阳极氧化铝型材封孔后陈化温度对封孔质量的影响

李强 张洪亮 宋超



阳极氧化铝型材封孔后陈化温度对封孔质量的影响

李强 张洪亮 宋超

【摘要】本文研究了阳极氧化铝型材分别经常温封孔和中温封孔后在不同温度下陈化对封孔质量的影响，以及封孔型材在恒定低温下的陈化规律，提出了解决冬季中温封孔型材陈化过慢问题的可行方案。

【关键词】常温封孔；中温封孔；陈化温度；封孔质量；低温陈化

1 前言

铝合金阳极氧化膜呈多孔层结构，有较强的吸附能力和化学活性，尤其处在腐蚀性环境中，腐蚀介质容易渗透膜孔引起基体腐蚀。因此，经阳极氧化后的皮膜不管着色与否，均需进行封闭处理，以提高氧化膜的抗蚀、绝缘和耐磨等性能、以及减弱它对杂质或油污的吸附。封孔质量的好坏直接影响到阳极氧化膜的使用寿命，是阳极氧化膜质量的重要指标之一。

本厂封孔工艺分为常温封孔和中温封孔。型材常温封孔后为提高氧化膜抗热裂性和加速陈化效果，封孔后有过热水处理，所以常温封孔型材在下排后直接进行封孔失重实验基本能够保证封孔质量合格。而本厂中温封孔的型材多为氧化喷砂型材，未采取过热水处理，因此，型材未经陈化直接进行封孔失重实验往往不合格，需要型材在一定环境温度下陈化一段时间后才能合格。《GB 5237.2-2008铝合金建筑型材第2部分：阳极氧化型材》中对阳极氧化膜的封孔质量检测取样规定是在型材封孔完毕120h后进行检测，夏季环境温度较高，120h后型材封孔质量基本能达到国标要求（阳极氧化膜经硝酸预浸的磷铬酸实验，其质量损失值应不大于30mg/dm2），但是北方冬季气温低，封孔陈化效果不是很理想，120h后型材封孔质量有时也会不合格。

2 实验方案及方法

本实验所用检测方法为国标《GB/T 8753.2 铝及铝合金阳极氧化膜封孔质量的评定方法第2部分：硝酸预浸的磷铬酸法》。

2.1试样准备

随机抽取氧化车间按正常工艺生产的型材，分别抽取常温封孔后的氧化青光10μm、氧化青光15μm、氧化浅茶色10μm的三支型材，中温封孔后的氧化喷砂银白10μm、氧化喷砂银白15μm、氧化喷砂银白20μm的三支型材，将每支型材锯切成5cm左右的实验样品20块。

2.2陈化环境

为研究型材在恒定低温和室温环境下的陈化规律，将上述准备好的型材样品，按6块每组分三组：一组放在室温25℃下陈化，一组放入实验室冰箱上层冷藏室（调节温度至恒定0℃）陈化，另一组放入冰箱下层冷冻室（调节温度至恒定-20℃）陈化。

2.3试验步骤及方法

封孔质量评定方案按GB/T 8753.2规定的方法进行。取样当天即对每种型材进行封孔失重实验，型材陈化后每天都从三个陈化环境下取出各种型材一块进行封孔失重实验，持续进行5天，然后间隔10天后再取一组试样实验。记录每天实验数据。

3 实验结果与讨论

3.1常温封孔型材在不同环境温度下的陈化规律

本厂常温封孔型材因封孔后进行过热水处理，促进了陈化过程，一般情况下夏秋季节正常生产的氧化型材下排后立即送样检测封孔质量即可合格。本次实验取样的三支不同膜厚、颜色的型材下排后立即取样，并做封孔质量检测，数据都在30mg/dm2以下。将型材试样分别放入-20℃、0℃、25℃的环境下陈化1～5天和16天的封孔质量实验数据见表1。

常温封孔型材在不同环境温度下的陈化规律见图1～图3，从图中可以看出，型材在室温25℃的环境下72h之内陈化速度最快，这期间未完全封闭的氧化膜吸附能力较强，膜内物质大量吸附空气中水蒸气，体积膨胀进一步封闭膜孔。72h之后陈化速度减慢，此时封孔质量数值小于10mg/dm2，膜孔已基本封闭，膜内参与反应的物质减少使反应减慢。

但是，可以看到型材在-20℃和0℃恒定温度下陈化1～5天，陈化效果不明显，且有封孔质量数值比未陈化时高的现象存在，-20℃下的陈化数据比未陈化数据偏高现象更明显，分析原因可能是低于零度的恒定低温下空气中水分结冰，能参与到膜孔反应陈化的水蒸气过少，严重抑制了封孔陈化过程，甚至过低温度下破坏了孔内封孔物质，使封孔质量数据偏高。型材在低温下陈化15天后再做失重实验，封孔质量数据已降到了未陈化时的数据附近，但是差值不是很大。

表1 常温封孔型材在不同环境温度下陈化的封孔质量数据记录

图1 常温封孔氧化青光10μm膜厚不同温度下陈化规律

图2 常温封孔氧化青光15μm膜厚不同温度下陈化规律

图3 常温封孔氧化浅茶色10μm膜厚不同温度下陈化规律

3.2中温封孔型材在不同环境温度下的陈化规律

本厂中温封孔的型材大部分为氧化喷砂银白色，未采取过热水处理，型材下排后立即送检封孔质量往往不合格。本次分别抽取了膜厚为10μm、15μm、20μm的三支型材进行实验，型材下排后立即取样做封孔失重实验，结果不合格，分别为316.68mg/ dm2、400.02mg/dm2、549.56mg/dm2。将型材分别放在-20℃、0℃、25℃的环境下陈化1～5天和15天的封孔质量实验数据见表2。

表2 中温封孔型材在不同环境温度下的封孔质量数据记录

中温封孔型材在不同环境温度下的陈化规律见图4～图6，从图中可以看出，中温封孔型材的陈化规律与常温封孔型材的陈化规律差别不大，室温25℃下陈化的型材在前72h内陈化速度非常快，未陈化时封孔质量数据很高的型材在陈化72h后都能合格，数据小于30mg/dm2。72h后陈化过程变得缓慢，陈化16天后数据变化也不是很明显，说明陈化过程已基本完成，很难再继续陈化。

中温封孔的型材在恒定低温下的陈化规律也与常温封孔的类似，在1～5天内，封孔质量数据很不稳定，低温下抑制了中温封孔型材的陈化过程。0℃、-20℃下陈化16天后的封孔质量也仍未合格。

表2续

图4 中温封孔氧化喷砂银白10μm膜厚不同温度下陈化规律

图5 中温封孔氧化喷砂银白15μm膜厚不同温度下陈化规律

图6 中温封孔氧化喷砂银白20μm膜厚不同温度下陈化规律

图7 中温封孔氧化喷砂银白15μm膜厚在保温棚内陈化规律

3.3中温封孔型材促进陈化过程的实践探索

中温封孔型材下排后封孔质量数据往往很高，夏秋季节在户外温度较高的环境下，型材陈化1天左右即可合格，但是北方冬季天气干燥温度偏低，有时型材陈化5天以上也很难合格。若封孔不合格，氧化膜孔吸附性较强，在型材贴膜包装时易出现掉胶现象，此时要将型材继续陈化，等贴膜不掉胶时再进行贴膜包装，费时费力还严重影响型材交货期。为解决冬季中温封孔型材陈化过慢的问题，氧化车间在车间包装区设计了一块临时存放型材陈化的保温棚，棚内用暖气片加热，定时洒水控制好棚内温度湿度，温度在25～30℃左右。中温封孔氧化喷砂银白15μm膜厚在保温棚内陈化规律见图7，可以看出型材在陈化4天后封孔质量数据已降到25.11mg/dm2，冬季用保温棚加速型材封孔陈化具有良好的效果。

3.4有无硝酸预浸对封孔失重实验数据的影响

将上述实验中分别在不同温度下陈化5天的中温封孔20μm的型材分别按国标GB/T8753.1（无硝酸预浸的磷铬酸法）和GB/T8753.2（硝酸预浸的磷铬酸法）规定的实验方法对型材封孔质量检测，数据见表3。

表3 有无硝酸预浸对封孔失重实验数据的影响

从表中可以看出有硝酸预浸的磷铬酸法比无硝酸预浸的封孔质量结果更大，且封孔质量越不好的试样经硝酸预浸后的数值变化越大，封孔质量好的试样有无硝酸预浸差值不是很大。可见硝酸预浸是更严格的判定封孔质量的方法，尤其对封孔不合格的试样更为明显。硝酸预浸过程主要是使氧化膜溶解，并起到扩孔的作用，使得氧化膜在随后的磷铬酸浸泡中氧化膜的有效溶解面积增大。

4 结论

4.1经常温封孔和中温封孔的型材在不同温度下的陈化规律基本相同，在25℃下陈化速度很快，在恒定低温下陈化因温度过低抑制了陈化过程，陈化过程缓慢。

4.2为解决冬季中温封孔型材陈化过慢的问题，在车间内设计建造保温棚加速型材封孔陈化是一种比较可取的方法。

4.3硝酸预浸的磷铬酸法是一种更严格的封孔质量检验手段，对于封孔质量不好的试样更为明显。

参考文献

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[5]朱祖芳.铝合金阳极氧化与表面处理技术.北京：化学工业出版社，2004：214.

（作者单位：山东华建铝业集团有限公司）

【文章编号】1671-3362（2016）03-0053-05

【中图分类号】TU512.4

【文献标识码】B