铝合金阳极氧化膜耐磨性测试的研究

纪 红，李永丰

(北京有色金属研究总院分析测试技术研究所，北京 100088)

引 言

铝合金产品在航空、电子、工业型材、建筑型材、汽车装饰部件、民用装饰五金件及太阳能支架材料等方面有着广泛的应用，但由于铝的电极电位较负，容易发生腐蚀，因此为了提高装饰效果、增强耐腐蚀性及延长使用寿命，铝合金一般都要经过表面处理后才能投入使用。而阳极氧化就是铝合金表面处理最常用的手段之一，经过处理后的铝合金表面可形成一层阳极氧化膜，具有防护、耐蚀、耐磨、装饰及绝缘等作用。随着铝合金阳极氧化的广泛应用，需要对其质量进行监控和检测。耐磨性是衡量膜层优劣的一项重要质量指标，它反映了阳极氧化膜对摩擦作用的抵抗能力［1］。

铝合金阳极氧化膜的耐磨性可通过落砂试验、喷磨试验及轮磨试验等方法进行测试［2-4］。目前国内多采用落砂法，由于落砂试验的结果与试验过程的环境因素，砂粒的形状，砂粒的使用次数等因素有关系［5］，导致得到的测试数据比较分散，同时落砂试验所需时间长，劳动强度大，因此近年来人们开始尝试使用试验参数要求严格，试验时间短的喷磨试验来评价铝合金阳极氧化膜的耐磨性。在新修订的相关标准中也开始规定采用喷磨试验来评定铝合金阳极氧化膜的耐磨性［6-7］，但喷磨试验在我国目前开展的不多。本文从稳定性、精密度和重现性等几方面对喷磨试验进行考察，旨在对其应用进行探索。

1 实验部分

1.1 仪 器

喷磨试验所用的仪器为喷磨试验仪，图1给出了仪器的示意图，其中试样面与喷嘴的轴线成55°，试样面到喷嘴底端的垂直距离为10mm，所用磨料是粒径为F100的绿碳化硅。使用前将磨料于105℃下烘干2h。实验终点的判定是当试验中裸露出的基体直径达到2mm时停止，并记录磨穿试样所用的时间。

图1 喷磨试验仪示意图

1.2 原 理

喷磨试验的原理是在指定的条件下(包括气体压力、磨料流速、磨料下落高度、试验角度及试样距喷嘴的高度等)，用干燥的空气流或惰性气体将干燥的磨料颗粒喷射在试样的检验区上，至裸露出的金属基体达到预设的尺寸，试样的耐磨性用喷磨时间来表示，试样的结果需和标准试样的结果相比较，以平均耐磨性的方式来衡量试样的耐磨性［2］。

1.3 试样制备

选用尺寸为140mm×70mm×1mm的1050铝合金，在进行碱浸脱脂处理后，用硫酸电解液进行阳极氧化，溶液组成为 180g/L硫酸，5～10g/L Al3+，氧化 θ为 20℃，Ja为 1.5A/dm2，氧化 t为45min，之后进行沸水封孔，封孔液为pH=5.5 ～6.5的1g/L醋酸铵溶液，封孔t为60min。

1.4 实验步骤

将试样固定在试样台上，其受检面与喷嘴相对，磨料的流速为29g/min。压缩空气的流速为3.2 m3/h，压力为15KPa。用喷磨试验仪测量试样的平均耐磨性，以试样裸露出的基体直径达到2mm为试验终点。记录时间，在每个试样上平行测量三次，取平均值为耐磨性R，其计算公式如下:

式中:R为以标准试样的平均耐磨性，无量纲值;S为试样的耐磨性参数，s;d为试样上的检验面原始膜厚，μm;K为喷磨系数，μm/s，本文所用仪器的 K 值为5.7μm/s。

2 结果与讨论

2.1 稳定性试验

取同一块试样，分别于不同时间进行喷磨试验(每两次测试的时间间隔为7d)，测试平均耐磨性，结果见表1。

表1 喷磨稳定性试验结果

从表1的结果进一步计算可得到:试样平均耐磨性的均值为9.6，相对标准偏差(RSD)=7.4%，表明不同时间下的喷磨试验结果基本稳定。相关的计算公式如下:

平均值:

标准差:

式中:S为平均耐磨性的标准差;

相对标准偏差:

2.2 精密度试验

取同一块试样，在其不同位置进行喷磨试验，计算平均耐磨性及相对标准偏差。平均耐磨性测试结果见表2。由表2的数据计算得到，试样平均耐磨性的均值为9.3，RSD=2.3%，表明喷磨试验精密度良好。

表2 喷磨精密度试验结果

2.3 重复性试验

取同一批的5块试样进行喷磨试验，在其不同位置进行喷磨试验，计算平均耐磨性及相对标准偏差。平均耐磨性测试结果见表3。由表3的数据计算得到，试样平均耐磨性的均值为9.3，RSD=5.2%，表明喷磨试验具有良好的重复性。

表3 喷磨重复性试验结果

3 结语

喷磨试验是一种简单易行的测量铝合金阳极氧化膜耐磨性的测试方法，该方法可通过在试样表面形成一定尺寸的裸露基体来做为试验终点，其重复性、精密度和稳定性的相对标准偏差都在10%之内。该方法试验时间短，劳动强度低，可以提高分析检测的效率，为监控相关产品质量提供了快速的检测方法，可在生产实践中推广应用。

［1］朱祖芳.铝合金阳极氧化与表面处理技术［M］.北京:化学工业出版社，2004:306.

［2］GB/T12967.1-2008，铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第1部分:用喷磨试验仪测定阳极氧化膜的平均耐磨性［S］.

［3］GB/T12967.2-2008，铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第2部分:用轮式磨损试验仪测定阳极氧化膜的耐磨性和耐磨系数［S］.

［4］GB/T12967.7-2010，铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第7部分:用落砂试验仪测定阳极氧化膜的耐磨性［S］.

［5］朱祖芳.铝合金建筑型材阳极氧化膜的性能分析及质量评价［J］.电镀与涂饰，2008，27(4):30-33.

［6］GB/T8013-2007，铝及铝合金阳极氧化膜与有机聚合物膜［S］.

［7］YS/T773-2011，太阳能电池框架用铝合金型材［S］.