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热处理方法对铝合金阳极氧化热控膜结构与性能(2)

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从图 3可见，热循环试验后，2A12-T4状态下的热控膜出现脱落，露出基材，且是批次性的。而2A12-H112状态下的热控膜仍旧完好，表明热处理状态会显著影响热控膜的热循环性能。

图3 不同状态下所制热控膜在热循环试验后的SEM照片Figure 3 SEM images of thermal control coatings prepared under different states after thermal cycling test

2.4 热控膜在热循环试验中脱落行为分析

由于2A12-T4状态下的CuAl2强化相电位较负，硫酸阳极化时优先溶解，令膜层中存在大量孔洞。而由于热控膜与基材之间存在孔洞，且裂纹穿透孔洞(见图4a)，造成热控膜成膜质地疏松，与基材的结合力差，因此在热循环试验过程中，热胀冷缩的应力作用令热控膜沿着晶界、裂纹整块地脱落(见图4b)。而当状态为2A12-H112时，热控膜未见明显裂纹，且与基材之间不存在孔洞(见图5)，表现出较好的热循环性能。根据相关文献[7]报道，对2A12-H112状态下的铝合金阳极氧化后，由0 °C直接加热到95 °C，再保温10 min，热控膜开裂，说明对未进行T4热处理的2A12铝合金先进行阳极化后再进行T4处理，并不能解决热控膜开裂的问题。这进一步说明，2A12-T4状态下热控膜的开裂是由热处理造成的。

图4 T4状态下所制热控膜在热循环试验后截面(a)和表面(b)的形貌Figure 4 Sectional (a) and surface (b) micromorphologies of thermal control coating prepared under T4 state after thermal cycling test

根据生产经验，2A12-T4状态下铝合金上热控膜的脱落呈批次性，有的批次不会出现脱落的情况，这可能与基材的粗糙度、微腐蚀、机械加工、发黑氧化参数等因素有关[8]，在某些特定条件下，热控膜能承受住热循环试验的应力作用。这种批次性的脱落在其他科研院所也常出现，解决该问题的措施也一直在探索中，目前该状态下的热控膜的结构件在正式装配前，需检测其热循环性能，如没有出现脱落，才能正式使用。

图5 H112状态下所制热控膜在热循环试验后的截面形貌Figure 5 Sectional micromorphology of thermal control coating prepared under H112 state after thermal cycling test

脱落处的元素组成(质量分数)有：Cu 3.99%，Mg 1.23%，O 13.35%，Al 80.09%，S 1.34%。O元素表明了热控膜依然存在，而Cu和Mg元素表明该膜很薄。阳极氧化膜分为阻挡层和疏松层，阻挡层呈纳米级[9]结构。脱落处热控膜的阻挡层依然存在，脱落的是疏松层。

3 结论

2A12铝合金处于2A12-H112状态时，CuAl2强化相和杂质固溶在基体中，没有明显的晶粒边界，金相组织均匀，热控膜未见明显裂纹，且与基材之间不存在孔洞，热循环性能较好。而处于 T4状态时，CuAl2强化相、杂质和晶粒边界是热控膜的缺陷部位，最终发展成裂纹。热控膜与基材之间存在孔洞，且裂纹穿透孔洞，这是造成热循环试验后热控膜脱落的主要原因。

在实际生产中应尽量避免采用2A12-T4状态的铝合金进行热控阳极氧化，如必须使用，应在热循环试验证明无质量问题后才能正式装配。

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