● 摘要
本文以2A12航空铝合金为研究对象，在硫酸己二酸阳极氧化工艺的基础上，研究了利用硫化钴着色的方法制备具有高吸收率黑色氧化膜的工艺。探讨了着色工艺（染料浓度、着色温度以及时间）以及阳极氧化工艺（氧化电压、温度以及时间）对黑色氧化膜光吸收的影响，分析得出最优的工艺条件。采用扫描电镜（SEM）、电子能谱（EDS）、原子力显微镜（AFM）等测试手段，研究了硫化钴着色的机理，以及影响氧化膜着色效果的微观机制。通过热震实验、湿热试验以及盐雾试验分别研究了该工艺下得到的黑色氧化膜与基体的结合力以及环境稳定性，并和传统的硫酸阳极氧化着色方法进行了对比，最后探究了硫酸己二酸阳极氧化着色工艺在5A06以及ZL114两种合金上的适用性。
结果显示，最佳的着色工艺为：硫化钴溶液浓度100g/L、温度45℃、浸泡时间10min；阳极氧化的最佳工艺为: 电压20V、时间40min、温度35℃。此时氧化膜的光吸收率为92~94%。氧化膜厚度以及致密度都会显著影响光吸收率。在氧化膜厚度达到2μm前，氧化膜太阳光吸收率随氧化膜厚度增加而快速上升；当氧化膜厚度达到2μm之后，氧化膜厚度的增加对于光吸收率的影响已经非常小，几乎不再变化，此时黑色氧化膜的太阳光吸收率均在90%以上，具有较高的太阳光吸收率。在氧化膜密度在达到2.5g/cm3前，氧化膜光吸收率基本保持稳定，氧化膜光吸收率随氧化膜密度变化很小，此时氧化膜的光吸收率基本在90%以上；当氧化膜密度达到2.5g/cm3之后，氧化膜光吸收率随氧化膜密度增加快速下降。通过硫酸己二酸阳极氧化后着色获得的黑色氧化膜与基体具有很好的结合力；在湿热环境中氧化膜的光吸收率会略微下降，但仍保持较高吸收率；经过336h盐雾试验后氧化膜未出现褪色以及腐蚀点等现象。与传统硫酸阳极氧化工艺的对比，硫酸己二酸阳极氧化着色工艺获得的黑色氧化膜与基体的结合力以及环境稳定性方面与传统的硫酸工艺基本没有差别，性能相似。硫酸己二酸阳极氧化的着色工艺能够在2A12、5A06以及ZL114三种合金上获得着色均匀的、具有较高光吸收率黑色氧化膜，在三种合金上得到的黑色氧化膜与金属基体均具有良好的结合力。黑色氧化膜经过在湿热实验以及盐雾试验后，2A12与5A06两种合金上获得的黑色氧化膜性能并未出现明显的退化；但是在ZL114上获得的黑色氧化膜性能与前者相比略有差距，环境稳定性不如2A12以及5A06两种合金。