陽極氧化鋁型材封孔后陳化溫度對封孔質(zhì)量的影響

李強 張洪亮 宋超

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陽極氧化鋁型材封孔后陳化溫度對封孔質(zhì)量的影響

李強 張洪亮 宋超

【摘要】本文研究了陽極氧化鋁型材分別經(jīng)常溫封孔和中溫封孔后在不同溫度下陳化對封孔質(zhì)量的影響，以及封孔型材在恒定低溫下的陳化規(guī)律，提出了解決冬季中溫封孔型材陳化過慢問題的可行方案。

【關(guān)鍵詞】常溫封孔；中溫封孔；陳化溫度；封孔質(zhì)量；低溫陳化

1 前言

鋁合金陽極氧化膜呈多孔層結(jié)構(gòu)，有較強的吸附能力和化學(xué)活性，尤其處在腐蝕性環(huán)境中，腐蝕介質(zhì)容易滲透膜孔引起基體腐蝕。因此，經(jīng)陽極氧化后的皮膜不管著色與否，均需進行封閉處理，以提高氧化膜的抗蝕、絕緣和耐磨等性能、以及減弱它對雜質(zhì)或油污的吸附。封孔質(zhì)量的好壞直接影響到陽極氧化膜的使用壽命，是陽極氧化膜質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

本廠封孔工藝分為常溫封孔和中溫封孔。型材常溫封孔后為提高氧化膜抗熱裂性和加速陳化效果，封孔后有過熱水處理，所以常溫封孔型材在下排后直接進行封孔失重實驗基本能夠保證封孔質(zhì)量合格。而本廠中溫封孔的型材多為氧化噴砂型材，未采取過熱水處理，因此，型材未經(jīng)陳化直接進行封孔失重實驗往往不合格，需要型材在一定環(huán)境溫度下陳化一段時間后才能合格。《GB 5237.2-2008鋁合金建筑型材第2部分：陽極氧化型材》中對陽極氧化膜的封孔質(zhì)量檢測取樣規(guī)定是在型材封孔完畢120h后進行檢測，夏季環(huán)境溫度較高，120h后型材封孔質(zhì)量基本能達到國標(biāo)要求（陽極氧化膜經(jīng)硝酸預(yù)浸的磷鉻酸實驗，其質(zhì)量損失值應(yīng)不大于30mg/dm2），但是北方冬季氣溫低，封孔陳化效果不是很理想，120h后型材封孔質(zhì)量有時也會不合格。

2 實驗方案及方法

本實驗所用檢測方法為國標(biāo)《GB/T 8753.2 鋁及鋁合金陽極氧化膜封孔質(zhì)量的評定方法第2部分：硝酸預(yù)浸的磷鉻酸法》。

2.1試樣準(zhǔn)備

隨機抽取氧化車間按正常工藝生產(chǎn)的型材，分別抽取常溫封孔后的氧化青光10μm、氧化青光15μm、氧化淺茶色10μm的三支型材，中溫封孔后的氧化噴砂銀白10μm、氧化噴砂銀白15μm、氧化噴砂銀白20μm的三支型材，將每支型材鋸切成5cm左右的實驗樣品20塊。

2.2陳化環(huán)境

為研究型材在恒定低溫和室溫環(huán)境下的陳化規(guī)律，將上述準(zhǔn)備好的型材樣品，按6塊每組分三組：一組放在室溫25℃下陳化，一組放入實驗室冰箱上層冷藏室（調(diào)節(jié)溫度至恒定0℃）陳化，另一組放入冰箱下層冷凍室（調(diào)節(jié)溫度至恒定-20℃）陳化。

2.3試驗步驟及方法

封孔質(zhì)量評定方案按GB/T 8753.2規(guī)定的方法進行。取樣當(dāng)天即對每種型材進行封孔失重實驗，型材陳化后每天都從三個陳化環(huán)境下取出各種型材一塊進行封孔失重實驗，持續(xù)進行5天，然后間隔10天后再取一組試樣實驗。記錄每天實驗數(shù)據(jù)。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1常溫封孔型材在不同環(huán)境溫度下的陳化規(guī)律

本廠常溫封孔型材因封孔后進行過熱水處理，促進了陳化過程，一般情況下夏秋季節(jié)正常生產(chǎn)的氧化型材下排后立即送樣檢測封孔質(zhì)量即可合格。本次實驗取樣的三支不同膜厚、顏色的型材下排后立即取樣，并做封孔質(zhì)量檢測，數(shù)據(jù)都在30mg/dm2以下。將型材試樣分別放入-20℃、0℃、25℃的環(huán)境下陳化1～5天和16天的封孔質(zhì)量實驗數(shù)據(jù)見表1。

常溫封孔型材在不同環(huán)境溫度下的陳化規(guī)律見圖1～圖3，從圖中可以看出，型材在室溫25℃的環(huán)境下72h之內(nèi)陳化速度最快，這期間未完全封閉的氧化膜吸附能力較強，膜內(nèi)物質(zhì)大量吸附空氣中水蒸氣，體積膨脹進一步封閉膜孔。72h之后陳化速度減慢，此時封孔質(zhì)量數(shù)值小于10mg/dm2，膜孔已基本封閉，膜內(nèi)參與反應(yīng)的物質(zhì)減少使反應(yīng)減慢。

但是，可以看到型材在-20℃和0℃恒定溫度下陳化1～5天，陳化效果不明顯，且有封孔質(zhì)量數(shù)值比未陳化時高的現(xiàn)象存在，-20℃下的陳化數(shù)據(jù)比未陳化數(shù)據(jù)偏高現(xiàn)象更明顯，分析原因可能是低于零度的恒定低溫下空氣中水分結(jié)冰，能參與到膜孔反應(yīng)陳化的水蒸氣過少，嚴(yán)重抑制了封孔陳化過程，甚至過低溫度下破壞了孔內(nèi)封孔物質(zhì)，使封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)偏高。型材在低溫下陳化15天后再做失重實驗，封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)已降到了未陳化時的數(shù)據(jù)附近，但是差值不是很大。

表1 常溫封孔型材在不同環(huán)境溫度下陳化的封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)記錄

圖1 常溫封孔氧化青光10μm膜厚不同溫度下陳化規(guī)律

圖2 常溫封孔氧化青光15μm膜厚不同溫度下陳化規(guī)律

圖3 常溫封孔氧化淺茶色10μm膜厚不同溫度下陳化規(guī)律

3.2中溫封孔型材在不同環(huán)境溫度下的陳化規(guī)律

本廠中溫封孔的型材大部分為氧化噴砂銀白色，未采取過熱水處理，型材下排后立即送檢封孔質(zhì)量往往不合格。本次分別抽取了膜厚為10μm、15μm、20μm的三支型材進行實驗，型材下排后立即取樣做封孔失重實驗，結(jié)果不合格，分別為316.68mg/ dm2、400.02mg/dm2、549.56mg/dm2。將型材分別放在-20℃、0℃、25℃的環(huán)境下陳化1～5天和15天的封孔質(zhì)量實驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 中溫封孔型材在不同環(huán)境溫度下的封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)記錄

中溫封孔型材在不同環(huán)境溫度下的陳化規(guī)律見圖4～圖6，從圖中可以看出，中溫封孔型材的陳化規(guī)律與常溫封孔型材的陳化規(guī)律差別不大，室溫25℃下陳化的型材在前72h內(nèi)陳化速度非常快，未陳化時封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)很高的型材在陳化72h后都能合格，數(shù)據(jù)小于30mg/dm2。72h后陳化過程變得緩慢，陳化16天后數(shù)據(jù)變化也不是很明顯，說明陳化過程已基本完成，很難再繼續(xù)陳化。

中溫封孔的型材在恒定低溫下的陳化規(guī)律也與常溫封孔的類似，在1～5天內(nèi)，封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)很不穩(wěn)定，低溫下抑制了中溫封孔型材的陳化過程。0℃、-20℃下陳化16天后的封孔質(zhì)量也仍未合格。

表2續(xù)

圖4 中溫封孔氧化噴砂銀白10μm膜厚不同溫度下陳化規(guī)律

圖5 中溫封孔氧化噴砂銀白15μm膜厚不同溫度下陳化規(guī)律

圖6 中溫封孔氧化噴砂銀白20μm膜厚不同溫度下陳化規(guī)律

圖7 中溫封孔氧化噴砂銀白15μm膜厚在保溫棚內(nèi)陳化規(guī)律

3.3中溫封孔型材促進陳化過程的實踐探索

中溫封孔型材下排后封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)往往很高，夏秋季節(jié)在戶外溫度較高的環(huán)境下，型材陳化1天左右即可合格，但是北方冬季天氣干燥溫度偏低，有時型材陳化5天以上也很難合格。若封孔不合格，氧化膜孔吸附性較強，在型材貼膜包裝時易出現(xiàn)掉膠現(xiàn)象，此時要將型材繼續(xù)陳化，等貼膜不掉膠時再進行貼膜包裝，費時費力還嚴(yán)重影響型材交貨期。為解決冬季中溫封孔型材陳化過慢的問題，氧化車間在車間包裝區(qū)設(shè)計了一塊臨時存放型材陳化的保溫棚，棚內(nèi)用暖氣片加熱，定時灑水控制好棚內(nèi)溫度濕度，溫度在25～30℃左右。中溫封孔氧化噴砂銀白15μm膜厚在保溫棚內(nèi)陳化規(guī)律見圖7，可以看出型材在陳化4天后封孔質(zhì)量數(shù)據(jù)已降到25.11mg/dm2，冬季用保溫棚加速型材封孔陳化具有良好的效果。

3.4有無硝酸預(yù)浸對封孔失重實驗數(shù)據(jù)的影響

將上述實驗中分別在不同溫度下陳化5天的中溫封孔20μm的型材分別按國標(biāo)GB/T8753.1（無硝酸預(yù)浸的磷鉻酸法）和GB/T8753.2（硝酸預(yù)浸的磷鉻酸法）規(guī)定的實驗方法對型材封孔質(zhì)量檢測，數(shù)據(jù)見表3。

表3 有無硝酸預(yù)浸對封孔失重實驗數(shù)據(jù)的影響

從表中可以看出有硝酸預(yù)浸的磷鉻酸法比無硝酸預(yù)浸的封孔質(zhì)量結(jié)果更大，且封孔質(zhì)量越不好的試樣經(jīng)硝酸預(yù)浸后的數(shù)值變化越大，封孔質(zhì)量好的試樣有無硝酸預(yù)浸差值不是很大。可見硝酸預(yù)浸是更嚴(yán)格的判定封孔質(zhì)量的方法，尤其對封孔不合格的試樣更為明顯。硝酸預(yù)浸過程主要是使氧化膜溶解，并起到擴孔的作用，使得氧化膜在隨后的磷鉻酸浸泡中氧化膜的有效溶解面積增大。

4 結(jié)論

4.1經(jīng)常溫封孔和中溫封孔的型材在不同溫度下的陳化規(guī)律基本相同，在25℃下陳化速度很快，在恒定低溫下陳化因溫度過低抑制了陳化過程，陳化過程緩慢。

4.2為解決冬季中溫封孔型材陳化過慢的問題，在車間內(nèi)設(shè)計建造保溫棚加速型材封孔陳化是一種比較可取的方法。

4.3硝酸預(yù)浸的磷鉻酸法是一種更嚴(yán)格的封孔質(zhì)量檢驗手段，對于封孔質(zhì)量不好的試樣更為明顯。

參考文獻

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（作者單位：山東華建鋁業(yè)集團有限公司）

【文章編號】1671-3362（2016）03-0053-05

【中圖分類號】TU512.4

【文獻標(biāo)識碼】B