● 摘要
在航空工业中高强铝合金材料被广泛使用，而阳极氧化是常用的提高其耐蚀性的表面处理技术。传统的铬酸阳极氧化工艺存在严重的环境污染问题，而作为替代技术的硼酸-硫酸阳极氧化工艺制备的膜层性能与铬酸氧化膜相比，在氧化膜层的耐蚀性和对铝合金基体的疲劳损伤方面还有改进的余地。因此，本文以铝合金铬酸阳极氧化工艺，硼酸-硫酸阳极氧化为研究基础，在硫酸氧化溶液中添加不同有机酸添加剂成分，并改变氧化电压工艺参数，探讨硫酸浓度以及不同有机酸添加剂对铝合金阳极氧化过程和所得膜层的影响规律，通过不同添加剂及变压工艺参数的改进，获得了氧化膜层性能和铝合金基体疲劳性能可以代替铬酸（或者硼硫酸）的新型快速阳极氧化处理工艺技术。
在不同浓度的硫酸溶液中对试样进行阳极氧化处理，研究硫酸浓度对氧化膜层厚度、耐腐蚀性能的影响规律，结果表明：随溶液中硫酸浓度增加，氧化膜层厚度增加，耐蚀性能相应提高，但当硫酸浓度过高时，氧化膜层的膜重超过了美军标（MIL-A-8625F）对代铬酸阳极氧化膜层膜重要求的临界最大值（75mg/dm2）。
选取硫酸为45g/L，添加不同有机酸成分进行阳极氧化，发现丙二酸、乳酸、植酸等成分对氧化膜层性能的改善有限，而YP添加剂的加入，可以明显改善氧化膜层的致密性，并提高氧化膜层的耐点滴腐蚀时间（沸水封闭，从13-15min提高到15-17min）；在YP添加剂的基础上，再加入具有减缓铝合金阳极氧化成膜速率的YJ 缓冲剂，在膜重为50 mg/dm2的情况下，膜层耐点滴腐蚀时间可提高到17-25min。
在硫酸为45g/L、YP添加剂为20 g/L、YJ 缓冲剂为8g/L的溶液中，改变阳极氧化电压参数，考察变压工艺对氧化过程、膜层结构和性能的影响。结果发现在氧化电压为17v的条件下氧化4min，然后再在25v下氧化4min，经沸水封闭，可以使氧化膜层的多孔层结构发生变化，靠近基体的膜层的多孔层孔径，单元胞尺寸较大，分别为12-14nm，52-60nm，而靠近表面的膜层的多孔层孔径，单元胞尺寸较小，分别为8-10nm，40-44nm，膜层性能接近硼硫酸溶液中15V下氧化20min的膜层，膜层膜重为71-72 mg/dm2（满足MIL-A-8625F对阳极氧化膜膜重的要求），耐点滴腐蚀时间在21-23min，并可以通过336小时中性盐雾试验。
在300 MPa应力水平，应力比为0.1，频率为10Hz的条件下分别对未经处理的试样以及经新型快速阳极氧化、铬酸阳极氧化、硼酸-硫酸阳极氧化处理的铝合金试样进行疲劳测试，结果表明：经新型快速阳极氧化处理后的铝合金试样的中值疲劳寿命为111909次，为基体试样的疲劳寿命（126164次）的88.7%，接近于经铬酸阳极氧化处理试样的疲劳寿命（114067次，为基体的90.4%），优于经硼酸-硫酸阳极氧化处理试样的疲劳寿命（103492次，为基体的82.1%）。