鋁合金材料是工業中使用量僅次于鋼鐵的金屬材料，在自然環境中容易發生腐蝕，因此有必要對鋁合金進行防腐蝕處理。目前最常用的鋁合金表面防護方法有陽極氧化和化學轉化膜，化學轉化膜中應用最廣的是鉻酸鹽轉化法。由于六價鉻有劇毒，因此被很多國家限制使用。廣東堅美鋁型材廠(集團)有限公司做為國際知名鋁型材企業，也積極投入到無鉻化的研究中，經過研究獲得一較成熟配方。文中采用正交實驗和單因數實驗對配方進行了研究，希望能為我國的無鉻化事業貢獻一份力量^[1-9]。

1 實驗材料及方法

試樣采用軋制6063鋁合金，為方便電化學測量, 將試樣的非工作面用環氧樹脂封裝, 只露出面積為1.0 cm2 的工作面。NaCl, HCl（質量分數為37%）, K2Cr2O7等均為市售分析純試劑。實驗用水為自制蒸餾水。

6063鋁合金試樣依次經300#，600#，800#和1000＃水砂紙逐級打磨，然后再依次進行堿蝕除油（100 g/L NaOH+ 40g/LNa3PO4 +15g/L Na2SiO3，60oC，超聲去油處理2分鐘）、拋光（20%HNO3 +10%H3PO4 + 5%HF，浸泡1分鐘）和活化(10g/LNaOH溶液中浸漬30秒)等前處理工藝, 每道工序間用蒸餾水清洗三次。

轉化處理溶液以成膜劑，氧化劑和促進劑組成的復合溶液，反應溫度為室溫。進行L16 (45)的16組正交試驗，5因素分別為成膜劑、氧化劑、促進劑、反應時間和溶液pH，每個因素分別設計4個水平：成膜劑濃度為3，5，7和9 g/L；氧化劑濃度為0.5，1.0，1.5和2.0 g/L；反應時間為1min，3min，5min和7min；pH為1.0，1.5，2.0和2.5；促進劑濃度為0.02，0.04，0.06和0.08 g/L。以轉化膜的膜厚腐蝕電流密度作為判斷轉化膜優劣的性能指標。

轉化膜的膜層厚度由非磁性渦流測厚儀測量（Surfix-FNB），測量方法是首先按照要求對儀器進行校準和調零，然后立即將儀器探頭垂直對準試樣的測試點進行測量，儀器顯示的數字即為該點處轉化膜的膜厚。由于渦流測厚儀存在一定誤差，因此試驗中測量轉化膜膜厚時，需要在膜的正反兩面各取5個點，然后求這10個點的平均值來確定轉化膜的膜層厚度。

2 結果及分析

2.1 正交實驗結果及分析

通過L16(45)正交實驗，研究室溫時成膜劑、氧化劑、促進劑、反應時間和溶液pH對轉化膜性能的影響，采用腐蝕電流密度作為耐腐蝕性能參數指標，實驗結果如表1所示。對實驗結果進行統計分析，分析結果示于表2。

表1 L16(45)四因素四水平正交實驗結果

Table 1 The results of L16(45) orthogonal experiment

表2 正交實驗數據統計分析結果

Table 3 The analysis on the statistical tesults of L16(45) orthogonal experiment

對結果進行統計分析，結果表明5因素對轉化膜性能影響程度大小的順序依次為反應時間＞＞溶液pH＞成膜劑＞促進劑＞氧化劑。從對正交實驗數據分析可以看出，室溫成膜時反應時間是最重要的因素。根據正交實驗的腐蝕電流密度性能參數指標，獲得了室溫時較佳成膜工藝：反應時間3min、溶液pH 1.5、成膜劑7.0g /L、促進劑0.06g/L、氧化劑0.5g/L，反應時間是唯一的顯著性影響因素，pH是次要影響因數，成膜劑、氧化劑、促進劑在室溫時時影響效果不明顯。因此，為了進一步研究反應時間對轉化膜的影響，在固定反應溫度室溫、溶液pH 1.5、成膜劑7.0g /L、促進劑0.06g/L和氧化劑0.5g/L不變的情況下，對反應時間(分別取1min、3min、5min和7min)進行單因素實驗。

2.2 成膜時間對轉化膜膜厚的影響

表3是成膜時間對轉化膜膜厚的影響，通過對表3分析可知，在3-5min范圍內，隨成膜時間延長膜厚不斷變厚，時間越長變化率也越大；在5-9min范圍內，膜層厚度隨溫度升高變化趨緩，變化不太明顯。

表3 成膜時間對轉化膜膜厚的影響

2.3 成膜時間對轉化膜耐鹽霧實驗的影響

表4是成膜時間對轉化膜耐鹽霧性能的影響，通過對表4分析可知，隨著成膜時間的延長，轉化膜膜厚不斷增厚，膜層耐腐蝕能力逐漸提高，成膜5min后達到國家標準，膜層質量合格。

表4 成膜時間對轉化膜耐鹽霧性能的影響

2.3 成膜時間對轉化膜影響的分析

當鋁合金浸入轉化溶液中時 由于鋁合金表面不同部位的活性不同或合金元素的作用, 構成了許多微電池[10-12]。微電池的陽極部分發生金屬溶解, 即Al - 3e →Al3+ ; 陰極部分發生氧的還原, 即O2 + 2H2O + 4e →4OH- , 或氫的析出即2H+ + 2e →H2 兩個反應的發生, 使陰極區溶液pH 值升高, 當pH值達到一定值時, 在陰極區成膜劑中的有效成分會形成氧化物或氫氧化物沉淀膜；同時OH-也會擴散到陽極區域，發生Al3++3OH-→Al (OH)3(S)，阻礙了Al3+和O2 在溶液和金屬界面之間的擴散和遷移，陽極反應或陰極反應被終止，腐蝕就停止發生[13-17]。隨著反應時間的不斷延長，鋁合金表面膜層不斷增厚，轉化膜耐蝕性能持續增強。

3 結論

以腐蝕電流密度作為衡量Ce--Mn轉化膜性能的指標，采用正交實驗研究常溫下成膜時時間(T)、pH、成膜劑、氧化劑和 促進劑對轉化膜性能的影響，獲得一較佳成膜工藝，結果表明時間是最重要的因素。采用渦流測厚儀研究了成膜時間對膜厚的影響；采用中性鹽霧實驗研究成膜時間對轉化膜耐蝕性能的影響；實驗結果顯示3-5是較佳成膜時間范圍。
1)正交實驗中各因素對轉化膜厚度影響程度的順序為：反應時間＞＞溶液pH＞成膜劑＞促進劑＞氧化劑。獲得的較佳工藝是：反應時間3min、溶液pH 1.5、成膜劑7.0g /L、促進劑0.06g/L、氧化劑0.5g/L。

2)成膜時間對膜厚有重要影響，從提高生產效率的角度考慮，最佳成膜時間范圍為3-5min。