3003铝合金硬质阳极氧化膜封闭工艺及其性能研究

摘要

3003铝合金为Al-Mn系合金，具有良好的耐腐蚀性、导热性及优良的可加工性能，广泛应用于建筑装饰、家用厨具、制冷器件、电子、航空航天等方面，是应用最广的一种防锈铝。铝的硬质阳极氧化是在铝合金表面通过硬质阳极氧化处理形成一层硬度较高、膜层较厚的致密氧化膜。但由于阳极氧化膜的多孔层存在大量微孔结构单元，容易被易吸附介质和强腐蚀介质腐蚀破坏。因此为了提高其耐蚀性必须进行封孔处理。目前，阳极氧化膜封闭技术的研究方向愈加倾向于高效、环保。
　　本文首先采用单一硫酸基础电解液，通过恒电流密度方式对3003铝合金进行硬质阳极氧化处理。再采用复合封闭方式在硬质阳极氧化膜的表面形成一层具有优异耐碱性能的有机、无机或无机-有机复合薄膜。采用扫描电子显微镜观察不同方法封闭膜层腐蚀前后的表面形貌，同时研究了各膜层的耐碱性能。结果表明，硬脂酸水溶液封闭可提升硬质阳极氧化膜的防腐蚀性能。最优封闭液组成及工艺参数为:硬脂酸SA:1.0～2.0 g L-1;添加剂A:12.5～17 g L-1;添加剂B:1.5～2.0 gL-1;封闭温度:95～100℃;封闭时间:30min; pH=7.5～8.5。
　　以硫酸硬质阳极氧化膜为基础试样，采用两种无机盐封闭技术与硬脂酸封闭技术进行复配，制备了无机-有机复合膜层，研究了复合膜层腐蚀前后的表面形貌、耐蚀性能及机理。以耐强碱测试结果为判定膜层耐碱性的依据，比较了采用不同封闭方法处理后的膜层耐碱性能。结果表明，最好的封闭方法为6#封闭方法（硅酸盐-硬脂酸复合封闭），其明显提高了铝硬质阳极氧化膜的耐碱性能且碱液腐蚀开始冒泡时间最长可达22 min。耐强碱性能最佳的封闭液及工艺参数为:硬脂酸SA:1.0～2.0 g L-1;添加剂A:12.5～17 g L-1;添加剂B:1.5～2.0 g L-1;硅酸盐溶液C:20 vol％;添加剂D:3～5 g L-1;封闭温度:95～100℃;封闭时间:30 min; pH=7.5～8.5。
　　采用有机酸A:60 g L-1，有机酸B:40 g L-1和无机酸C:3～5 mL L-1的混合酸电解液，通过恒电流密度方式对3003系铝合金进行硬质阳极氧化。再对混合酸硬质阳极氧化膜进行复合封闭处理，采用不同的封闭方法在其表面形成不同的封闭保护层。通过扫描电子显微镜及耐蚀测试研究了复合膜层与混合酸硬质阳极氧化膜的结合性能及整体耐蚀性。比较得知:混合酸硬质阳极氧化膜耐碱性比普通硫酸硬质阳极氧化膜耐碱性强;硬脂酸SA+添加剂A+添加剂B及硬脂酸SA+添加剂A+添加剂B+硅酸盐溶液C+添加剂D的混合封闭体系具有较好的封闭作用，碱液腐蚀开始冒泡时间最长可达22min，能明显提高混合酸硬质阳极氧化膜的耐碱性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铝概述

1．2 铝的硬质阳极氧化

1．3 铝硬质阳极氧化膜形成原理及膜层结构

1．3．1 氧化膜形成原理

1．3．2 阳极氧化膜膜层结构

1．4 铝硬质阳极氧化膜的制备

1．4．1 硫酸硬质阳极氧化

1．4．2 混合酸硬质阳极氧化

1．5 铝阳极氧化膜的耐碱腐蚀性

1．6 铝阳极氧化膜的传统封闭方法

1．6．1 常温封闭法

1．6．2 中温封闭法

1．6．3 高温封闭法

1．7 铝的硬质阳极氧化膜有机酸封闭技术

1．8 论文选题意义及主要研究内容

1．8．1 论文选题的意义

1．8．2 论文研究的内容

第2章 3003铝合金硬质阳极氧化膜硬脂酸封闭技术的工艺研究

2．1 实验方法与条件

2．1．1 实验材料与仪器

2．1．2 实验药品

2．2 膜层的制备工艺及流程

2．2．1 制备铝硬质阳极氧化膜的预处理工艺及流程

2．2．2 硬质阳极氧化电解液组成及工艺参数

2．2．3 膜层的封闭工艺及流程

2．3 硬质阳极氧化膜层性能检测

2．3．1 表面形貌的表征

2．3．2 膜层性能检测

2．4 结果与讨论

2．4．1 3003系铝合金在硫酸电解液中的硬质阳极氧化曲线

2．4．2 不同封闭方法的硬质阳极氧化膜形貌和颜色的比较

2．4．3 不同封闭方法的硬质阳极氧化膜的耐蚀性比较

2．4．4 封闭液组成及浓度对膜层性能的影响

2．4．5 3003系铝合金硬质阳极氧化膜硬脂酸封闭后外观图

2．5 本章小结

第3章 3003铝合金硬质阳极氧化膜无机盐-硬脂酸复合封闭技术的工艺研究

3．1 实验方法与条件

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验药品

3．1．3 电解液组成及工艺参数

3．2 膜层的制备工艺及流程

3．2．1 铝硬质阳极氧化膜的制备工艺及流程

3．2．2 膜层的封闭工艺及流程

3．3 硬质阳极氧化膜层性能检测

3．3．1 表面形貌的表征

3．3．2 膜层耐蚀性能检测

3．4 结果与讨论

3．4．1 不同封闭方法的硬质阳极氧化膜形貌和颜色的比较

3．4．2 复合封闭方式对阳极氧化膜耐蚀性能的影响

3．4．3 3003系铝合金硬质阳极氧化膜封闭后外观图

3．5 本章小结

第4章 3003铝合金混合酸硬质阳极氧化膜复合封闭技术的工艺研究

4．1 实验方法与条件

4．1．1 实验仪器

4．1．2 实验药品

4．1．3 电解液组成及工艺参数

4．2 膜层的制备工艺及流程

4．2．1 铝硬质阳极氧化膜的制备工艺及流程

4．2．2 膜层的封闭工艺及流程

4．3 硬质阳极氧化膜层性能检测

4．3．1 表面形貌的表征

4．3．2 膜层耐蚀性能检测

4．4 结果与讨论

4．4．1 3003系铝合金在混合酸电解液中的硬质阳极氧化曲线

4．4．2 混合酸硬质阳极氧化膜与硫酸硬质阳极氧化膜的表面形貌比较

4．4．3 不同封闭方法的硬质阳极氧化膜形貌和颜色的比较

4．4．4 复合封闭方式对阳极氧化膜耐蚀性能影响的研究

4．4．5 3003系铝合金硬质阳极氧化膜封闭后外观图

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢