提高阿洛丁氧化耐蚀性的研究

王荣

摘 要：本文论述了阿洛丁氧化成膜原理及种类，分析了铝合金阿洛丁氧化过程中的各种影响因素，对如何提高阿洛丁氧化膜的耐蚀性进行了深入的分析得出了一些结论。并简单介绍了一下铝合金化学氧化技术的新发展与展望。

关键词：阿洛丁；氧化膜；耐蚀性；影响

中图分类号：TG178 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0044-02

在航空结构材料中，铝合金材料的电位比较低，在溶液浸泡或潮湿环境中易与其他金属材料发生电化学腐蚀。因此铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少腐蚀，延长其使用寿命。在工业上越来越广泛地采用在铝的表面形成厚而致密的氧化膜层的方法来显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能。

铝及铝合金表面的氧化膜层生成一般采用化学氧化法和阳极氧化法。化学氧化尤其是阿洛丁氧化与其它阳极氧化相比，它工艺简单、经济，氧化膜层有比较好的吸附能力，可以作为漆料良好的底层，成为铝及铝合金表面处理的一种重要工艺。但阿洛丁氧化主要缺点是膜层质地比较软，耐磨性和耐蚀性较差。材料、工艺、质控和试验条件等诸多因素都会导致盐雾试验不合格。这些问题如不能及時解决，将导致零、组件及整机抗腐蚀能力降低，整机寿命缩短等问题。因此，有必要对其进一步研究和反复试验，从槽液分析、槽液配比、氧化时间、氧化温度及外界环境等方面着手，从而找出影响氧化膜耐蚀性的原因，总结出一套方法，使盐雾试验能够顺利通过，提高其耐蚀性。

1 阿洛丁氧化膜生成原理及种类

航空铝合金材料表面阿洛丁处理，是指在材料表面施加阿洛丁溶液，使溶液与表面材料发生化学反应，在铝合金材料表面形成一层非晶质的氧化物和铬酸盐保护层。

常用的阿洛丁溶液包括：阿洛丁600，处理后铝合金表面呈黄色；阿洛丁1200、1200S、1201，处理后铝合金表面呈浅金色到棕黄色；阿洛丁1000、1000L、1001、1500，处理后保持铝合金本色。在现代航空制造业中，阿洛丁1200S是该系列中常用的一种。

2 影响氧化膜层质量的各种因素（以阿洛丁1200S为研究对象）

2.1 前处理对氧化膜耐蚀性的影响

2.1.1 碱除油的影响

当零件表面油污未除尽时，油污附着在零件表面，将影响溶液与金属发生化学反应，从而影响膜的均匀性，造成氧化膜上有花斑，这将严重影响氧化膜的耐蚀性。因此为确保氧化膜层质量，对零件表面的油污必须清除干净，一般在57-63℃的碱清洗溶液中浸泡至水膜连续即可。

2.1.2 脱氧的影响

脱氧是将铝合金表面上的自然氧化膜除去，在零件表面上露出新鲜铝，以便零件在阿洛丁溶液中充分发生氧化反应，而形成均匀致密的氧化膜。在脱氧时，若脱氧时间过短，未将疏松的自然氧化膜完全除净，则在氧化时不能形成均匀的氧化膜，影响耐蚀性。脱氧时间过长，由于大多数铝件为铝合金材料，脱氧液对各合金成分的去除速度不同，脱氧时间过长后，将导致零件表面变粗糙，也会影响氧化膜的耐蚀性。一般铝合金零件的脱氧时间为1-3分钟，当有明显的氧化皮时，脱氧时间可以延长到10-15分钟。通过试验发现把脱氧时间控制在要求值的上限，可以把零件在空气中自然形成的氧化膜去除干净，零件表面达到水膜连续的状态，在氧化后可以得到一个较好的氧化膜质量。

一般来说，零件经过除油、脱氧、水洗等前处理工序后，就可获得一个新鲜、洁净并且水膜连续的铝合金基体，为得到一个质量良好的氧化膜做好了表面准备。

2.2 氧化时工艺参数对氧化膜耐蚀性的影响

2.2.1 氧化时间的影响

用阿洛丁1200S对零件进行化学氧化时，氧化的时间太短，形成的氧化膜层太薄，且颜色较浅；氧化时间太长，容易导致膜层疏松。氧化时间在1-3分钟能够满足膜层耐蚀性要求。

2.2.2 温度的影响

槽液温度是决定膜层质量的主要因素之一，如温度太低，反应则不明显，成膜速度慢，膜薄色浅，随着温度升高，反应加剧，成膜速度加快，且膜层厚实，色彩鲜艳。但提高溶液温度，加快膜的生成速度的同时，也将加速对铝基体表面的浸蚀。如槽液温度太高，膜层颜色发暗，失去光泽，耐蚀性降低。一般控制在25-35℃可以满足耐蚀性要求。

氧化时间与氧化温度应该联系在一起考虑：氧化温度高时，氧化时间就应该相应的缩短；氧化温度低时，氧化时间就应该相应的延长。

2.3 PH值对氧化膜耐蚀性的影响

阿洛丁溶液的PH值对转化膜层有显著影响。有一个成膜速度最快的PH值范围。PH值低于这一范围时，反应产物溶解加快，保留在溶液中的比沉积在金属表面成为转化膜的多，即使金属的溶解速度增加，而膜层沉积厚度仍然很薄。随转化进行PH值逐渐升高，超过最大值后，转化膜的形成速度逐渐降低。通过试验将PH值控制在1.6-1.8之间可以满足耐蚀性要求。

2.4 阿洛丁处理后清洗水质及后处理对氧化膜耐蚀性的影响

当形成达到要求的氧化膜后，取出零件后必须尽快进行清洗，减少零件的延续反应，使膜层颜色均匀。清洗必须彻底，因为这将影响到膜的最终性质。通常要在氧化后的水洗工序中采用去离子水进行喷淋，避免膜层对金属杂质的吸附。

2.5 干燥温度对氧化膜耐蚀性的影响

对于膜层的干燥，有自然干燥和加温干燥两种方法。自然干燥的缺点是：干燥时间较长，零件表面较容易受到污染，而且氧化膜孔隙中的水分不容易完全干燥，在湿的状态下阿洛丁氧化膜层比较疏松，这些都会影响氧化膜的耐蚀性。加温干燥就是把出槽的零件放置于烘干箱中，在规定的温度下加温烘干，以除掉零件表面的水分。加温干燥的优点：时间短，由于在封闭的环境中，表面不易受到污染，且表面不会残留水分。加温干燥时干燥温度太低将严重影响到膜层的固化反应，而温度太高，会使氧化膜层内的水合物减少及膜内产生不溶性铬酸盐，从而导致其耐蚀性下降。将干燥温度控制在45±5℃，可明显提高氧化膜的耐蚀性。

3 结语

综上所述，为了提高阿洛丁氧化膜层的耐蚀性，应从以下几个方面加以控制：

①阿洛丁氧化前要进行良好的预处理，并获得一个表面无油污、无氧化皮或轻微氧化色且水膜连续的洁净表面。

②优化阿洛丁氧化工艺参数。阿洛丁1200S的溶液的浓度控制在9.8-11g/L，氧化时间控制在1-3分钟，槽液温度控制在25-35℃，PH值控制在1.6-1.8。

③各个工序之间一定要保持零件表面的润湿度，即在整个氧化工序中零件表面都必须保持水膜连续。

④加温干燥。将膜层的干燥温度控制在45±5℃，烘烤10分钟，可明显提高膜层耐蚀性。

以上措施将氧化膜层的耐蚀性得到了有效提高。但影响膜层耐蚀性的因素太多，如槽液中的杂质，零件的表面质量以及膜层完整性等，因此如何在生产中严格控制众多的因素，保证耐蚀性的合格，仍需要不断积累经验，逐步找出最佳参数，保证生产的正常运转及加工出较好的产品质量。

4 铝合金化学氧化技术展望

化学氧化处理是铝合金表面氧化处理的技术之一，是目前应用比较广泛的铬酸盐化学氧化工艺，存在着毒性大，污染环境等问题。随着环保要求的日益严格，对于应用范围量大面广的铝合金业，无铬化学氧化法是化学氧化工艺的发展方向。而无铬化学氧化又以钛、锆为基的化学氧化很有应用前景。我深信无铬化学氧化工艺的研究和应用也会越来越多。

4.1 锆盐氧化法

含锆溶液代替铬酸盐用于铝合金表面的预处理已被人们所接受，尤其适用于铝合金零件涂装前的化学转化成膜处理，可增加涂层与基体的结合力，提高耐蚀性能，同时氧化膜本身也具有一定的防腐蚀能力。

4.2 钛盐氧化法

钛与铬性质非常相似，在几乎所有的自然环境中都不腐蚀。其极好的腐蚀阻力源于在其表面上所形成的连续稳定、结合牢固和具有保护性能的氧化膜层。钛的高反应活性以及与氧极强的亲和力使得其金属表面暴露于空气或潮湿环境中能立即形成氧化膜。钛酸盐類化学氧化膜将来有可能替代铬酸盐类化学氧化膜。

参考文献

[1]沈宁一，等编.表面处理工艺手册[M].上海：上海科学技术出版社，1991.

[2]唐军，等编.表面处理工技能[M].北京：航空工业出版社，1992.