铝合金建筑型材阳极氧化膜滴碱试验方法的探讨

    摘要：国标GB/T5237.2-2000规定的滴碱试验的性能指标与日本工业标准JIS H 8601规定的耐碱性的性能指标一致，但二者在试验方法上还是有些差异，国标GB/T5237.2认可目视观察法和仪器测量法为滴碱试验方法，而日本工业 标准JIS H 8601中耐碱性试验方法只规定了仪器测量法。针对国标对滴碱试验方法描述不够具体的原因，本文对滴碱试验的方法原理进行了描述,并对目视观察法的注意事 项及主要影响因素进行了描述，同时还介绍了日本工业标准JIS H 8681-1规定的仪器测量法。通过对两种方法的对比，认为仪器测量法更具优势，减少了人为因素的影响。

    关键词：阳极氧化膜、滴碱试验、性能、方法

    随着建筑铝合金型材表面处理工艺技术的不断完善和提高，对于产品质量的要求也应相应的提高，为此，新颁布的2000版国家标准GB/T 5237.1-5237.5《铝合金建筑型材》在1993版GB/T5237的基础上进行了大篇幅的修改，将原冶标YS/T 100-1997《电泳涂漆铝合金建筑型材》和YS/T 407-1997《粉末静电喷涂铝合金建筑型材》共同统一到标准中来，同时增加了氟碳漆喷涂型材的内容。在修订过程中，大量参考采用了国外先进的标准，其 中GB/T 5237.2-2000《铝合金建筑型材 第2部分 阳极氧化、着色型材》中滴碱试验的性能指标就与日本工业标准JIS H8601《铝及铝合金阳极氧化膜》中所规定耐碱性的性能指标相一致。但二者在试验方法上还是有些差异，我国标准GB/T 5237.2中规定的滴碱试验方法为目视观察法或仪器测量法，而日本工业标准JIS H 8601中的耐碱性试验方法仅规定了仪器测量法【注：日本工业标准JIS H 8601中耐碱性试验方法规定了两种仪器测量法，一种是电压试验法（alkali resistance test by electromotive force）；另一种则是碱点滴试验法（alkali spot test），即国内一些检验人员所采用滴碱试验方法中的仪器测量法。】。

    1 试验原理探讨

    我国铝合金建筑型材国家标准和日本工业标准对滴碱试验的方法原理都未进行描述，而为了更好的掌握滴碱试验的操作方法，了解滴碱试验的方法原理是有必要的。 滴碱试验主要用于考察阳极氧化膜的耐碱腐蚀性能。对于阳极氧化膜来说，其耐碱腐蚀性能相对比较差，当一定浓度的氢氧化钠溶液滴在阳极氧化膜表面之后，将很 快对阳极氧化膜进行侵蚀，如果封孔不良或氧化膜疏松等原因而导致阳极氧化膜耐碱腐蚀性差时，其侵蚀速度将会更快，因此通过计算阳极氧化膜被穿透时间可用于 评价阳极氧化膜的耐碱腐蚀性能。但由于氢氧化钠溶液对氧化膜的侵蚀速度快，给氧化膜耐碱腐蚀性能的评价带来一定的难度。目前，滴碱试验主要存在着两种试验 方法，一种是目视观察法，一种是仪器测量法。目视观察法是基于当氢氧化钠溶液滴在氧化膜表面之后，氧化膜将会慢慢溶解，其化学反应方程式如下：
    Al2O3·χH2O＋2NaOH＝2NaAlO2＋（χ+1）H2O
    氧化膜在溶解过程中，氢氧化钠溶液不断向氧化膜内部侵蚀，当氢氧化钠溶液侵蚀到基体金属表面之后，金属铝与氢氧化钠溶液发生置换反应，在反应过程中将会有氢气析出而产生腐蚀冒泡。其化学反应方程式如下：
    2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2
    而仪器测量法是基于阳极氧化膜的电绝缘性而提出的，铝基体是电的良导体，铝阳极氧化膜则是高电阻的绝缘膜，其绝缘性与氧化膜的厚度有关，在氧化膜被氢氧化 钠溶液溶解过程中，随着氧化膜厚度的降低其电阻也将会慢慢降低，当电阻降低到一定数值的时候可认为导电，即认为氧化膜被溶解。

    2 目视观察法的注意事项及主要影响因素探讨

    对于滴碱试验考虑的关键是，试验温度的控制以及如何准确地判断氧化膜刚好被穿透的时间。我国GB/T 5237.2-2000中对滴碱试验方法规定为：“在35℃±1℃下，将大约10mg、100g/LNaOH溶液滴至型材试样的表面，目视观察液滴处直至 产生腐蚀冒泡，计算其氧化膜被穿透的时间。也可用仪器测量氧化膜穿透的时间。”也就是说，国标认可了两种滴碱试验方法，即目视观察法和仪器测量法。对于目 试验观察法，国标描述的比较简单，试验操作中的一些注意事项及其影响因素未作描述。而为了保证测试结果的准确性，在操作过程中对于影响因素应加以注意，以 便尽可能减少或避免这些因素的影响，本方法应注意的事项主要有以下几点：（1）试样的控制，试样受检面必须保持完整，不允许有擦花或划伤等破坏，而且受检 面必须清洁，不允许有污渍、油污等脏物覆盖在受检面上，因此测试前一般要用不破坏氧化膜的有机溶剂轻轻擦拭试样表面；（2）试验溶液浓度的控制，氢氧化钠 溶液的浓度必须严格控制到100g/L，浓度偏低或偏高将直接导致测试结果偏大或偏小；（3）试验温度的控制，试验时不仅要保证试验环境温度控制在 35℃±1℃，而且试验溶液和试样也必须控制在35℃±1℃，为此在测试前应先将试液和试样放置于恒温仪器中保持一段时间，只有当试液和试样恒定在 35℃±1℃之后才可以进行测试；其四是恒温仪器的选用，恒温仪器的选用在本方法中是一个非常重要的环节，因为所选用的恒温仪器不仅应起到恒温的作用，还 必须考虑要便于观察仪器内试样的变化情况，如果所选用的恒温仪器没有一个能够清晰地观察仪器内试样变化情况的观察口，那么要想准确地判断出试样何时开始腐 蚀冒泡是不大可能的。另外，目视观察法还受试验人员经验的影响，在实际检验工作中发现，从阳极氧化膜开始溶解到氧化膜被穿透（试样开始腐蚀冒泡）这一过程 中并没有一个很明显的变化，给氧化膜穿透时间的判断带来很大难度，这就对试验人员提出了很高的要求，试验人员必须要有非常丰富的实践经验，能够准确地判断 出氧化膜何时被穿透而开始腐蚀冒泡。

    3 仪器测量法的方法描述

    对于仪器测量法在国标中并未描述其具体的操作方法，但日本工业标准JIS H 8601中规定按JIS H 8681-1：1999《铝及铝合金阳极氧化膜耐腐蚀性试验方法-第1部分：耐碱性试验》执行，在JIS H 8681-1中对仪器测量法进行了详细的描述。为了使国内从事质量检验工作的人员对仪器测量法有一个比较清楚的了解，本文就日本工业标准JIS H 8681-1所规定的碱点滴试验方法（仪器测量法）的操作要点进行介绍。本方法主要的试验仪器有：滴液仪器（能够在设定的时间间隔按设定的试液量连续地滴 落试液）、恒温仪器以及测电阻的仪器。其试验要求如下表所示：
    项目 试验要求
    试验空气温度 35℃±1℃
    试验溶液温度 35℃±1℃
    每个测试点的试验面积 大约28mm?（直径为6mm）
    每个测试点的试液量 大约16mg
    试液滴落的时间间隔 5s
    氢氧化钠溶液的浓度 100g/L
    在试验前应采用浸有适当溶剂（如丙酮、乙醇等对试样无腐蚀的溶剂）的柔软的布将试样表面的污渍清洗干净。接着用耐碱性墨水或其他墨水在试样表面画一些一定 间距并且内径大约为6mm的圆或将有一些直径为6mm的孔的合成树脂带粘在试样表面，并将试样放在温度为35℃±1℃的恒温仪器中至少保持30min，使 试样温度恒定为35℃±1℃。然后用滴液仪器将试液连续地滴落到试样上标记的圆内。当腐蚀冒泡点的数量增加到所有测试点的数量一半时，立即将试样投入漂洗 水中，在测试面上用棉球等轻轻地擦洗并晾干。记录从最初滴落的液滴或最后滴落的液滴到试样被投入水中的间隔时间。用可测电阻的仪器测量每个测试点的导电 性，要求每个点测量3次，当仪器的读数达到5000Ω或更低，则认为此测试点导电并且认为此测试点的氧化膜已被溶解。计算最后一个导电的测试点到试样被投 入水中的间隔时间，这一时间就可用于评价该试样耐碱腐蚀性能。然而，笔者认为仪器测量法的操作也并不一定要求一尘不变，基于本方法的试验原理，对操作步骤 进行适当的修改也还是可以的。例如国内有些检验人员将仪器自动滴加试液的操作改为手动滴加试液，这应该算是一个很好的变化，因为这一改变使仪器测量法的适 用范围更广，一般的实验室都可采用，而无需购买专门的试液滴加仪器。

    4 结论

    （1） 仪器测量法对氧化膜被穿透的判断是通过测量其导电性来反映的，与目视观察法相比较，其操作简单易行,减少了人为因素的影响，使结果的重现性更好。
    （2）与目视观察法相比较，仪器测量法对检验人员经验的要求更少些，有利于新接触本试验的检验人员快速掌握。
   
    参考文献
    [1] GB/T 5237.2-2000[S],铝合金建筑型材 第2部分 阳极氧化、着色型材
    [2] JIS H 8601:1999[S],Anodic oxide coatings on aluminium and aluminium alloys
    [3] 朱祖芳.铝合金阳极氧化与表面处理技术[M].北京:化学工业出版社,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