鋁合金型材陽(yáng)極氧化膜滴堿試驗(yàn)法探討

    隨著建筑鋁合金型材表面處理工藝技術(shù)的不斷完善和提高，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求也應(yīng)相應(yīng)的提高，為此，新頒布的2000版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5237.1-5237.5《鋁合金建筑型材》在1993版GB/T5237的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大篇幅的修改，將原冶標(biāo)YS/T100-1997《電泳涂漆鋁合金建筑型材》和YS/T407-1997《粉末靜電噴涂鋁合金建筑型材》共同統(tǒng)一到標(biāo)準(zhǔn)中來(lái)，同時(shí)增加了氟碳漆噴涂型材的內(nèi)容。在修訂過(guò)程中，大量參考采用了國(guó)外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，其中GB/T5237.2-2000《鋁合金建筑型材第2部分陽(yáng)極氧化、著色型材》中滴堿試驗(yàn)的性能指標(biāo)就與日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISH8601《鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化膜》中所規(guī)定耐堿性的性能指標(biāo)相一致。但二者在試驗(yàn)方法上還是有些差異，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T5237.2中規(guī)定的滴堿試驗(yàn)方法為目視觀察法或儀器測(cè)量法，而日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISH8601中的耐堿性試驗(yàn)方法僅規(guī)定了儀器測(cè)量法【注：日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISH8601中耐堿性試驗(yàn)方法規(guī)定了兩種儀器測(cè)量法，一種是電壓試驗(yàn)法（alkali resistance test by electromotive force）；另一種則是堿點(diǎn)滴試驗(yàn)法（alkali spot test），即國(guó)內(nèi)一些檢驗(yàn)人員所采用滴堿試驗(yàn)方法中的儀器測(cè)量法。】。

    1試驗(yàn)原理探討

    我國(guó)鋁合金建筑型材國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)滴堿試驗(yàn)的方法原理都未進(jìn)行描述，而為了更好的掌握滴堿試驗(yàn)的操作方法，了解滴堿試驗(yàn)的方法原理是有必要的。滴堿試驗(yàn)主要用于考察陽(yáng)極氧化膜的耐堿腐蝕性能。對(duì)于陽(yáng)極氧化膜來(lái)說(shuō)，其耐堿腐蝕性能相對(duì)比較差，當(dāng)一定濃度的氫氧化鈉溶液滴在陽(yáng)極氧化膜表面之后，將很快對(duì)陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行侵蝕，如果封孔不良或氧化膜疏松等原因而導(dǎo)致陽(yáng)極氧化膜耐堿腐蝕性差時(shí)，其侵蝕速度將會(huì)更快，因此通過(guò)計(jì)算陽(yáng)極氧化膜被穿透時(shí)間可用于評(píng)價(jià)陽(yáng)極氧化膜的耐堿腐蝕性能。但由于氫氧化鈉溶液對(duì)氧化膜的侵蝕速度快，給氧化膜耐堿腐蝕性能的評(píng)價(jià)帶來(lái)一定的難度。目前，滴堿試驗(yàn)主要存在著兩種試驗(yàn)方法，一種是目視觀察法，一種是儀器測(cè)量法。目視觀察法是基于當(dāng)氫氧化鈉溶液滴在氧化膜表面之后，氧化膜將會(huì)慢慢溶解，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

   Al2O3·χH2O＋2NaOH＝2NaAlO2＋（χ+1）H2O

    氧化膜在溶解過(guò)程中，氫氧化鈉溶液不斷向氧化膜內(nèi)部侵蝕，當(dāng)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(fā)生置換反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中將會(huì)有氫氣析出而產(chǎn)生腐蝕冒泡。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

    2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2

    而儀器測(cè)量法是基于陽(yáng)極氧化膜的電絕緣性而提出的，鋁基體是電的良導(dǎo)體，鋁陽(yáng)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(guān)，在氧化膜被氫氧化鈉溶液溶解過(guò)程中，隨著氧化膜厚度的降低其電阻也將會(huì)慢慢降低，當(dāng)電阻降低到一定數(shù)值的時(shí)候可認(rèn)為導(dǎo)電，即認(rèn)為氧化膜被溶解。

   2目視觀察法的注意事項(xiàng)及主要影響因素探討

    對(duì)于滴堿試驗(yàn)考慮的關(guān)鍵是，試驗(yàn)溫度的控制以及如何準(zhǔn)確地判斷氧化膜剛好被穿透的時(shí)間。我國(guó)GB/T5237.2-2000中對(duì)滴堿試驗(yàn)方法規(guī)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(chǎn)生腐蝕冒泡，計(jì)算其氧化膜被穿透的時(shí)間。也可用儀器測(cè)量氧化膜穿透的時(shí)間。”也就是說(shuō)，國(guó)標(biāo)認(rèn)可了兩種滴堿試驗(yàn)方法，即目視觀察法和儀器測(cè)量法。對(duì)于目試驗(yàn)觀察法，國(guó)標(biāo)描述的比較簡(jiǎn)單，試驗(yàn)操作中的一些注意事項(xiàng)及其影響因素未作描述。而為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在操作過(guò)程中對(duì)于影響因素應(yīng)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(yīng)注意的事項(xiàng)主要有以下幾點(diǎn)：（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(cè)試前一般要用不破壞氧化膜的有機(jī)溶劑輕輕擦拭試樣表面；（2）試驗(yàn)溶液濃度的控制，氫氧化鈉溶液的濃度必須嚴(yán)格控制到100g/L，濃度偏低或偏高將直接導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏大或偏小；（3）試驗(yàn)溫度的控制，試驗(yàn)時(shí)不僅要保證試驗(yàn)環(huán)境溫度控制在35℃±1℃，而且試驗(yàn)溶液和試樣也必須控制在35℃±1℃，為此在測(cè)試前應(yīng)先將試液和試樣放置于恒溫儀器中保持一段時(shí)間，只有當(dāng)試液和試樣恒定在35℃±1℃之后才可以進(jìn)行測(cè)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(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)樗�選用的恒溫儀器不僅應(yīng)起到恒溫的作用，還必須考慮要便于觀察儀器內(nèi)試樣的變化情況，如果所選用的恒溫儀器沒(méi)有一個(gè)能夠清晰地觀察儀器內(nèi)試樣變化情況的觀察口，那么要想準(zhǔn)確地判斷出試樣何時(shí)開(kāi)始腐蝕冒泡是不大可能的。另外，目視觀察法還受試驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)的影響，在實(shí)際檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)，從陽(yáng)極氧化膜開(kāi)始溶解到氧化膜被穿透（試樣開(kāi)始腐蝕冒泡）這一過(guò)程中并沒(méi)有一個(gè)很明顯的變化，給氧化膜穿透時(shí)間的判斷帶來(lái)很大難度，這就對(duì)試驗(yàn)人員提出了很高的要求，試驗(yàn)人員必須要有非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確地判斷出氧化膜何時(shí)被穿透而開(kāi)始腐蝕冒泡。

    3儀器測(cè)量法的方法描述

    對(duì)于儀器測(cè)量法在國(guó)標(biāo)中并未描述其具體的操作方法，但日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISH8601中規(guī)定按JISH8681-1：1999《鋁及鋁合金陽(yáng)極氧化膜耐腐蝕性試驗(yàn)方法-第1部分：耐堿性試驗(yàn)》執(zhí)行，在JISH8681-1中對(duì)儀器測(cè)量法進(jìn)行了詳細(xì)的描述。為了使國(guó)內(nèi)從事質(zhì)量檢驗(yàn)工作的人員對(duì)儀器測(cè)量法有一個(gè)比較清楚的了解，本文就日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISH8681-1所規(guī)定的堿點(diǎn)滴試驗(yàn)方法（儀器測(cè)量法）的操作要點(diǎn)進(jìn)行介紹。本方法主要的試驗(yàn)儀器有：滴液儀器（能夠在設(shè)定的時(shí)間間隔按設(shè)定的試液量連續(xù)地滴落試液）、恒溫儀器以及測(cè)電阻的儀器。其試驗(yàn)要求如下表所示：

    項(xiàng)目試驗(yàn)要求

   試驗(yàn)空氣溫度35℃±1℃

    　試驗(yàn)溶液溫度35℃±1℃

    　每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的試驗(yàn)面積大約28mm2（直徑為6mm）

   　 每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的試液量大約16mg

   　 試液滴落的時(shí)間間隔5s

    　氫氧化鈉溶液的濃度100g/L

   　 在試驗(yàn)前應(yīng)采用浸有適當(dāng)溶劑（如丙酮、乙醇等對(duì)試樣無(wú)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(nèi)徑大約為6mm的圓或?qū)⒂幸恍┲睆綖?mm的孔的合成樹(shù)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(xù)地滴落到試樣上標(biāo)記的圓內(nèi)。當(dāng)腐蝕冒泡點(diǎn)的數(shù)量增加到所有測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量一半時(shí)，立即將試樣投入漂洗水中，在測(cè)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(shí)間。用可測(cè)電阻的儀器測(cè)量每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的導(dǎo)電性，要求每個(gè)點(diǎn)測(cè)量3次，當(dāng)儀器的讀數(shù)達(dá)到5000Ω或更低，則認(rèn)為此測(cè)試點(diǎn)導(dǎo)電并且認(rèn)為此測(cè)試點(diǎn)的氧化膜已被溶解。計(jì)算最后一個(gè)導(dǎo)電的測(cè)試點(diǎn)到試樣被投入水中的間隔時(shí)間，這一時(shí)間就可用于評(píng)價(jià)該試樣耐堿腐蝕性能。然而，筆者認(rèn)為儀器測(cè)量法的操作也并不一定要求一塵不變，基于本方法的試驗(yàn)原理，對(duì)操作步驟進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷囊策�是可以的。例如國(guó)內(nèi)有些檢驗(yàn)人員將儀器自動(dòng)滴加試液的操作改為手動(dòng)滴加試液，這應(yīng)該算是一個(gè)很好的變化，因?yàn)檫@一改變使儀器測(cè)量法的適用范圍更廣，一般的實(shí)驗(yàn)室都可采用，而無(wú)需購(gòu)買專門的試液滴加儀器。

    　4結(jié)論

    　（1）儀器測(cè)量法對(duì)氧化膜被穿透的判斷是通過(guò)測(cè)量其導(dǎo)電性來(lái)反映的，與目視觀察法相比較，其操作簡(jiǎn)單易行,減少了人為因素的影響，使結(jié)果的重現(xiàn)性更好。

    　（2）與目視觀察法相比較，儀器測(cè)量法對(duì)檢驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)的要求更少些，有利于新接觸本試驗(yàn)的檢驗(yàn)人員快速掌握。