鋁合金建筑型材陽極氧化膜滴堿試驗方法的探討

    摘要：國標GB/T5237.2-2000規定的滴堿試驗的性能指標與日本工業標準JIS H 8601規定的耐堿性的性能指標一致，但二者在試驗方法上還是有些差異，國標GB/T5237.2認可目視觀察法和儀器測量法為滴堿試驗方法，而日本工業 標準JIS H 8601中耐堿性試驗方法只規定了儀器測量法。針對國標對滴堿試驗方法描述不夠具體的原因，本文對滴堿試驗的方法原理進行了描述,并對目視觀察法的注意事 項及主要影響因素進行了描述，同時還介紹了日本工業標準JIS H 8681-1規定的儀器測量法。通過對兩種方法的對比，認為儀器測量法更具優勢，減少了人為因素的影響。

    關鍵詞：陽極氧化膜、滴堿試驗、性能、方法

    隨著建筑鋁合金型材表面處理工藝技術的不斷完善和提高，對于產品質量的要求也應相應的提高，為此，新頒布的2000版國家標準GB/T 5237.1-5237.5《鋁合金建筑型材》在1993版GB/T5237的基礎上進行了大篇幅的修改，將原冶標YS/T 100-1997《電泳涂漆鋁合金建筑型材》和YS/T 407-1997《粉末靜電噴涂鋁合金建筑型材》共同統一到標準中來，同時增加了氟碳漆噴涂型材的內容。在修訂過程中，大量參考采用了國外先進的標準，其 中GB/T 5237.2-2000《鋁合金建筑型材 第2部分 陽極氧化、著色型材》中滴堿試驗的性能指標就與日本工業標準JIS H8601《鋁及鋁合金陽極氧化膜》中所規定耐堿性的性能指標相一致。但二者在試驗方法上還是有些差異，我國標準GB/T 5237.2中規定的滴堿試驗方法為目視觀察法或儀器測量法，而日本工業標準JIS H 8601中的耐堿性試驗方法僅規定了儀器測量法【注：日本工業標準JIS H 8601中耐堿性試驗方法規定了兩種儀器測量法，一種是電壓試驗法（alkali resistance test by electromotive force）；另一種則是堿點滴試驗法（alkali spot test），即國內一些檢驗人員所采用滴堿試驗方法中的儀器測量法。】。

    1 試驗原理探討

    我國鋁合金建筑型材國家標準和日本工業標準對滴堿試驗的方法原理都未進行描述，而為了更好的掌握滴堿試驗的操作方法，了解滴堿試驗的方法原理是有必要的。 滴堿試驗主要用于考察陽極氧化膜的耐堿腐蝕性能。對于陽極氧化膜來說，其耐堿腐蝕性能相對比較差，當一定濃度的氫氧化鈉溶液滴在陽極氧化膜表面之后，將很 快對陽極氧化膜進行侵蝕，如果封孔不良或氧化膜疏松等原因而導致陽極氧化膜耐堿腐蝕性差時，其侵蝕速度將會更快，因此通過計算陽極氧化膜被穿透時間可用于 評價陽極氧化膜的耐堿腐蝕性能。但由于氫氧化鈉溶液對氧化膜的侵蝕速度快，給氧化膜耐堿腐蝕性能的評價帶來一定的難度。目前，滴堿試驗主要存在著兩種試驗 方法，一種是目視觀察法，一種是儀器測量法。目視觀察法是基于當氫氧化鈉溶液滴在氧化膜表面之后，氧化膜將會慢慢溶解，其化學反應方程式如下：
    Al2O3·χH2O＋2NaOH＝2NaAlO2＋（χ+1）H2O
    氧化膜在溶解過程中，氫氧化鈉溶液不斷向氧化膜內部侵蝕，當氫氧化鈉溶液侵蝕到基體金屬表面之后，金屬鋁與氫氧化鈉溶液發生置換反應，在反應過程中將會有氫氣析出而產生腐蝕冒泡。其化學反應方程式如下：
    2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2
    而儀器測量法是基于陽極氧化膜的電絕緣性而提出的，鋁基體是電的良導體，鋁陽極氧化膜則是高電阻的絕緣膜，其絕緣性與氧化膜的厚度有關，在氧化膜被氫氧化 鈉溶液溶解過程中，隨著氧化膜厚度的降低其電阻也將會慢慢降低，當電阻降低到一定數值的時候可認為導電，即認為氧化膜被溶解。

    2 目視觀察法的注意事項及主要影響因素探討

    對于滴堿試驗考慮的關鍵是，試驗溫度的控制以及如何準確地判斷氧化膜剛好被穿透的時間。我國GB/T 5237.2-2000中對滴堿試驗方法規定為：“在35℃±1℃下，將大約10mg、100g/LNaOH溶液滴至型材試樣的表面，目視觀察液滴處直至 產生腐蝕冒泡，計算其氧化膜被穿透的時間。也可用儀器測量氧化膜穿透的時間。”也就是說，國標認可了兩種滴堿試驗方法，即目視觀察法和儀器測量法。對于目 試驗觀察法，國標描述的比較簡單，試驗操作中的一些注意事項及其影響因素未作描述。而為了保證測試結果的準確性，在操作過程中對于影響因素應加以注意，以 便盡可能減少或避免這些因素的影響，本方法應注意的事項主要有以下幾點：（1）試樣的控制，試樣受檢面必須保持完整，不允許有擦花或劃傷等破壞，而且受檢 面必須清潔，不允許有污漬、油污等臟物覆蓋在受檢面上，因此測試前一般要用不破壞氧化膜的有機溶劑輕輕擦拭試樣表面；（2）試驗溶液濃度的控制，氫氧化鈉 溶液的濃度必須嚴格控制到100g/L，濃度偏低或偏高將直接導致測試結果偏大或偏小；（3）試驗溫度的控制，試驗時不僅要保證試驗環境溫度控制在 35℃±1℃，而且試驗溶液和試樣也必須控制在35℃±1℃，為此在測試前應先將試液和試樣放置于恒溫儀器中保持一段時間，只有當試液和試樣恒定在 35℃±1℃之后才可以進行測試；其四是恒溫儀器的選用，恒溫儀器的選用在本方法中是一個非常重要的環節，因為所選用的恒溫儀器不僅應起到恒溫的作用，還 必須考慮要便于觀察儀器內試樣的變化情況，如果所選用的恒溫儀器沒有一個能夠清晰地觀察儀器內試樣變化情況的觀察口，那么要想準確地判斷出試樣何時開始腐 蝕冒泡是不大可能的。另外，目視觀察法還受試驗人員經驗的影響，在實際檢驗工作中發現，從陽極氧化膜開始溶解到氧化膜被穿透（試樣開始腐蝕冒泡）這一過程 中并沒有一個很明顯的變化，給氧化膜穿透時間的判斷帶來很大難度，這就對試驗人員提出了很高的要求，試驗人員必須要有非常豐富的實踐經驗，能夠準確地判斷 出氧化膜何時被穿透而開始腐蝕冒泡。

    3 儀器測量法的方法描述

    對于儀器測量法在國標中并未描述其具體的操作方法，但日本工業標準JIS H 8601中規定按JIS H 8681-1：1999《鋁及鋁合金陽極氧化膜耐腐蝕性試驗方法-第1部分：耐堿性試驗》執行，在JIS H 8681-1中對儀器測量法進行了詳細的描述。為了使國內從事質量檢驗工作的人員對儀器測量法有一個比較清楚的了解，本文就日本工業標準JIS H 8681-1所規定的堿點滴試驗方法（儀器測量法）的操作要點進行介紹。本方法主要的試驗儀器有：滴液儀器（能夠在設定的時間間隔按設定的試液量連續地滴 落試液）、恒溫儀器以及測電阻的儀器。其試驗要求如下表所示：
    項目 試驗要求
    試驗空氣溫度 35℃±1℃
    試驗溶液溫度 35℃±1℃
    每個測試點的試驗面積 大約28mm?（直徑為6mm）
    每個測試點的試液量 大約16mg
    試液滴落的時間間隔 5s
    氫氧化鈉溶液的濃度 100g/L
    在試驗前應采用浸有適當溶劑（如丙酮、乙醇等對試樣無腐蝕的溶劑）的柔軟的布將試樣表面的污漬清洗干凈。接著用耐堿性墨水或其他墨水在試樣表面畫一些一定 間距并且內徑大約為6mm的圓或將有一些直徑為6mm的孔的合成樹脂帶粘在試樣表面，并將試樣放在溫度為35℃±1℃的恒溫儀器中至少保持30min，使 試樣溫度恒定為35℃±1℃。然后用滴液儀器將試液連續地滴落到試樣上標記的圓內。當腐蝕冒泡點的數量增加到所有測試點的數量一半時，立即將試樣投入漂洗 水中，在測試面上用棉球等輕輕地擦洗并晾干。記錄從最初滴落的液滴或最后滴落的液滴到試樣被投入水中的間隔時間。用可測電阻的儀器測量每個測試點的導電 性，要求每個點測量3次，當儀器的讀數達到5000Ω或更低，則認為此測試點導電并且認為此測試點的氧化膜已被溶解。計算最后一個導電的測試點到試樣被投 入水中的間隔時間，這一時間就可用于評價該試樣耐堿腐蝕性能。然而，筆者認為儀器測量法的操作也并不一定要求一塵不變，基于本方法的試驗原理，對操作步驟 進行適當的修改也還是可以的。例如國內有些檢驗人員將儀器自動滴加試液的操作改為手動滴加試液，這應該算是一個很好的變化，因為這一改變使儀器測量法的適 用范圍更廣，一般的實驗室都可采用，而無需購買專門的試液滴加儀器。

    4 結論

    （1） 儀器測量法對氧化膜被穿透的判斷是通過測量其導電性來反映的，與目視觀察法相比較，其操作簡單易行,減少了人為因素的影響，使結果的重現性更好。
    （2）與目視觀察法相比較，儀器測量法對檢驗人員經驗的要求更少些，有利于新接觸本試驗的檢驗人員快速掌握。
   
    參考文獻
    [1] GB/T 5237.2-2000[S],鋁合金建筑型材 第2部分 陽極氧化、著色型材
    [2] JIS H 8601:1999[S],Anodic oxide coatings on aluminium and aluminium alloys
    [3] 朱祖芳.鋁合金陽極氧化與表面處理技術[M].北京:化學工業出版社,2004.299
    [4] JIS H 8681-1:1999[S],Test methods for corrosion resistance of anodic oxide coatings on aluminium and aluminium alloys- Part 1:Alkali resistance test