铝及铝合金阳极氧化 氧化膜检测

铝及铝合金阳极氧化膜检测

铝及铝合金阳极氧化是一种应用广泛的表面处理工艺，通过电化学方法在金属表面生成一层致密、稳定的氧化铝膜。这层氧化膜不仅提升了材料的耐腐蚀性、耐磨性，也改善了其装饰性（如着色、增加光泽）和功能性（如提高绝缘性、增强涂层附着力）。为确保氧化膜能满足预期的使用要求，对其进行系统、规范的质量检测至关重要。检测的重点项目主要涵盖以下几个方面：

一、 膜厚检测 膜厚是氧化膜最基本也是最重要的指标，直接影响其耐磨、耐蚀等核心性能。

1. 测量方法：
   • 涡流测厚法： 最常用、便捷的无损检测方法。利用探头在氧化膜表面产生高频涡流，通过测量涡流变化量换算膜厚。适用于绝大多数阳极氧化膜，尤其现场快速检测。
   • 金相显微法（横截面法）： 将被测样品切割、镶嵌、研磨、抛光后制成金相试样，在显微镜下直接观察并测量氧化膜横截面的厚度。此法是最准确、最可靠的仲裁方法，但属于有损检测，操作较复杂且周期长。
   • 分光显微法： 主要用于测量透明或着色氧化膜（特别是建筑铝型材）的膜厚。利用特定波长的光在氧化膜表面的干涉效应，通过光谱分析计算膜厚。对测量面平整度要求较高。

二、 耐磨性检测 评估氧化膜抵抗摩擦、刮擦、磨损的能力，对频繁接触或易受摩擦的零部件尤为重要。

1. 测量方法：
   • 轮式磨损试验： 使用特定材质（如橡胶或磨料轮）和压力的磨轮，在试样表面进行规定次数的摩擦旋转运动，观察磨损程度直至露出基体金属。常用指标是磨穿膜层所需的总转数。
   • 落砂磨损试验： 将一定粒度和流速的磨料砂粒（如碳化硅）从固定高度垂直冲击试样表面，直至磨穿氧化膜露出基体。测量磨穿所需砂砾的总质量。
   • 喷磨试验： 使用压缩空气将特定磨料（如氧化铝粉）喷射到试样表面，测量磨穿膜层所需的时间或磨料消耗量。
   • 往复刮擦试验： 使用特定形状和硬度的划针，在恒定负载下在试样表面进行直线往复刮擦，评估划痕深度、宽度或临界失效负载。

三、 耐腐蚀性检测 评估氧化膜抵抗环境介质（如潮湿、盐雾、化学物质）侵蚀的能力，是核心性能指标。

1. 测量方法：
   • 中性盐雾试验： 将试样置于密闭试验箱内，连续或间断地喷淋浓度约为5%的氯化钠溶液形成的盐雾，模拟海洋或含盐潮湿环境。观察规定时间后试样表面出现的腐蚀点、白锈或基体腐蚀情况，记录首次出现腐蚀的时间或腐蚀面积占比。
   • 乙酸盐雾试验： 在盐溶液中加入冰乙酸调节pH值至酸性范围，用于加速测试装饰性阳极氧化膜的耐蚀性，腐蚀速度比中性盐雾更快。
   • 铜加速乙酸盐雾试验： 在乙酸盐雾基础上加入微量氯化铜，进一步加速腐蚀过程，主要用于快速评价阳极氧化膜的相对耐蚀性或质量控制对比。
   • 点滴试验： 在试样表面滴加特定成分的点滴液（通常为强酸铜盐溶液），记录溶液从开始滴落到氧化膜被腐蚀穿透、显现蓝色（铜离子沉积）所需的时间。操作简便快捷，常用于现场快速评估封闭质量（但也受膜厚影响）。
   • 湿热试验： 将试样置于恒定高温（如40°C）和高湿（接近100%RH）的环境中，持续规定时间（如数小时至数百小时）。主要评估阳极氧化膜在高湿条件下的耐水合性、变色或起泡倾向。

四、 涂层附着性与封闭质量检测 阳极氧化膜是涂层（如油漆、电泳漆）的良好基底。此外，氧化膜本身通常需要封闭处理以提高耐蚀性和抗污染性。

1. 附着性检测：
   • 划格法： 在涂层或阳极氧化膜（有时用于评估着色膜的结合力）表面用专用刀具划出一定数量的平行交叉切口形成网格图形，使用规定粘性的胶带粘牢后迅速撕离，根据网格区域涂层或着色膜脱落的面积比例评定等级。
   • 拉开法： 将特定规格的试柱用强力胶粘剂粘固在涂层表面，使用拉力试验机将试柱垂直拉开，测量破坏时的拉力值（附着力）并观察破坏模式（是否发生在氧化膜/涂层界面）。
2. 封闭质量检测：
   • 酸浸法/染色斑点试验： 将试样浸入特定浓度的酸性溶液（常含磷酸和铬酸）中规定时间，取出清洗后观察表面变色情况或立即浸入染色液中。封闭不良的区域会变色或被染色，根据变色程度或染色斑点数量评定等级。这是最常用、相对快捷的现场检测方法。
   • 导纳/阻抗测试法： 利用专用仪器测量阳极氧化膜在特定电解质溶液（如硫酸钾）中的导纳值或交流阻抗值。封闭良好的氧化膜电阻高（导纳低/阻抗高）。此法数值化程度高，更客观，但仪器成本较高。

五、 外观质量检测 主要依靠目视观察或借助简单工具进行主观评判。

1. 检测项目：
   • 颜色与色差： 对于着色阳极氧化膜，检查整体颜色是否均匀一致，与标准色板或客户要求是否匹配。通常使用色差仪进行定量测量。
   • 光泽度： 测量氧化膜表面的镜面反射能力。可使用光泽度计在特定角度（如60°）下测量。
   • 表面缺陷： 检查是否存在不允许的缺陷，如：
     • 起粉/粉化： 氧化膜表面附着的疏松粉末。
     • 灼伤/烧蚀： 因电流过大或散热不良导致的局部过氧化损伤，颜色异常或膜层疏松。
     • 流痕/水迹： 溶液流淌或干燥不当留下的痕迹。
     • 色斑/花斑： 着色不均匀导致的局部色差。
     • 划伤/擦伤： 加工或转运过程中造成的机械损伤。
     • 露白/未氧化： 局部未形成氧化膜的区域。
     • 封闭灰/白霜： 封闭不良或水质问题导致的灰白色雾状外观。
   • 表面粗糙度： 必要时需测量膜层的表面微观几何形貌。

六、 显微硬度检测 评估氧化膜本身的抵抗局部塑性变形（压痕）的能力，间接反映其致密性和耐磨性。

1. 测量方法：
   • 显微维氏硬度： 主要方法。使用显微维氏硬度计，在较小的试验力（常用0.1 kgf, 0.3 kgf, 0.5 kgf）下将金刚石正四棱锥压头压入膜层表面，保持规定时间后卸除试验力，测量压痕对角线长度并计算硬度值。测量时需要特别注意压痕深度不能超过膜厚的1/10，否则基体影响显著。

七、 连续性检测 检查氧化膜是否完整覆盖基体金属，尤其对于复杂形状或深孔件。

1. 测量方法：
   • 硫酸铜点滴法： 在特定位置滴加硫酸铜溶液并计时，观察溶液变蓝（析出铜）的时间。时间过短表明该处膜层不连续（如未氧化或膜破裂）。此法简单常用。
   • 高压击穿法： 在氧化膜表面施加逐渐升高的直流或交流电压，当电压升至某一临界值（击穿电压）时，膜层被击穿导电。测量击穿电压值或施加规定电压观察是否击穿。此法可间接反映膜的绝缘性和连续性，但对膜厚影响敏感。

结论

铝及铝合金阳极氧化膜的检测是一个多维度、系统性的过程。上述检测项目——包括膜厚、耐磨性、耐腐蚀性、附着性与封闭质量、外观、显微硬度及连续性——构成了评价其综合性能的核心体系。根据产品应用环境和具体要求，选择合适、必要的检测项目组合（并非所有项目都需要做），并严格按照相应的通用方法和规范进行操作，是确保阳极氧化产品质量稳定可靠、满足最终使用性能要求的关键环节。通过科学严谨的检测，可以有效控制生产工艺，提升产品竞争力。