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(xiàn),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(xiàn)的投產(chǎn),其發(fā)展之迅速可見(jiàn)一斑。經(jīng)過(guò)不斷淘汰、選擇、融合和提高,目前,我國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聚合物靜電噴涂技術(shù),其發(fā)展方向和水平是與國際發(fā)展同步的,裝備水平、工藝特點(diǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量都達到了先進(jìn)水平。早在20世紀80年代中期,我國的鋁型材工業(yè)處于萌芽時(shí)期。

1986年當時(shí)的中國有色金屬總公司科技局,根據一些專(zhuān)家的意見(jiàn)及時(shí)草擬了“關(guān)于建筑鋁型材陽(yáng)極氧化膜性能測試方法和指標”的文件,在當時(shí)起到了規范產(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6項性能:(1)外觀(guān)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)。由于當時(shí)技術(shù)水平和設備的限制,只對于前3項測試提出了具體要求。耐腐蝕性、耐磨性、耐光性只是提出一個(gè)概念,具體的性能檢測方法與測試參數,以及性能驗收指標等都沒(méi)有做出規定。目前看來(lái),這個(gè)文件的內容可能還不夠完善,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項目。

20年來(lái)我國的鋁型材工業(yè)迅速發(fā)展,相應的陽(yáng)極氧化膜的性能要求、驗收指標及檢測方法等技術(shù)內容比較明確,相應的國家標準已經(jīng)得到完善和提高,與各先進(jìn)工業(yè)國家的標準基本接軌。因此現在的性能檢測項目及檢測方法應該具有更新和更多的內容,才可能跟上我國生產(chǎn)的發(fā)展步伐,并且可以與國際先進(jìn)技術(shù)水平和國際標準內容的更全面和更系統地接軌。

中國有色金屬標準化委員會(huì )在2004年組織和安排了一系列性能檢測試驗,國家和華南有色金屬質(zhì)量監督檢驗中心,以及堅美、南平、興發(fā)、閩發(fā)等6家公司,對于工廠(chǎng)正規生產(chǎn)工業(yè)鋁型材而不是特意安排的產(chǎn)品,參與了這項性能檢測的全面試驗并取得大量的接近2萬(wàn)個(gè)數據。實(shí)驗結果已經(jīng)由全國有色金屬標準化委員會(huì )匯集成冊。盡管我國的產(chǎn)品質(zhì)量就全國而言還高低不一,但總體上有了很大的提高。試驗數據表明上述工廠(chǎng)產(chǎn)品與國際先進(jìn)水平比較毫不遜色,因此可以自豪地說(shuō),我國的鋁工業(yè)已經(jīng)不僅是一個(gè)大國,而且成為一個(gè)名副其實(shí)的強國。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,可能就是使用壽命的一個(gè)標志性數據,封孔質(zhì)量則是反映氧化膜耐腐蝕性的重要指標。檢測表明,磷鉻酸失重試驗的數據變化,都在6%~15%范圍之間,或者說(shuō)磷鉻酸腐蝕失重數據偏差保持在15%以?xún)?可視為可以接受的測量誤差。即將頒布的新標準8013.1規定,鋁合金建筑型材陽(yáng)極氧化膜封孔質(zhì)量,硝酸預浸磷鉻酸試驗是仲裁試驗,這是歐洲標準EN12373.6:1999規定。

實(shí)驗數據表明,封孔質(zhì)量愈差的樣品,硝酸預浸的“失重增加”作用越大,因此硝酸預浸對于磷鉻酸失重標志的封孔質(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)間迅速達到封孔質(zhì)量合格水平。其他國內外試驗還證明,冷封孔后處理可以明顯改善冷封孔陽(yáng)極氧化膜的塑性,以適合隨后的機械變形不致開(kāi)裂。耐腐蝕性和耐候性陽(yáng)極氧化膜的CASS試驗是耐鹽霧腐蝕的常規試驗方法。試驗表明,陽(yáng)極氧化膜的CASS試驗與封孔質(zhì)量的結果并不是完全可以對應的,因為封孔質(zhì)量表示平均腐蝕速度,而CASS試驗反映局部腐蝕的結果。尤其對于機械噴砂表面的陽(yáng)極氧化膜,即使封孔質(zhì)量合格,不能通過(guò)CASS試驗的情況時(shí)有發(fā)生,相同試樣的CASS試驗與堿洗的評級比較,腐蝕級別也會(huì )低1到2個(gè)級別。 工業(yè)鋁型材噴砂樣品的微觀(guān)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方法有待改進(jìn)。GB5237規定的目視氣泡發(fā)生判別終點(diǎn)的誤差很大,看來(lái)已經(jīng)不宜繼續采用而應該予以修改。即使今后采用日本的電阻測量法得到的數據,并且利用“逼近法”提高準確度,滴堿試驗結果與磷鉻酸封孔質(zhì)量試驗或CASS試驗的結果也很難完全對應。鑒于陽(yáng)極氧化膜的滴堿試驗只見(jiàn)于日本的標準,國際標準和歐洲標準均沒(méi)有這項方法,因此滴堿試驗的必要性仍然值得商榷的。

著(zhù)色陽(yáng)極氧化膜的耐候性。電解著(zhù)色古銅色的陽(yáng)極氧化膜,試驗表明經(jīng)過(guò)紫外線(xiàn)輻射的色差的數據可以保持在ΔE<2.6,因此可以達到國家標準的規定ΔE<3.0。由于本試驗的參與單位和提供數據比較少,因此數據可信度和代表性的把握比較小,宜繼續擴大和深入試驗。鑒于在陽(yáng)極氧化電泳涂裝復合膜方面中日雙方的試驗中,日本建議耐候性與耐腐蝕的聯(lián)合試驗,著(zhù)色陽(yáng)極氧化膜的聯(lián)合試驗是否必要值得考慮。

陽(yáng)極氧化膜的耐磨性目前國內基本上采用落砂法檢驗陽(yáng)極氧化膜的耐磨性,但是數據比較分散,許多單位都認為可以遠遠超過(guò)國標規定的磨耗系數<300g/μm的指標。因為落砂法試驗結果與試驗過(guò)程的環(huán)境因素,砂粒的形狀,砂粒的使用次數等因素都有關(guān)系。例如某廠(chǎng)測定陽(yáng)極氧化膜的磨耗系數,銀白色陽(yáng)極氧化膜的磨耗系數國產(chǎn)砂為1107g/μm和894g/μm,而日本砂的相應數值為517g/μm和567g/μm。古銅色陽(yáng)極氧化膜的磨耗系數國產(chǎn)砂為1541g/μm和1423g/μm,而日本砂的相應數值為911g/μm和697g/μm,幾乎相差一倍。國家標準規定落砂法的耐磨性的判據以磨耗系數<300g/μm為合格是可以完成的,大多數單位數據表明全部數據均>300g/μm,其中一般說(shuō)來(lái)AA20的試樣優(yōu)于A(yíng)A15的試樣。

噴磨法的設備試驗參數要求比較嚴格,目前只有北京國家有色金屬監督檢驗中心使用,其試驗數據的分散性比較大,又缺少?lài)鴥绕渌麊挝粩祿谋容^佐證,因此還需要進(jìn)一步完善設備,爭取更多的單位參加試驗工作,才可能做出正確的判斷。由于噴磨法具有國家標準、也有國際標準和歐洲標準,而落砂法制有日本標準,因此廣泛建設噴磨法的設備與方法很有實(shí)際意義,同時(shí)可以縮短試驗時(shí)間。

大氣腐蝕暴露的結果(英國16年試驗的結果)陽(yáng)極氧化膜的大氣暴露的數據是基礎的腐蝕數據,各種快速腐蝕檢測方法的可信性,原則上都應該具有對于大氣暴露數據的對應性。我國雖然已經(jīng)在各大氣腐蝕試驗站進(jìn)行了接近20年的常用金屬的試驗,但是至今還沒(méi)有完整的綠陽(yáng)極氧化膜的數據發(fā)表。根據BarryR.Ellard發(fā)表的報告,對于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總結了16年中在英國各類(lèi)型大氣腐蝕站的試驗結果,這些數據可以作為今后我國總結大氣腐蝕暴露試驗結果時(shí)的參考。鑒于大氣腐蝕暴露試驗時(shí)間很長(cháng),同時(shí)數據的重復性不會(huì )特別理想,尤其是污染環(huán)境的程度各有不同,英國的的數據盡管很有意義,也只能具有參考價(jià)值。在實(shí)際利用這些數據時(shí),只能選擇較大的保險系數予以考慮,或者說(shuō)應該選擇點(diǎn)腐蝕級別較低或膜厚損失較大的數據作為依據比較可靠。數據說(shuō)明,不同試驗站對于點(diǎn)腐蝕程度的差別很大,證明不同大氣污染程度對于陽(yáng)極氧化膜的點(diǎn)腐蝕級別的影響很大。在農村、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,只有膜厚達到35μm以上才可以達到9級,其余膜厚的腐蝕程度都比較嚴重,膜厚15μm試樣只有7級。英國的試驗表明,海洋大氣并不是最嚴酷的試驗條件,為此盡管?chē)H標準規定美國的弗羅里達試驗作為大氣腐蝕的規定場(chǎng)所,實(shí)際上并不是可以代表所有大氣腐蝕的情況,嚴格地說(shuō),應該選擇使用環(huán)境相近的試驗站得到的試驗數據才更加可靠。