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介绍三种铝型材氧化膜开裂的检测方法

作者: 时间:2018-12-052827 次浏览


1.前言
本文介绍氧化膜开裂的三种检测方法:直接目视法、手电筒辅助目视法和硫酸铜溶液显色法,并叙述三种方法的检测要点和应用范围。
    根据GB5237.2标准修订的试验项目《磷酸溶液测试铝及铝合金(熔点660℃)阳极氧化膜封孔质量—电动势法》,用北京有色院生产的耐蚀仪对氧化膜进行耐蚀性能试验提出建议。
2.氧(Oxygen)化膜开裂的三种检测方法简述
2.1直接目视法是通过肉眼直接观察氧化膜是否出现裂纹,见下图。
检查的要点是在非直射光线下,顺着光观察氧化膜,距离为20厘米左右,角度为20度左右。建议尽可能旋转试样从多个角度进行观察,以避免对不明显裂纹的漏判。

图为:肉眼直接观察氧(Oxygen)化膜是否出现裂纹的方法
2.2手电筒辅助目视法是借助LED手电筒从不同方向照射氧化膜,角度(angle)为20度左右。以光线入射方向与氧化膜裂纹方向垂直时最为清晰。见下图

图为:手电筒辅助目视法检查铝材氧化膜
2.3硫酸铜溶液显色法是按GBT12967.5-2013《铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第5部分:用变形法评定阳极氧化膜的抗破裂性》,用CuSO45H2O 20克、HCl ρ=1.18g/ml  20ml(均为分析纯),定容于1000ml容量瓶中,摇匀。将氧化膜浸泡5分钟,如有裂纹则在氧化膜表面显现棕色纹路。见下图

图为:变形法评定铝(Al)材阳极氧化(oxidation)膜的抗破裂性
 

3.三种方法的应用范围
3.1直接目视法受人眼的视力、现场型材的放置及角度的影响,不易观察出氧化膜(oxidation film)裂纹,不是一种很准确的方法,容易产生漏判。
3.2手电筒辅助目视法可以方便、快捷、准确地判定是否产生氧化膜裂纹,便于现场环境下检查,是三种方法中予以推荐的方法。
3.3硫酸铜显色法是实验室条件下的一种检查方法,对于产生细小裂纹有较好的检查效果。
4.应用
4.1我司在GB5237.2标准修订过程(guò chéng)中承担了《磷酸溶液测试铝及铝合金(熔点660℃)阳极(anode)氧化膜(oxidation film)封孔质量——电动势法》试验项目,试验目的是通过(tōng guò)硝酸预浸磷铬酸法与电动势法的试验结果对比,探讨电动势法替代(用一物质代替另一物质(多为强者取代弱者的地位))硝酸预浸磷铬酸法的可行性。
试验原理是用电动势法检验阳极氧化(oxidation)膜的封孔质量:采用北京有色金属研究总院研制的耐蚀性试验仪,将试板预热至规定温度(80℃、70℃、60℃),倒入一定浓度的磷酸(化学式: H3PO4)溶液,开始计时,至试板与金属容器之间产生大于1mV的电动势时,停止计时,将该持续时间作为阳极氧化膜封孔质量的评定结果。汽车铝材轿车全铝车身比原钢材制品轻40%以上,汽车铝合金车轮减重可达50%左右。汽车轻量化的需求使得铝合金的发展面临一个更广阔的空间,据专家预测,汽车材料铝化率达到60%以上在经济上是可取的。据此推测,未来汽车的铝化极限可达30%~50%或以上。新的汽车铝材开发与应用集中在三个方面,其一,车身、车架全铝化及大型铝合金型材的开发应用。其二,防冲挡及车门刚性结构的全铝化。其三,转动部分零部件的全铝化。
在试验过程中,我司先选用80℃的温度,试验数据很不稳定,出现了相同的型材的相同面个点96.5秒,第二个点就只有2秒的现象,从目视观察就可以发现其表面出现明显的氧化膜裂纹。在第二个点时因氧化膜已开裂,在很短时间内就将氧化膜腐化侵蚀 穿,达到1mV。在复查已试验完的试样,多数已有氧化膜裂纹。
 
氧化型材封孔失重与耐磷(P)酸比对试验记录
型号
表面
封孔失重
(mg/dm2)
温度(temperature)

耐蚀时间(s)
面1
面2
面3
面4
DQ5506
砂面
16
80
6.2
38
 
 
140A05
砂面
25
80
102
87
 
 
90*25
银白
22
80
37.2
10.5
12.5
60
46.2
 
 
70
HX12B
砂面
18
80
35
26.2
12.2
 
23
 
15
 
C30*20
银白
20
80
96.5
0.5
 
 
2
0.5
 
 

4.2既然氧化膜受热会产生裂纹影响试验结果,需选择适当的试验温度才能达到试验数据的具有重现性和稳定(解释:稳固安定;没有变动)性。故首先要了解氧化膜在受热情况下开裂的基本性能指标,根据我司参加的《铝型材阳极(anode)氧化膜耐高温试验》的数据如下表:
铝型材阳极氧化膜(oxidation film)耐高温试验数据记录表
试 验 温 度     
样 品 规 格
55℃
61℃
67℃
73℃
79℃
85℃
厂家编码
膜厚级别
8-4-4
AA10
未裂
未裂
未裂

  
AA15
未裂
未裂

   
AA20

     
AA25
未裂

    
8-4-7
AA10
未裂
未裂

   
AA15
未裂

    
8-4-11
AA20
未裂
未裂

   
AA25
未裂
未裂
未裂
未裂
未裂
未裂
8-4-17
AA10
未裂
未裂
未裂

  
AA25
未裂

    
8-4-18
AA10
未裂
未裂
未裂

  
AA15
未裂
未裂

   
AA20
未裂

    
AA25
未裂

    
8-4-22
AA10
未裂

    
AA15
未裂

    
AA20

     
AA25

     
试验是氧化型材在每个温度下保温30分钟后用手电筒辅助目视法检查,上述型材的封孔工艺为室温封孔及60℃中温封孔。
从上表可以看出,氧化膜的热裂性能不好,受热后易产生开裂现象,并且随着膜厚的增加性能呈不断下降趋势(trend)。工业铝材按照应用的领域划分,工业铝型材是指除建筑门窗、幕墙、室内外装饰及建筑结构用铝型材以外的所有铝型材。所以试验时的温度不能一概而论,需针对每种不同膜厚的氧化膜的选用不同的试验温度。AA10的膜厚一般在60℃时不会开裂,AA15的膜厚一般在55℃时不会开裂,AA20的膜厚一般在55℃时会开裂。
5.结论及建议
本文介绍三种铝型材氧化膜开裂的检测(检查并测试)方法:直接目视法、手电筒辅助目视法和硫酸铜溶液显色法并对《磷酸溶液测试铝及铝合金阳极氧化膜封孔质量——电动势法》试验项目提出建议。铝托盘涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高,如硬度、耐磨性、耐酸性,可有效地延长铝型材的使用寿命。
5.1手电筒辅助目视法是一种检查氧(Oxygen)化(oxidation)膜是否产生裂纹的较好方法。
5.2在《磷酸溶液测试(TestMeasure)铝及铝合金阳极(anode)氧化膜封孔质量——电动势法》试验中对试验温度的选择应选择较低温度,并对不同膜厚的氧化膜选用不同的试验温度。在试验前后均需检查氧化膜表面,确定其是否开裂,如果有开裂现象则该个试验结果无效。
5.3目前对氧化膜的耐高温性能还没有具体的规定(guī dìng),希望能在行业内加强此项目的研究(research),给出具体指标。