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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要 本课题研究的是对铝合金进行表面氧化着色，通过正交实验设计找出最好的工艺条件，使铝合金看起来美观大方，并提高其耐磨性和耐腐蚀性，使铝合金更耐用，并满足铝合金在现代社会装饰方面的应用。对铝合金材料采用化学氧化处理，之后进行着黑色，在单因素实验基础上以正交试验确定着色液配方及工艺条件。黑色膜试样(片)颜色均匀深黑附着好耐磨擦，计算单位面积膜层质量，用划格法检验附着力，并用5%的氯化钠溶液检验耐腐蚀性。此工艺稳定性好，操作简单，成本低廉，着色液处理能力约为35 m2/L。黑膜性能可满足一般产品的使用要求。关键词：铝合金；化学氧化；着黑色 专心-专注-专业Abstract
2、 This research is of aluminum alloy, surface oxidation of the coloring, find the best process conditions by orthogonal experimental design, aluminum alloy looks nice, and improve the wear resistance and corrosion resistance make aluminum more durable and to meet the aluminum alloy decorated in a mod
3、ern society.Chemical oxidizing and following chemical blackening is applied to aluminum alloys，the blackening solution formula and process variables are determined by single factor test and orthogonal testThe uniformand compact blackening film has good adhesion，wear resistance，unit area of film qual
4、ity,the grid method test adhesion and corrosion resistance of 5% sodium chloride solution testThe process is stability，low cost and easy to operateThe treatment capacity of blackening solution is 3.5m2/L，the performance can satisfy the requirement of general productsKeywords：aluminum alloy，chemical
5、oxidizing，blackening目录 1引言 铝及铝合金作为重要的工业材料被广泛应用于汽车、航空、仪器仪表及建筑等领域，其中经氧化着黑色处理的铝制品尤为受到青睐。铝件着黑色以电解着黑色方法较为成熟，化学氧化因工艺稳定性差且所得氧化膜较薄，使得显色物质不易沉积到孔隙中形成牢固附着，故此应用实际的工艺介绍较为鲜见，但因其具有投资少、成本低、操作简便等优点，更适合一般铝制品的加工应用，本文通过实验对化学氧化着黑色工艺进行了探索。1.1 铝合金的概念 铝合金指以为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，
6、在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。1.2 铝合金的种类 按用途分为：铸造铝合金和变形铝合金，细分成各个牌号；按制造的成品分为：工业铝、航空铝、民用铝、导电铝几大类；按含铝量分为：熟铝和生铝；按形态分为：铝板、铝锭、铝线、铝杆、铝饼等；按生产出处分为：原生铝和再生铝。1.3 铝合金的物理、化学性质 铝属于两性金属，化学活泼性较大，在自然条
7、件下其表面会生成一层致密的氧化膜，这种天然氧化膜很薄，通常厚度只有几纳米到几十纳米。由于这种氧化膜的电导率非常低，因此能够阻止阴极反应，使铝不发生腐蚀。铝合金的电极电位较低，纯铝的电极电位为1.66V（SHE），在介质中，当与比它活泼的其它金属相接触时，铝会作为阳极而被腐蚀。但这种接触腐蚀与介质的电导率、阴阳极面积比以及极化作用有关。如铝与铜、镍、铅等接触时，若在电导率低的纯水中，几乎是安全的，但在电导率高的酸或盐的水溶液中则会急速腐蚀。铝在大气中虽然有良好的耐腐蚀性能，但大气温度、盐分及其他杂质种类的多少，对其影响较大。在碳酸盐、铬酸盐、醋酸盐和硫化物等中性水溶液中，耐腐蚀性能良好，但在pH
8、值为5-8并存在氯离子的水溶液中条件下，其腐蚀速率增大，甚至发生可能会点腐蚀。在酸性水溶液中，随氢离子浓度的增加，腐蚀加快。在硫酸，稀硝酸和磷酸中，耐腐蚀性能较差，尤其是在盐酸中，腐蚀更快。在浓硝酸中，由于能够形成致密而牢固的氧化膜，几乎不受腐蚀。在醋酸等有机酸中，铝一般具有良好的耐腐蚀性能。在碱性水溶液中，由于氧化膜的破坏而受到腐蚀，但在氨水中则因氧化膜再生而不腐蚀。1.4 铝合金的用途根据铝合金的成分和生产工艺特点，通常分为形变与铸造铝合金两大类。工业上应用的主要有铝-锰，铝-镁，铝-镁-铜，铝-镁-硅-铜，铝-锌-镁-铜等合金。变形铝合金也叫熟铝合金，据其成分和性能特点又分为防锈铝，硬铝
9、，超硬铝，锻铝和特殊铝等五种。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝锰合金、铝铜合金、铝铜镁系硬铝合金、铝锌镁铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制成各种
10、装饰板材、型材，作为装饰材料。 铝合金成本低，而且使用一种加工工艺可以大量生产同样的零部件，这也是他的特点之一。 它的材料特性是轻、容易加工、以及在可耐强度方面不象碳素纤维有一个最大受力范围。这是什么意思呢？也就是说，碳素纤维因为有纤维的特性所以在一定的纤维方向上受力能力很强，但是在在别的方向上的受力就会很差。在制造一个比较大的零部件时可能会使用好几层碳素纤维，在超过受力能力时该零部件就会象酥饼一样变得一层一层的。而铝合金在承受了一定的力量后，会慢慢变形再损坏。 还有就是铝合金容易加工和具有高度的散热性。特别是车辆引擎部分特别适合使用铝合金材料。这里几乎完全是铝合金的一家天下。 此外，铝合金的
11、加工工艺多种多样,通用性较强。 2 铝合金的表面处理技术表面处理的目的是把金属表面经过改性处理，使素材的特性与改性皮膜的特性有很好的附著，使之适用于各种不同的用途。铝及其合金足金属中应用表面处理技术最好的金属，铝合金的阳极氧化及其应用技术在近期有著非常迅速的发展。在铝合金的表面处理技术中。依据防腐蚀与装饰的目的可概括分为：阳极氧化和封孔技术、阳极氧化之后电解著色和化学着色技术、表面陶瓷阳极氧化技术和阳极氧化与涂装(包括电着)相结合的复合膜处理技术等。由于在建筑行业中铝合金应用的多样化及量大面广，这些技术均得到了很好的研究。从改善环境状况的规划出发，对金属和非金属的表面处理技术提出了严格的限制要
12、求，必须减少酸雾，降低污染物的放流量，也促进了表面技术的发展。另外伴随汽车工业的轻量化，广泛的采用铝台金。并相应的发展了表面改性的处理技术。同时随著世界大环境的变化，铝金属的高级装饰及多样化的应用表面处理技术也占了很重要的地位。2.1阳极氧化2.1.1阳极氧化原理以铝金属傲阳极。在稀硫酸或草酸溶液中经电解如(1)式，在铝金属表面生成氧化膜：3A1+3H2OA1203+6H+6e- (1)这种电化学反应依据法拉第定律如(2)式所述，通电量与氧化膜的厚度成正比。实际上电解液对氧化膜有溶解作用，氧化膜厚度较理论值减薄。d=M/6FpIt (2)d：代表氧化膜厚度M：代表A1203的分子量F：代表法拉
13、第常数p：代表A1203密度I：代表电流密度t：代表时间2.1.2 阳极氧化的处理方法表2-1 铝合金的阳极氧化处理方法类别系统方法电解液组 成（%）电流密度A/cm电压（V）温度（）处理时间（分）颜色膜厚（）应用酸性溶液硫酸硫酸防蚀方法H2SO410-20DC 1-210-2020-3010-30透明5-30硬质、防蚀、染色用草酸防蚀法（COOH)22H2O2-4AC 1-2DC 0.5-180-12025-3020-2920-60黄褐色半透明3以上耐蚀性大、耐磨耗、装饰（COOH）25-10DC 1-1.550-603010-30半透明15防蚀、装饰单独处理（COOH）23-5DC 1-2
14、40-6018-2040-60黄色10-62防蚀、装饰铬酸BengouhStuart法CrO32.5-3DC 0.1-0.50-404040-505040102055不透明灰色2.5-15保护、装饰用，含5%以上金属的合金不适用促进铬酸法CrO35-10DC 0.15-0.3403530不透明灰色2-3不适于门窗硼酸电容器法H3BO3，9-15D.C50-50090-95-2.5-7.5电解电容器用的导电薄膜Borax 0025D.C230-250-碱性溶液碱性过氧化物法NaOHH2O2DC 2-2030透明6复合膜阳极氧化用磷酸钠法Na3PO4 25DC 3-2030透明乳白7染色性能优良硬
15、质膜硫酸系硫酸10-20DC 24523-1200-260以上灰色30分1560分34 90分50120分150耐磨处使用Hv450-550草酸系草酸3-5AC 1-20DC 1-2080-20040-603-560以上黄褐色约20以上与硫酸法厚度一致适用高硬度、高耐磨处着色膜自然发色Kalcobar磺基水杨酸硫酸05DC 2-345-8020-35-20-30耐蚀耐磨优异处Duranodu300磷苯二磺硫酸0.5DC 2.530-7020-30-60耐蚀耐磨优异处电解着色浅田法金属盐硫酸铵硼酸AC10-50室温-各色-硫酸、草酸一次氧化后交流电之电解在微孔中沉积金属而着色表2-1是阳极氧化处
16、理方法，随著电解液种类的不同，电解条件的变化、氧化膜的性能也各异。要根据要求的性能不同而适当的选择氧化处理方法是很重要的，其中硫酸氧化法是容易掌握、比较稳定的一种方法。光泽处理、染色、电解着色等大半采用此种氧化工程，这是阳极氧化处理方法的重要处理方式称之为中心技术。通常硫酸法和草酸法之阳极氧化膜的工业化表面处理条件在JISH 9500阳极氧化操作标准中有详细规定。有关品质标准在JISH 860l中有规定，依照国际标准IS0 7599在西元1992年进行修订。有了大幅度的调整和提高。还有各种检查阳极氧化膜性能的方法及相关规定在JISH 8680-H 8686中均有要求。2.1.3 氧化膜着色氧化
17、膜着色是铝金属阳极氧化处理技术中最主要的特性，这是表面处理技术发展最广泛而倾注精力最大的方面。利用氧化膜多孔性进行染色，分为电解着色和氧化膜自然着色。染色法是由氧化膜微缩多孔的活化表面吸着染料而着色。有机染料可以制得多彩的色调，作业容易。但耐日光的坚牢性不好，大半选用于以铝铭牌、家电，音响制品和化妆品为主的室内装饰用。电解着色是从阳极氧化膜孔底金属起的金属化合物，利用电化学的析出而着色。最有代表性的是浅田法(工业化的成熟技术)。浅田法是用硫酸法制得氧化膜后，在金属盐的溶液中用交流电解着色，表2-2是金属盐种类不同的颜色变化。电解着色的氧化膜耐候性优良，颜色的深浅由电解条件控制，适于大量生产，在
18、性能方面和作业上均具有利条件。还有着色的均匀性，缩短着色对间、品质、生成以及成本的降低等，这些都是建材领域的主要考虑因素，而且是建材领域广泛应用的方面。自然着色法依据铝合金成份而分为直接发色和电解液发色二种方法。合会成份发色的主例如Al Si系和A1-Fe系合金，在硫酸溶液中，阳极氧化形成灰色系着色膜，大半用于大厦的外装饰，主要是建材方面的应用。合金发色的情况对素材的要求较为严格，素材的好坏对着色的影响很大。要求材质均匀，合金成份不能有偏析，这是着色好坏对素材提出的重要课题。电解发色是在有机酸添加的溶液中阳极氧化形成琥珀色系列的氧化膜。硫酸法的氧化膜比较硬。其耐磨性较好。颜色的深浅与皮膜厚度、
19、电压均有相当的关系。表2-2 交流电解着色法的处理条件 金属盐溶液组成温度电压时间颜色成分浓度（g/l）NiNiSO4H3BO3(NH4)2SO425301520AC 152-15淡青铜色、青铜色、黑色CuCuSO4H2SO4301020AC 152-15玫瑰红、黑色SeNa2SeO3H2SO451020AC 88薄的黄茶色MnKMnO4H2SO4202020AC 158彩色2.2 化学氧化膜2.2.1化学氧化膜的基本原理化学氧化是相对于阳极氧化而言的，是在一定的温度下，使清洁的金属表面与处理溶液中的氧化介质发生化学氧化反应而在金属表面生成与基体有一定结合力的、不溶性的氧化膜的方法。2.2.2
20、 化学氧化膜的性质铝及其合金的化学氧化膜与其自然氧化膜相比，厚度要大100-200倍，而与阳极氧化膜相比，具有以下优点：(1)化学氧化工艺具有膜的生成速率快、处理设备简单、成本低、生产效率高、对基体材质要求低等特点，适用于结构形状复杂工件的表面处理，可以大批量连续化生产。(2)化学氧化不需要电源，工件可以紧密地悬挂在一起，不必考虑分散能力问题。而在阳极氧化时，工件必须使用挂具夹紧。(3)化学氧化工艺稳定，操作方便，设备简单，溶液容易分析维护。(4)化学氧化膜耐腐蚀性能优良，作为涂料底层，与涂料的附着力比阳极氧化膜大，化学氧化膜能导电，可在其上电泳涂装。因此，近年来化学氧化技术得到了大的发展。然
21、而，化学氧化膜薄而质软，因此耐磨性和着色性差。在工业上，化学氧化常用于工件存放期间的腐蚀防护、室内装饰品以及屋面的氧化处理。2.2.3化学氧化膜的性能及主要用途 在铝金属表面浸渍溶液中，经化学反应生成的化学氧化膜只用于轻度防蚀，大半应用于涂膜的底膜处理。化学氧化膜的最大厚度也只能达到2m，其耐磨性能较阳极氧化膜低。但是，与形状复杂物同样厚度的氧化膜因为随后进行其他处理，如：亲水性、润滑性和分离性等处理。又比阳极氧化膜表现出更特别的应用性能，而呈现出重要的应用。2.2.4 铬酸盐系化学氧化膜 (1)碱性铬酸系氧化膜在碱性碳酸盐与铬酸盐为主的处理液中。经高温浸渍可以生成比较厚的氧化膜，大半用于铸物
22、防蚀处理，但溶液的过早老化及废溶液的处理问题尚未有很好的解决办法。(2)铬酸盐系氧化膜铬酸氧化膜有磷酸和铬酸氧化膜二种，为铝及其合金化学氧化膜的主要技术。铬酸氧化膜以铬酸和重铬酸为主要成份，并含有腐蚀剂氢氟酸非促进荆，或含有促进剂氢基化合物。含促进剂生成的氧化膜耐蚀性能较好，出于公害原因，考虑选用的比较少。一方面磷酸和铬酸盐氧化膜是以磷酸、铬酸为主要成份，并由含腐蚀剂之氢氟酸溶液制得。其耐蚀性较铬酸盐氧化膜为低，但可做为涂装的底膜处理。铬酸盐体系氧化膜作为涂装的底膜具有优良的附着力，可用低温溶液进行处理，还有溶液控制简单，作业效率很高的优点，同时可以连续进行加工处理。大半应用于各种加工制品和铝
23、珐琅盘、叶片等涂装前的底膜处理。（3）非铬酸盐体系氧化膜和涂装型铬酸盐体系氧化膜铬酸盐体系氧化膜对保护环境方面无公害是技术进步的研究方向。非铬酸盐体系氧化膜做为含有锆和铁处理剂的饮料罐涂装的底膜处理而实际应用。涂装铬酸盐体系氧化膜是经过不水洗处理而呈无公害化，采用丙烯酸树脂做为处理剂滚涂而不含铬离子的污染放流。复合扳材和散热片材的底膜处理大半采用此法。磷酸锌体系氧化膜大半选用于锻造加工时的润滑膜。近期汽车工业的车体用铝合金大半选用涂装的底膜处理工程。（4）亲水膜性氧化膜铝金属表面与热水或水蒸汽反应而产生Y水铝石质的亲水性氧化膜。2Al+4H20A1203H20+3H2O这种氧化膜与铬酸盐体系氧
24、化膜比较，在公害问题方面。除皮膜中不含有害物质外，其耐蚀性、涂膜致密性都比较适合于热交换器的防蚀处理。同时也大半选用于涂装制品的底膜处理亲水性氧化膜(Y一水铝石质)受水质的影响很大。良好氧化膜的生成要对使用水进行十分重要的管理。含有si、Fe离子会抑制氧化膜的生成，同时也影响氧化膜的变色。后处理进行蒸汽加压处理可以改善氧化膜的耐蚀性，其特点是氧化膜在潮湿环境中表面稳定。亲水氧化膜(Y一水铝石质)与其他氧化膜比较，氧化较困难。该法对形状复杂的制品较为容易处理，皮膜厚1m，在海水环境和含有重金属离子的环境，为了提高防蚀性能而采用此方法。含有镁盐及含有锂盐体系的亲水膜。用铁螯合后可以生成黄金色的亲水
25、膜，此皮膜生成以后，在矽酸溶液中进行处理对亲水性会有很好的提高。大半采用做为电解电容器的导电皮膜。 3 实验过程及结果分析3.1设计目的和意义铝及铝合金作为重要的工业材料被广泛应用于汽车、航空、仪器仪表及建筑等领域,为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术是铝合金使用中不可缺少的一环。从根本上说是为了解决或提高防护性、装饰性和功能性三大方面问题。铝的腐蚀电位较负，全面腐蚀比较严重，在于其他金属接触时电偶腐蚀特别突出。因此防护性是首当其冲的问题，阳极氧化和聚合物涂层是两种最常用的保护手段。装饰性是从美观靓丽出发提高外观品质，如光亮、着色等。为了持久保持装饰效果，
26、必须同时考虑和增加防护措施。其中经氧化着黑色处理的铝制品尤为受到青睐。铝件着黑色以电解着黑色方法较为成熟，化学氧化因工艺稳定性差且所得氧化膜较薄，使得显色物质不易沉积到孔隙中形成牢固附着，故此应用实际的工艺介绍较为鲜见，但因其具有投资少、成本低、操作简便等优点，更适合一般铝制品的加工应用，本文通过实验对化学氧化着黑色工艺进行了探索。3.2 实验方案的工艺设计3.2.1 实验材料门窗用铝合金、方形铸铝件3.2.2实验前材料处理实验前把一大块试样锯成不等的九块，为了方便计算试样的表面积，我们把试样的形状都锯成长方体，并且用砂纸把试样表面原来的氧化膜磨掉，使得试样的表面光滑平整，方便氧化着色。3.2
27、.3 氧化 本次实验使用化学氧化处理，且是碱性溶液氧化法，其处理液配方及工艺如下。Na2Cr04 18g/L Na2C03 45g/LNaOH 4g/L Na3P04 8g/LT 6070 t 15min3.2.4 着色化学氧化膜可以用各种无机化合物和有机染料着成多种颜色。高锰酸钾溶液就是一种常见的着色剂。着色液以Co化合物为显色组分，辅以KMn04 、NiS04,用HN03调pH值5左右，温度8090 ，时间约8min。3.2.5 正交实验设计本次课题研究中我们采用正交试验的方法，这是因为正交试验在不影响实验效果的前提下，能尽可能的减少试验的次数，这样就避免了全面做实验和高费用的弊端，正交设
28、计的主要工具是正交表。此次实验主要因素有乙酸钴，高锰酸钾和着色时间三个因素，每个因素有三个水平，NiS04的浓度我们为设定值，为2 g/L。我采用了三因素三水的正交表来做此次研究，以此找出最好的工艺方案。表3-1 因素与水品的设计 因素 水平A（Co(CH3COO)2）B（KMnO4） C（t/min）1 15g/L 2g/L 202 25g/L 10g/L 303 35g/L 18g/L 40根据正交表的设计规则，设计出下面正交表。单位：g/L 时间t：min表3-2 试验正交表 因素实验号A(Co(CH3COO)2)B（KMnO4）C（t）1152202151030315184042523
29、052510406251820735240835102093518303.3 实验后试样检验指标设计3.3.1 膜层单位面积质量测定以试样表面铬酸盐膜实验前后称量质量来计算单位面积上膜层质量。试样上铬酸盐膜的总表面积应足够大，以使试样前后质量差别明显。单位面积上的膜层质量与试样最小总表面积的对应关系见表3-3。表3-3 单位面积上的膜层质量与试样最小总表面积的对应关系单位面积山额膜层质量（g/）11-1010-2525-5050试样最小总表面积（2）4002001005025试样单位面积上的膜层质量按下式计算。m=(m-m)/A式中 m试样单位面积上的膜层质量，g/； m实验后试样的质量，g；
30、 m实验后试样的质量，g； A试样总表面面积，。单位面积膜层质量的大小对铬酸盐膜的性能有着较大的影响，例如：铬酸盐膜的接触电阻值较阳极氧化膜的低，且随着单位面积膜层质量的增加而增加。无色、淡黄或淡绿彩虹色铬酸盐膜层厚度较小，接触电阻值较低，且随着单位面积膜层质量的增加。接触电阻值增加很小。深色、深黄色或深绿色铬酸盐膜层厚度较大，且随着单位面积膜层质量的增加，接触电阻值增加较为明显。3.3.2 耐磨性检验用于检验铬酸盐膜耐磨性能的简单方法是用白纸（如实验用的滤纸）或无粒软橡皮轻擦试样表面，根据露出基体时所用的次数来表明耐磨性的的好与坏。但这种检验方法只能定性评价膜层的耐磨能，难于实现定量化。本次
31、课题试验中，我们考虑到实验的条件的限制，我们统一采用B5纸作摩擦材料，并且规定一去一回算作计数一次，行程为40cm，实验过程中必须保证每个试样的用于摩擦的平面的压强为唯一定值，为此，我们设计特殊的装置，在不同的试样上放不同的载荷来确保压强为一定值，直到试样刚露出基体时停止摩擦，记下次数。下图是我设计的摩擦装置：3.3.3 附着力的检测所谓附着力是指两种物质完全接触时，其界面作用的结合力。这种结合力可以来源于膜层-基体金属间的范德瓦耳斯力，静电作用力，也可以来自于化学键结合力等。在这种意义上定义的附着力是一种理想状态下的附着力，是实际膜层可能取得的最大附着力，实际上无法测量。所谓实际附着力则是指
32、利用各种方法实际测量所得到、是膜层沿膜-基界面区域分离所需的力或能量，也称附着强度。足够强的附着力是保证膜层耐久的重要因素，附着力好的膜层应附着、不起粉。目前尚无实效的测量铝及其合金铬酸盐膜附着力的方法，上面测定铬酸盐耐磨性的方法亦可用于附着力的检验。铝及其合金铬酸盐膜的附着力也可以通过测量涂覆与铬酸盐膜上的第二层有机漆膜的附着性来评估该铬酸盐膜的附着力。本实验采用的是划格法。试验时用切割刀具在准备好的规定试样表面上纵横垂直交叉切割6条平行切割线，用压敏胶带贴紧涂层切断处，然后以接近60的角度均匀撕去胶带。根据涂层脱落面积所占比例进行等级评定。试验结果分为05级，0级完好无损，5级表示涂层结合
33、力性能最差。如表3-4。3-4 附着力等级表分级说明发生脱落的十字交叉切割区的表面外观0切割边缘完全平滑，无一格脱落1在切口交叉有少许膜层脱落，但受影响的交叉切割面积不能明显大于5%2在切口交叉处和/或沿切口边缘有膜层脱落，受影响的交叉切割面积明显大于5%，但不能明显大于15%3膜层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落，和/或在格子不同部分上部分或全部剥落，受影响的交叉切割面积明显大于15%，但不能明显大于35%4膜层沿切割边缘大碎片剥落，和/或一些方格部分或全部出现脱落。受影响的交叉切割面积明显大于35%，但不能大于65%5剥落的程度超过4级3.3.4 耐腐蚀性能检验本次试验我们用全浸腐蚀试验法
34、来检验铬酸盐膜耐腐蚀性能。在进行全浸腐蚀试验时，试验溶液选用5%的氯化钠溶液。试样的腐蚀率我们用下式进行计算。B=8.76(m2- m3)/(At)式中 m腐蚀前试样质量，g； m腐蚀后试样质量，g； 试样的密度，g/cm3； A试样的表面积，m2； t试验时间，h； B腐蚀速率，mm/a。试验时间是指试验溶液达到规定温度后从试样浸入试验溶液时开始，直到试样取出时为止的时间。试验时间的长短由膜层的腐蚀状态以及基体金属是否能形成钝化膜而定。一般来说，试验时间较长的结果较准确。若基体金属易发生腐蚀，则试验时间不易过长。若基体金属易形成钝化膜，延长试验时间将会得到更为真实的结果。本次试验的时间定为7
35、2h。3.4实验结果与分析3.4.1 实验结果(1)试验前后的各个试样的质量与质量差表3-5 试样的质量与质量差123456789实验前试样质量（g）4.3484.3004.29526.3097.84727.0467.84927.9854.732实验后试样质量（g）4.3564.3084.30226.3357.85927.0707.86128.0064.740质量差（g）0.0080.0080.0070.0260.0120.0240.0120.0210.008(2) 试样的表面积因为试样的形状都是比较规则的长方体，所以可以用直尺量得各边边长，从而求得试样的表面积。表3-6 试样的表面积1234
36、56789面积A（cm2）10.0610.169.5825.5615.8226.0316.3026.9810.54（3）试样单位面积上的膜层质量由测得各个试样的试验前后质量和表面积，依照上面设计的求单位面积上的膜层质量方案，可得到各个试样单位面积上的膜层质量。表3-7 试样单位面积上的膜层质量123456789单位面积膜层质量（g/m2）7.957.877.3110.187.599.227.367.787.59(4) 试样的耐磨次数由上面设计的检测耐磨性的装置测得各个试样露出基体时的摩擦次数。表3-8 试样的耐摩擦次数123456789试样的耐摩擦次数136154185106223802049
37、0122（5）试样的附着力级别表3-9 试样的附着力级别123456789试样的附着力级数011201120(6）试样的腐蚀率由上面设计的全浸腐蚀实验法测得各个试样的腐蚀率。表3-10 试样做全浸腐蚀试验前后质量与质量差123456789实验前试样质量（g）4.3564.3084.30226.3357.85927.0707.86128.0064.740实验后试样质量（g）4.3554.3064.30126.3317.85727.0677.85828.0024.739质量差（g）0.0010.0020.0010.0040.0020.0030.0030.0040.001表3-11 试样的腐蚀率12
38、3456789试样的腐蚀率（mm/a）0.040.080.050.070.060.050.080.070.043.4.2 结果分析根据上面的检测结果以及正交分析的原则，找出着色的最佳条件。如表3-12所示：表3-12 正交结果分析表 试验号因素单位面积膜层质量（g/）摩擦次数附着力级别腐蚀速率（mm/a）ABC1152207.9513600.0421510307.8515410.0831518407.3118510.0542523010.1810620.0752510407.5922300.0662518209.228010.057352407.3620410.0883510207.78902
39、0.0793518307.5912200.04单位面积膜层质量K123.1125.4924.95各因素水平指标求和K226.9923.2225.62K322.7324.1222.26k17.708.508.32各因素水平指标和平均值k29.007.748.54k37.588.047.42极差R1.420.761.12摩擦次数K1475446306各因素水平指标求和K2409467382K3416387612k1158149102各因素水平指标和平均值k2136156127k3139129204极差R2227102附着力级别K1233各因素水平指标求和K2333K3322k10.711各因素水平
40、指标和平均值k2111k310.70.7极差R0.30.30.3腐蚀速率K10.170.190.16各因素水平指标求和K20.180.210.19K30.190.140.19k10.0560.0630.053各因素水平指标和平均值k20.0600.0700.063k30.0630.0470.063极差R0.0070.0230.010由表3-12我们可以看出，对于因素A，其对单位面积膜层质量的影响排第一位，此时取A2；对于因素B，其对腐蚀速率的影响是排在第一位的，此时取B3；对于因素C，其对摩擦次数的影响是排在第一位的，此时取C3；对于附着力的级别，三个因素的影响力是一样的。所以，综上所述，我们
41、得到的优组合是A2B3C3。结论(1)从最后我们得到的数据中可以看出，对单位面积膜层质量影响最大的因素是Co化合物的含量；对耐磨性影响最大的因素是着色的时间；对耐腐蚀性影响最大的因素是KMnO4的含量；对附着力的影响，三个因素是一样大的。(2)通过该次实验我们得到的最优组合是A2B3C3，也就是Co(CH3COO)2为25g/L,KMnO4为18g/L，时间t为40min。得到的最佳方案是：Co(CH3COO)2 25g/L KMnO4 18g/LNiS04 2g/L pH 5T 8090 t 40min经过该氧化着色处理过的试样，单位面积膜层质量大，耐磨性好，附着力好，耐腐蚀性能也不错，且黑色的外观也看起来美观，能够达到铝合金在现代装饰方面的应用。参考文献1李国英。表面工程手册。机械工业出版社。1998年12月第一版2宋日海，郭忠诚等。铝及铝合金阳极氧化着色及封闭的现状和发展趋势J电镀与涂饰2002，21(6)：27333武恭,姚良均,等.铝及铝合金材料手册M.北京:科学出版社,1994:256.4吴敏铝及其台会表面