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陽極氧化提高鋁合金船殼耐蝕性

2016-01-19 09:34:59

一、鋁合金的表面防腐處理方法

隨著各國航運事業(yè)的發(fā)展和效率的需要，高速客運船舶越來越多的使用了鋁合金為船體結(jié)構(gòu)和材料。海水的成分復(fù)雜，對船體的腐蝕也非常嚴重。海水中的氧、氯離子以及復(fù)雜的海生物是海水腐蝕的主要因素，氯離子等多種離子構(gòu)成了電解質(zhì)溶液，使得海水腐蝕具有電化學(xué)腐蝕的特性。由于防銹鋁的屈服強度一般只是普通低碳鋼的1／2，抗拉強度是普通低碳鋼的2／3，疲勞性能較差，而且鋁合金船體的外板較薄，一般只有5～6mm左右，所以鋁合金的腐蝕和防護具有重要意義。

鋁及其合金材料由于其高的強度／質(zhì)量比、加工易成型以及優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，其用量為僅次于鋼鐵的第二大類金屬材料。鋁合金在大氣條件下，其新鮮表面立即生成自然的氧化膜，這層氧化膜非常薄，一般在0.005～0.015μm的范圍內(nèi)，易破損，在酸堿性條件下迅速溶解。同時，鋁合金材料硬度低，耐磨性差。因此鋁合金在使用前往往須經(jīng)過相應(yīng)的表面處理以滿足其對環(huán)境的適應(yīng)性和安全性，減少腐蝕，延長使用壽命。通過適當(dāng)?shù)谋砻嫜趸幚恚趸さ暮穸瓤梢栽黾?00～200倍。

目前，隨著船體結(jié)構(gòu)材料對鋁合金耐腐蝕性能要求不斷提高，陽極氧化、化學(xué)氧化、磷化、鉻酸鹽處理、微弧氧化、熱噴涂等表面處理工藝在提高船體材料鋁合金材料耐腐蝕性能方面受到廣泛應(yīng)用。常見的鋁及其合金的表面處理方法有電鍍、化學(xué)鍍、陽極氧化處理、化學(xué)氧化、磷化處理、鉻酸鹽處理、微弧氧化、熱噴涂等。

以上方法各具特點：

陽極氧化法被稱作鋁合金表面處理的“萬能”技術(shù)，應(yīng)用最為廣泛；鋁及其合金的陽極氧化膜的厚度可達幾十至幾百微米，不但具有良好的力學(xué)性能和耐蝕性能，而且還具有較強的吸附性能，采用各種著色方法后可以得到美觀的裝飾外表。

鋁合金陽極氧化

化學(xué)氧化是指在一定的溫度下，使鋁表面與溶液發(fā)生化學(xué)作用，形成一層致密氧化膜。鋁合金經(jīng)化學(xué)氧化處理后所得膜層厚度一般為 0.5～4μm，膜層多孔具有良好的吸附性，可作為有機涂層的底層，但其耐蝕性和耐磨性均不如陽極氧化膜好。化學(xué)氧化的設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，成本低，適合用于很難用陽極氧化方法獲得完整氧化膜的大型、復(fù)雜、組合或微型零件的處理。

微弧氧化技術(shù)是指通過電解液中等離子體弧光放電作用，使鋁合金表面形成一層以α-A12O3和γ-A12O3為主的硬質(zhì)陶瓷層，其層的厚度超過陽極氧化，硬度優(yōu)于電鍍表面，且前后處理簡單，是一種很有發(fā)展前途的表面處理工藝。

磷化處理就是用含有磷酸、磷酸鹽和其他化學(xué)藥品的稀溶液處理鋁合金，是鋁合金表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾木哂兄械确牢g作用的不溶性磷酸鹽層。但是對于鋁合金來說，應(yīng)用范圍很小，獲得的鋁合金的耐蝕性低于其他方法獲得的鋁合金鍍層，故一般這種處理方法幾乎不用于防護目的，唯一使用的場合是作為冷變形加工的前處理。

電鍍是將直流電通入具有一定組成的電解質(zhì)溶液中，在電極與溶液之間的的、界面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)），進而在鋁合金表面上形成致密均勻的氧化鋁膜。其缺點是電鍍液配方復(fù)雜，污染嚴重，能耗大。

化學(xué)鍍是利用合適的還原劑，是溶液中的金屬離子有選擇性地在經(jīng)催化劑活化的鋁合金表面上還原析出金屬鍍層。一般多用化學(xué)鍍鎳來提高鋁合金表面的耐蝕性和耐磨性。

二、鋁合金陽極氧化的發(fā)展現(xiàn)狀

過去由于制鋁業(yè)落后．表面處理技術(shù)發(fā)展緩慢，鋁合金的陽極氧化比國外整整曉20年，為趕超世界先進水平，我國鋁業(yè)工作者進行了不懈的努力，陽極氧化技術(shù)得到了進一步提高。

陽極氧化仍是我國現(xiàn)代最基本和最通用的鋁合金表面處理方法，它是將鋁合金置于一定的電解質(zhì)溶液中，施加陽極電壓進行電解，便可在其表面生成一層致密的氧化膜。陽極氧化可分為普通陽極氧化和硬質(zhì)陽極氧化。其中普通陽極氧化的方法主要有硫酸陽極氧化、鉻酸陽極氧化、草酸陽極氧化、磷酸陽極氧化等，普通陽極氧化的工藝改進有：

1、寬溫快速陽極氧化技術(shù)

2、硼酸-硫酸陽極氧化工藝

3、鋁在鉻酸中高電壓陽極氧化

4、鋁在磷酸中恒壓陽極氧化

5、高濃度酸加硫酸鎳快速氧化；

硬質(zhì)陽極氧化的方法有：

1、硫酸硬質(zhì)陽極氧化法

2、混合酸常溫硬質(zhì)陽極氧化法

3、脈沖硬質(zhì)陽極氧化法

4、鑄鋁合金硬質(zhì)陽極氧化法

5、低壓硬質(zhì)陽極氧化法

恒定電流密度下鋁合金硬質(zhì)陽極氧化。鋁及鋁合金電解著色工藝所獲得的色膜具有良好的耐磨、耐曬、耐熱性、抗化學(xué)腐蝕性，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑。

鋁合金硬質(zhì)陽極氧化

在鋁型材的防腐蝕工程中，電解著色工藝將得到更廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。鋁合金表面處理的著色工藝目前主要有陽極化鋁光干涉電解著色工藝、鋁合金表面著亮黑色工藝。鋁陽極氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力，容易受污染和腐蝕介質(zhì)侵蝕，必須進行封孔處理，其目的是提高耐蝕性，提高抗污染能力和固定色素體。常用的封孔處理方法有熱水封閉法、蒸汽封閉法、重鉻酸鹽封閉法、水解封閉法。

最新研究成果表明，對于船殼用鋁合金的耐蝕性可以通過對LYl2進行恒定電流密度下的陽極氧化，并用雙酚A型環(huán)氧樹脂，220℃下，6小時封閉處理，來提高鋁合金船殼的耐蝕性。