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(yáng)極氧化膜形容為鋁合金“萬(wàn)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(yáng)極氧化生產(chǎn)線,到目前多條年產(chǎn)3萬(wàn)噸以上的大型立式陽(yáng)極氧化線的投產(chǎn),其發(fā)展之迅速可見一斑。經(jīng)過(guò)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(yáng)極氧化,陽(yáng)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(yáng)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(méi)有做出規(guī)定。目前看來(lái),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(yáng)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(yáng)極氧化膜性能的必測(cè)項(xiàng)目。

20年來(lái)我國(guó)的鋁型材工業(yè)迅速發(fā)展,相應(yīng)的陽(yáng)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(wàn)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(shuō),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(yáng)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(shuō)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極氧化膜,即使封孔質(zhì)量合格,不能通過(guò)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(yáng)極氧化膜并不完整,引起局部腐蝕的敏感性增加。

陽(yáng)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(lái)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(yáng)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(méi)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(yáng)極氧化膜的耐候性。電解著色古銅色的陽(yáng)極氧化膜,試驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)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(yáng)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(yáng)極氧化膜的聯(lián)合試驗(yàn)是否必要值得考慮。

陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(guò)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(yáng)極氧化膜的磨耗系數(shù),銀白色陽(yáng)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(yáng)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(shuō)來(lái)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(yáng)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(méi)有完整的綠陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(shuō)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(shuō)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(yáng)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(shuō),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。