会覆盖一层水膜。在材料的表面喷洒一层无机质粉末，形成第二层防氧化膜，再次利用微波加热，温度平衡之后，在低温或者常温的环境之下，结合盐酸封闭法，对测定的铝合金材料进行水解沉淀作用或者转化膜作用，并设定实际的占空比标准，具体如下表1所示：

表1      占空比标准设定表

根据表1。可以完成占空比标准的设定。完成之后，在上述的占空区域之下，进行铝合金测定材料电化学阻抗谱的计算，具体如下公式6所示：

公式6中：M表示电化学阻抗谱值，R表示极化封闭值，X表示阳极控制系数，0表示维钝密度。通过上述计算，最终可以得出实际的测试结果，进行具体的测试结果验证与分析，如下表2所示：

表2   A建筑测试结果对比分析表

根据表2，可以完成对实例分析的验证与探究。与初始的铝合金阳极氧化膜封闭测试组相对比，优化后的铝合金阳极氧化膜封闭测试组最终得出的电化学阻抗谱值相对较高，表明铝合金材料在发生阳极氧化问题之后，膜封闭的效果更佳，具有实际的应用价值。

3 结束语

综上所述，便是对铝合金阳极氧化膜封闭技术的研究与分析。对比于其他封闭技术，膜封闭技术的灵活性以及全面性相对更高，主要是以铝合金材料的内部氧化特征为基础，设立具体的封闭区域，利用稀土盐、溶胶以及微波水合等试剂作为辅助支持，扩大实际的封闭范围。不仅如此，在上述的背景环境之下，将膜封闭技术应用在社会的各个领域之上，还可以确保相关建筑的使用寿命，确保内部结构稳定、坚实，以此来提升整体的封闭应用效果。

 参考文献

[1] 于娟,荣刚,于美,等. 脉冲阳极氧化工艺对7050铝合金阳极氧化膜耐热冲击性能的影响[J]. 轻合金加工技术,2020,48(12):46-52.

[2] 王向荣. 挤压铸造5035铝镁合金阳极氧化染黑色后白点故障分析[J]. 电镀与涂饰,2021,40(01):71-74.

[3] 邹梦婷,熊菊,麻彦龙,等. 前处理工艺对5056铝箔磷酸阳极氧化膜的结构和耐蚀性能的影响[J]. 重庆理工大学学报(自然科学),2021,35(11):95-101.

[4] 梁钊源,麻彦龙,朱彭舟,等. 铝锂合金酒石酸-硫酸阳极氧化膜的低能耗封闭处理研究[J]. 重庆理工大学学报(自然科学),2020,34(02):100-106.

[5] 陈妍,肖金涛,邢明秀,等. 不同封闭工艺对2195铝锂合金环保型阳极氧化膜耐蚀性能影响[J]. 上海航天(中英文),2020,37(03):61-67.

来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>