铬酸阳极化的可替换性研究简述

时间：2024-05-20

储威,魏银苹（上海飞机制造有限公司,上海 200436）

铬酸阳极化的可替换性研究简述

储威,魏银苹
（上海飞机制造有限公司,上海 200436）

文章叙述了铬酸阳极化表面处理工艺的优点与不足，通过与铬酸阳极化工艺的物理、力学性能进行对比，提出替换铬酸阳极化工艺的可行性。

铝合金；表面处理；阳极化

1 前言

铬酸阳极化是一项传统的表面处理工艺，铝合金在铬酸配成的溶液中会在表面获得一层氧化膜。该膜层具有厚度薄，不影响精密件的装配；同时也是油漆涂料的良好基底，结合力牢固；铬酸溶液对铝基体的溶解度小，对零件腐蚀影响小等优点。该工艺主要用于航空航天产品，一般工业应用较少。

自然界中的铬的存在形式有两种，三价铬和六价铬。其中三价铬是人体所必需的微量元素之一，参与人和动物体内的糖与脂肪的代谢。而六价铬则是毒性很大的物质，可引起贫血、肾炎、神经炎等疾病，长期与六价铬接触还会引起呼吸道炎症并诱发肺癌或者引起侵入性皮肤损害，严重的还会致人死亡。含有六价铬的污水如果没有经过处理直接排放，深入土壤和水后也会被摄入体内。而且六价铬不能自然降解，会在生物体内长期富集，是重度污染物之一。

而在使用铬酸阳极化后对污水进行处理需要花费大量的费用。随着社会发展进步，国家对环境保护要求越来越严格，人民群众的环保意识也日益加强，因此，越来越多的研究聚焦在铬酸阳极化的替代工艺上。

硼硫酸阳极氧化就是其中之一，其氧化膜层除了具有前述铬酸阳极化的优点外，还具有吸附力强，易染色，遮盖力强等优点。

2 研究现状

杨燕[1]等人的通过改进传统的铬酸阳极化工艺，引进硼硫酸工艺，不仅物料消耗变少，费用大幅降低外，还具有废水处理简单，节能环保综合性能优越的特点。

颜杰红[2]通过研究不同材料、不同状态的铝合金（2024包铝、2024裸铝、7075裸铝）分别经过铬酸阳极化、硫酸阳极化、硼硫酸阳极化后的性能试验数据，研究得出：试验所用所有铝合金的硫酸阳极化膜重均最大；2024裸铝的硼硫酸阳极化膜重略低于铬酸阳极化，其余铝合金铬酸阳极化膜重略低于硫酸阳极化。但是膜层外观显示，硼硫酸阳极化膜层较为致密，也反映在盐雾试验上，三者在耐蚀性能上无明显区别，均表现出较好的耐蚀性。硼硫酸阳极化膜重远低于硫酸阳极化，但由于其致密性，使其兼具较好的耐蚀性能和疲劳性能。以硼硫酸阳极化代替络酸阳极化是完全可行的。

除了环保因素以外，铬酸阳极化与其它化学氧化膜层相比在力学性能上也有一定劣势。

王邈[3]研究发现经过铬酸阳极化处理的铝合金的疲劳寿命有明显降低，研究同时对比了相同材料和实验条件下，经过化学氧化处理的试样的疲劳寿命相对空白试样的降低较少。使用航空领域使用较多的2024铝合金，在同样的应力水平下，经过铬酸阳极化处理的试样的疲劳寿命是空白试样的50%-70%，而阿洛丁处理的试样的疲劳寿命为空白试样的80%-90%。因此，在考虑疲劳性能的前提下，建议使用Alodine 化学氧化对 2024 包铝材料进行表面防护处理。

分析这两项处理方式的原理发现，铬酸阳极化是铝基体在溶液中氧化成膜，是基体溶解和膜层生成的过程；而阿洛丁化学转化处理则是铝基体在处理溶液中还原生成一层防护膜层，覆盖在基体上，对基体的破坏小，因此相对铬酸阳极化，化学氧化对试样的疲劳损失影响较小。

此外，杨景伟[4]等人的研究发现，2A70铝合金在铬酸阳极化后，在试样缺陷处发生了“树枝”状的腐蚀特征，且有一定的腐蚀深度，伴随腐蚀产物的脱落。通过对试样腐蚀表面微观形貌的观察以及发生腐蚀部位的成分分析发现，腐蚀部位的合金元素含量低于晶粒内部，同时氧元素的含量增加明显。进一步的研究发现，合金元素在热处理不当会后形成偏析相，如Al-Cu、Al-Cu-Mg、CuAl2等，聚集在晶界处，在腐蚀环境中形成阴极，而基体本身则为阳极，造成基体溶解，形成沿晶界进行的腐蚀形貌。