铝和铝合金氧化层检测

铝及铝合金氧化层检测项目详解

铝及铝合金的阳极氧化层是其表面处理的核心环节，直接影响产品的耐蚀性、耐磨性、装饰性和功能性。为确保氧化层质量满足预期要求，需进行系统化的检测。以下是关键的检测项目：

一、 氧化层基础特性检测

1. 外观质量：
   • 目视检查： 颜色均匀性、光泽度（高光、哑光）、是否存在色差、斑点、流痕、白霜、烧焦、发花、剥落、划伤、凹坑、脏污等表面缺陷。
   • 光泽度仪测量： 定量评估表面光泽度（单位：GU）。
2. 膜厚：
   • 破坏性测量：
     • 横截面金相显微镜法： 制备试样截面，显微镜下直接测量氧化层厚度。精度高，是仲裁方法。
     • 重量法： 测量氧化前后单位面积试样的重量差，根据氧化铝密度计算平均膜厚（需溶解氧化层）。
   • 非破坏性测量：
     • 涡流测厚仪： 最常用、快速、无损的方法，适用于大多数非磁性基体（铝合金）上的非导电氧化层（需校准）。
     • 分光测厚仪： 利用光的干涉原理测量透明或半透明有色氧化层（如黑色、蓝色）的厚度，尤其适用于小件或复杂形状。
3. 封孔质量：
   • 酸浸蚀失重法： 将试样浸入酸性溶液（如磷酸/铬酸混合液），规定时间后测量单位面积失重，衡量封孔效果。失重越低，封孔越好。
   • 导纳法/阻抗法： 测量氧化层在交流电下的导纳或阻抗值。导纳值低（阻抗值高）通常表示封孔效果好。快速、无损。
   • 染色斑点试验（亚甲基蓝法）： 将染色液滴在氧化层表面，规定时间后擦净并检查有无着色斑点。出现斑点表明局部封孔不良。

二、 耐腐蚀性能检测

1. 中性盐雾试验：
   • 标准方法： 将试样暴露在5% NaCl溶液形成的盐雾环境中（35±2°C），持续规定时间（如24h, 48h, 96h, 168h, 336h, 672h等）。
   • 评定： 观察并记录出现腐蚀（白锈、点蚀、起泡等）的时间和面积，根据相关标准评定等级。是评估氧化层长期耐大气腐蚀能力的常用加速试验。
2. 铜加速乙酸盐雾试验：
   • 特点： 在盐雾试验基础上添加醋酸和氯化铜，腐蚀性更强，加速效果更明显。
   • 应用： 常用于要求较高的装饰性或防护性氧化层，或在短时间内比较不同工艺的耐蚀性差异。
3. 点滴试验：
   • 方法： 在氧化层表面滴加特定化学试剂（如含铜离子的酸性溶液），测量液滴从接触表面到出现腐蚀变色或穿透的时间。
   • 特点： 快速、简便，常用于生产现场对氧化层耐蚀性的初步判断和控制。

三、 耐磨性能检测

1. 落砂磨损试验：
   • 方法： 让标准磨料（如碳化硅砂）从规定高度自由落下冲击倾斜的试样表面，直至磨穿氧化层露出基体金属。
   • 评定： 测量磨损掉单位膜厚所需的磨料重量（g/μm）。数值越大，耐磨性越好。
2. 喷磨试验：
   • 方法： 在规定的压力、距离和时间下，向试样表面喷射含有磨料（如碳化硅）的气流。
   • 评定： 测量磨损后试样厚度的减少量或观察表面磨损程度。常用Taber磨耗试验机。
3. 往复磨损试验（摩擦试验）：
   • 方法： 使用特定磨头（如橡胶轮、砂纸）在固定压力下对试样表面进行直线往复摩擦。
   • 评定： 记录磨穿氧化层所需的摩擦次数或测量摩擦后的表面形貌变化（如划痕深度、光泽度下降）。

四、 力学性能与结合力检测

1. 硬度：
   • 显微硬度计： 对氧化层横截面或特定厚膜的表面进行努氏硬度或维氏硬度测量。
   • 韦氏/巴氏硬度计： 用于现场快速测量较厚阳极氧化层（>10μm）的表面硬度（属于压痕硬度）。
2. 弯曲试验：
   • 方法： 将带有氧化层的试样围绕规定直径的芯轴弯曲（如90°或180°）。
   • 评定： 观察弯曲处氧化层是否开裂、剥落。评估氧化层的柔韧性和与基体的结合力。
3. 冲击试验：
   • 方法： 用落球或锤击对氧化层施加冲击载荷。
   • 评定： 观察冲击点及周围的氧化层是否开裂或剥落。
4. 划格/划痕附着力测试：
   • 划格法： 用刀具在氧化层表面划出网格图形，贴上胶带再撕离，检查网格内氧化层剥落情况（此法对硬质氧化层的适用性有限）。
   • 划痕法： 使用划痕仪，逐渐增加载荷划过表面，通过声发射或显微镜观察确定氧化层开始剥落的临界载荷（Lc）。

五、 光学与电学性能检测

1. 颜色与色差：
   • 分光光度计： 定量测量氧化层在可见光范围内的反射光谱，计算颜色坐标（如L* a* b*）及与标准色板的色差（ΔE）。
2. 反射率：
   • 光谱仪/反射仪： 测量氧化层在特定波段（如可见光、红外光）的镜面反射率或漫反射率。对太阳能吸热板、反光灯具等应用很重要。
3. 表面电阻/绝缘电阻：
   • 电阻测试仪： 测量氧化层表面的导电性（通常要求高绝缘性）。用于电子电器应用中的绝缘部件。

六、 特殊功能性检测

• 耐光性/耐候性： 使用氙灯老化试验箱或紫外老化试验箱模拟阳光照射，评估氧化层颜色和性能的变化（褪色、粉化、开裂等）。
• 耐热性： 高温老化后检查氧化层外观变化（变色、起泡、开裂）和结合力变化。
• 耐化学品性： 根据应用需求，测试氧化层对特定酸、碱、溶剂等的抵抗能力（浸泡法、点滴法）。
• 红外发射率： 对用于热控领域的阳极氧化层进行测量。

总结：

铝及铝合金氧化层的检测是一个涵盖多维度性能的系统工程。在实际应用中，应根据产品的具体用途、服役环境及相关的技术标准要求，选择适当的检测项目组合。通常外观、膜厚、封孔质量、耐蚀性（盐雾）和耐磨性是必检的基础项目。严格、全面的检测是确保铝制品表面处理质量可靠、性能达标、满足最终使用要求的根本保障。