航空航天业中阳极氧化处理概述

作者：AluConsult, LCC公司 Anne Deacon Juhl    来源：Ringer

欢迎访问e展厅 展厅 7 喷涂/清洗/表面工程展厅 PVD涂层设备, 电镀设备, 热镀锌设备, 超声波清洗机, 静电喷粉机, ... 航空航天业需要的不仅是其所使用的材料，对终端产品进行表面处理也成为非常重要的一部分。化学转化膜作为一种涂层发挥着重要作用——增强附着性。不过，无论是作为一种精饰方式还是航空航天领域的一种应用，他们都不能与阳极氧化相媲美。 由各种阳极氧化处理形成的氧化膜效果更佳，与化学转化膜相比可产生更好的耐腐蚀和耐磨损薄膜。各种工艺均通过电解形成氧化膜。阳极氧化处理是使铝在给定电解质中作为阳极，通过一定的电流密度，在其表面形成一层氧化物覆盖层的过程。电解质的类型，所产生的反应及操作参数将决定所形成氧化膜的结构和性能。 本文将概述不同的阳极氧化工艺在现今航空航天业中的应用。 各种各样的阳极氧化工艺 在过去一个世纪中，许多不同的电解质已为人测试、使用并获得专利，而仅留下几个重要的用于工业制程。根据阳极氧化的“圣经”——Wernick、Pinner及Sheasby所著的《铝及铝合金的表面处理和精饰》所示，三个最重要的元素是铬酸、硫酸或草酸。1诸如磷酸和硫酸的混合物现在已被用于航空航天工业阳极氧化工艺中。 Bengough与Stuart在1923年获得专利的铬酸阳极氧化处理（CAA）是第一个投入商用的阳极氧化工艺，紧随其后的是1927年获得专利的第一个硫酸阳极氧化工艺（SAA）。 草酸是日本在1950年代中期引进的。现今主要的兴趣是将其作为硬涂层阳极氧化处理（HCA）附加的酸，与纯硫酸电解液相比，它可增加更硬涂层的生产速度。 磷酸阳极氧化处理（PAA）及硼酸硫酸阳极氧化处理（BSAA）均由波音公司研发，前者起到表面结构性粘结作用，后者则可替代铬酸阳极氧化处理（CAA）处理一些非关键的疲劳零件。 最常用的阳极氧化工艺是硫酸阳极氧化处理，但在航空航天应用中则有所不同。 铬酸阳极氧化主要是用于保护各种交界处的关键结构。耐腐蚀性能是否优良与涂层的厚度有关，通常为0.08-0.2mil。与其它工艺相比，此工艺形成的氧化膜更为柔软，孔更少，且没有任何重要物质的疲劳损失。该薄膜很容易被损坏，颜色为不透明的浅灰色。当该薄膜被重铬酸盐密封剂密封后，便会呈现绿色。 该工艺被电压所控制，根据特定类型，电压从一开始会逐步被提升至40伏。采用两种符合军事规格MIL-A-8625F的工艺，I型和IB型，前者是传统的由40伏特左右的电压产生的涂层，IB类型则使用20至22伏的电压。 硫酸阳极氧化主要的用途可分为两种，II类型涂层和III型涂层。II类型涂层主要用于装饰性或保护性应用，而硬涂层氧化膜（Ⅲ型）则适用于工程应用，如航空航天工业。 MIL-A-8625F指定由电解铝及铝合金处理后的III类型的涂层统一生产阳极氧化涂层。只要能生产出厚的致密的涂层，该类型涂层就能为操作制程提供多样性。 由此产生的硬质薄膜非常依赖所使用的铝合金2。第一种工艺使用电流较高和温度较低的电解液。这些工艺参数给更高的2000系列的铜合金——航空航天业最喜欢的一些合金带来一些困难。因此，人们对此做出许多努力以减少这些困难。3,4在硫酸电解液中添加草酸成为主要的改进之一。此外，电解液温度变化，使用不同电源及脉冲方法也已被开发出来。 磷酸阳极氧化基本上用于高湿环境中的结构性粘接。这个过程即被称为波音加工，并在10-15V下进行。当处于不利条件时，此工艺形成的氧化膜比铬酸及硫酸中形成的薄膜具有更好的耐久性。形成粘合剂这一重要特性的原因之一据说是氧化膜的形态，其应该是一种含有须晶小孔的膜或是表面顶部带有隆起物的薄膜。 最后提及的阳极氧化工艺是新的硼酸-硫酸阳极氧化。这是含有六价铬的铬酸电解质的替代物。（六价铬是致癌物，且是已被淘汰的金属处理工序。因此，不含六价铬的电解质尤为必要。）由硼酸硫酸电解液形成氧化膜所具有涂层附着力与铬酸形成的涂层附着力相当，甚至更为优良。 这个过程受到电压控制，并升至15V。热的稀释的铬酸盐溶液中的密封剂需达到令人满意的耐腐蚀性。 上述的阳极氧化工艺是现今航空航天业的基础。应该记住的是不同范围内的操作条件有所不同，而且大部分的规格是一般准则。因此，最重要的是需记住在选择正确的阳极氧化工艺前应确定其性能准则。 参考文献 1. Wernick, S., Pinner, R. and Sheasby, P.G., "The Surface Treatment and Finishing of Aluminum and its Alloys", 5. Ed., Finishing Publications LTD., Teddington, Middlesex, England, 1987. 2. Juhl, A. Deacon, "Hard Anodizing of Aerospace Aluminum Alloys", Light Metal Age, June 2009. 3. Lerner, L., Sanford Process Corporation, "Hard Anodizing of Aerospace Aluminum Alloy", presented at IMFAIR09, 10-11 June, 2009, Royal Air Force Museum, Cosford, Shropshire UK. 4. Schaedel, F., "Improving Anodize Wear and Corrosion Resistance by Combining Modified Electrolyte Chemistry with Advanced Waveform Pulse Ramp Technology", AAC 17th Anodizing Conference & Exposition, October 28-30, 2008, San Francisco. 5. Munk, F., "State of the Art Hardcoat Anodizing Power Supplies", IHAA, 9th Technical Symposium, Canada, Sept., 2002 6. Juhl, A. Deacon, "Pulse Anodizing of Extruded and Cast Aluminium Alloys", Ph.D. thesis, Inst. of Manufacturing Engineering, The Technical University of Denmark, July, 1999. 7. Juhl, A. Deacon, "Why it Makes Sense to Upgrade to Pulse Anodizing", Metal Finishing, July/August 2009. 作者简介 Anne Deacon Juhl博士是美国加州圣地亚哥AluConsult, LCC公司的一名经理，并撰写了与阳极氧化工艺相关的十余篇论文。她获得了丹麦科技大学挤压和铸造铝合金脉冲阳极氧化博士学位。Juhl博士还是国际表面处理学会（ISFA）高级导师，并指导ISFA在全国各地的阳极氧化研讨会。Juhl博士同时还是以下组织的成员：国际硬质阳极氧化学会、铝阳极氧化委员会、美国材料信息学会。可通过adj@aluconsult.com与她联系。欲知其他信息，请访问www.anodizingworld.com。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/18/2010)