热处理工艺对2A12铝合金阳极氧化膜性能影响

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1、航天器环境工程第28卷第1期52SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2011印2』】热处理工艺对2A12铝合金阳极氧化膜性能影响杨宇，孟宪刚，申坤(北京控制工程研究所，北京100190)摘要：文章研究了2A12热处理工艺对于阳极氧化膜性能的影响，考察不同消应力退火温度a．1il溶温度条件下阳极氧化膜与基体结合强度及膜层裂纹扩展．通过光学显微镜及扫描电子显微镜(SEM)对氧化膜组织和形貌进行分析．结果表明，2A12铝合金消应力退火可减少阳极氧化膜裂纹密度及宽度，未进行消应力退火的氧化膜多为穿透性裂纹；阳极氧化膜裂纹

2、密度随消应力退火温度及固溶温度的升高而减小；当固溶温度超过495℃时，铝合金中出现过热组织，使得氧化膜裂纹密度增加。关键词：铝合金；阳极氧化膜；消应力退火；固溶温度中图分类号：TGl文献标识码：A文章编号：1673—1379(2011)01-0052--04DOh10．3969a．issn．1673—1379．2011．01．0100引言铝及铝合金具有比强度高，导热和导电性能良好，无低温脆性，加工性能好、抗大气腐蚀能力强等优点，被广泛应用于汽车行业、航空航天业⋯。铝合金经阳极氧化后，表面力学性能及耐蚀性有很大提高【21。阳极氧化工艺是航天电

3、子产品重要的表面处理方法，被广泛应用。由于氧化膜的热膨胀系数约为铝合金基体的1／5[31，当温度升高时，氧化膜中会产生较大热应力，使得膜层易发生开裂脱落，这样会极大降低氧化膜抗腐蚀能力，影响材料性能。Evansl41等人从能量角度研究了高温氧化膜开裂行为；Rahmelis]等人主要从断裂力学角度研究高温氧化膜开裂行为；许璇【6】等人主要从阳极氧化工艺方面研究阳极氧化工艺参数对于氧化膜裂纹扩展影响；王景茹17J分析研究了外力对于氧化膜开裂和剥落行为的影响。目前国内外研究都集中于氧化膜裂纹产生及扩展机理分析和阳极氧化工艺参数影响分析，铝合金阳极

4、氧化前需进行固溶时效、消应力退火等热处理。国内对于铝合金热处理过程对阳极氧化膜性能影响分析的研究很少。本文通过控制2A12铝合金固溶温度及消应力退火温度，考察铝合金热处理工艺对于阳极氧化膜性能的影响。l实验1．1实验准备实验材料为2A12铝合金，主要化学成分如表l所示。采用能谱仪(OxFoRD烈CA)对材料表面进行能谱(EDS)分析得出图谱如图l所示。表1铝合金的化学成分(质量分数，％)TableIChemicalcompositionoftestedaluminiumalloys(massfraction，％)cuIMgMnAl4．o～4

5、．91．2～I．7l0．4～0．8l其他上圳揣图l2A12铝合金EDS图谱Fig．1EDSspectrumofthe2A12aluminiumalloy1．2铝合金阳极氧化膜制备及分析本实验针对T4及Hll2两种状态铝合金，分别考察固溶温度及消应力退火温度对阳极氧化膜裂纹扩展影响。T4状态2A12基体材料厚度为8mill，收稿日期：2010-07．26；修回日期：2010-09．06作者简介：杨宇(1986一)。男，硕士研究生，主要从事机械制造、光学镀膜工作．联系电话：(010)68378861．第l期杨宇等：热处理工艺对2A12钒含金⋯极

6、氧化膜性能影响53通过机械加工使厚度变为5mm后进行消应力退火处理，再加T使厚度变为3mm。Hll2状态2A12材料在机械加下前需进行固溶时效处理；然后依次用丙酮、碱性化学剂、去离子水等清洗；最后进行阳极氧化。氧化工艺参数为：氧化电流密度1．7A／din2，氧化时间100rain，硫酸浓度35％。用ZEISSEV060扫描电子显微镜对阳极氧化膜试件表面进行形貌观察，再用胶带粘接法测试氧化膜与基体的粘接强度。2消应力处理对铝合金阳极氧化膜性能影响2．1消应力退火实验通过控制消应力退火温度，考察试样表面残余应力对于阳极氧化膜性能影响，具体的实验

7、参数如表2所示。表2铝合金消应力退火参数Table2Parametersofthestressannealing试样编号消应力退火温度／℃保温时『II】／ll1．1／fi消』衄力1．21801．32lO4I-42402．2表面及断面形貌分析图2给出了不同消应力温度下氧化膜表面形貌照片，可以看出不同消应力温度条件下氧化膜表面均存在裂纹。与消应力退火的试样相比，未进行消应力处理的氧化膜表面裂纹宽度明显较大，裂纹长度和密度也明显增加。随着消应力退火温度不断提高，单位面积的裂纹密度和宽度明显变小。当消应力退火温度增至240℃，试样表面存在微裂纹。图

8、3给出不消应力和消应力温度为240℃时氧化膜断面形貌，可以看出：不消应力时氧化膜裂纹多为穿透性裂纹；240℃消应力处理后，裂纹深度明显减小，变成非穿透性裂纹。(a)不消心力图2不