随着我国经济的快速发展，对建筑铝合金型材的需求日益增加。其中阳极氧化、着色型材因具有抗腐蚀、耐磨、容易着色和装饰效果好等优良性能，被广泛应用于建筑门窗和幕墙^[1,2,3]。然而，阳极氧化建筑铝型材在实际使用环境中，由于表面常会遭受碱雾、水泥、灰浆等碱性物质的腐蚀，因此阳极氧化膜的耐碱腐蚀性能成为重要的质量参数^[4,5]。阳极氧化膜耐碱腐蚀性能检测有滴碱法和电位测量法两种^[1]，我国以前的标准规定通用的滴碱法是通过工程技术人员利用冒泡观察的方法判定终点，没有可用仪器设备，该方法因操作者的自身素质、经验等原因而存在较大的人为误差。新颁布的国家标准GB5237.2-2008《铝合金建筑型材第2部分：阳极氧化型材》取消了氧化膜的滴碱法。而日本工业标准JISH8601中规定采用电位测量和滴碱仪测量两种方法测试膜层的耐碱性能，且均开发了相关设备，采用仪器设备测量耐碱性的方法可以有效消除由实验人员的经验、素质等原因造成的人为误差^[6,7,8,9]。

赵景茂等研究了铈盐在电场作用下对铝合金阳极氧化膜的封闭作用及电化学性能^[10]，结果表明：该封闭工艺得到的铝合金阳极氧化膜耐蚀性优于传统工艺。王雨顺等采用动电位法研究氧化膜在NaCl溶液中的耐腐蚀性能^[11]，表明经硫酸-硼酸阳极氧化得到的膜层耐蚀性优于硫酸阳极氧化膜。张鹏等采用电化学极化曲线法研究了铝合金阳极氧化膜的腐蚀性能^[12]，结果表明：阳极氧化能够提高其抗均匀腐蚀能力，但对点腐蚀的改善作用有限。

目前，国内未见有关采用电位法测量铝合金阳极氧化膜的耐碱腐蚀性能的研究报道，北京有色金属研究总院根据铝型材阳极氧化膜的特点及耐碱性能检测要求研制出了适用于铝型材阳极氧化膜耐碱性测试的耐蚀性电位测量仪^[13,14]，并在我国的相关领域企业中推广。文中采用该设备对建筑用6063铝合金型材不同厚度的阳极氧化膜耐碱腐蚀性能进行研究，并分析了其腐蚀形貌。 1 试验与方法 1.1 材料与试剂

试验材料为100 mm×76 mm×1 mm的6063铝合金，热处理状态为T5，其化学成分见表 1。

采用恒电流控制系统对试样进行硫酸直流阳极氧化，工艺参数为：20%硫酸(质量分数)，温度20 ℃，电流密度1.2 A/dm²。通过控制氧化时间预制不同厚度级别的阳极氧化膜，其中，氧化时间分别为20、35、45和60 min，对应的试样记为1、2、3和4号。阳极氧化处理后，对试样进行常温封孔。 1.2 方法与表征

采用德国600B涡流测厚仪测量样品的膜厚，每个样品测量5个点取平均值。

采用北京有色金属研究总院研制的耐蚀性电位测量仪测试不同膜层厚度的阳极氧化膜的耐碱腐蚀性能，每个样品测试5个位置。试验温度(35±1) ℃，腐蚀介质为1 mL的NaOH溶液(100 g/L)。先将表面干净的试样放在加热台上，温度恒定后启动设备注液并实时测量、记录腐蚀电位随试验时间的变化情况，当腐蚀电位达到1 mV时设备自动停止试验。根据腐蚀电位到达1 mV的腐蚀时间判定该膜层耐碱腐蚀性能，并对腐蚀后的形貌及耐碱腐蚀数据进行分析。 1.3 试验原理

图 1为耐蚀性电位测量仪的示意图。该方法利用铝基体是良导体、阳极氧化膜是高电阻绝缘膜的原理。在铝型材阳极氧化膜表面通过绝缘密封垫连接金属电解池，电解池与铝型材表面接触内径为3.6 mm，接触面积约为0.1 cm²。金属电解池与铝合金基体间串联一个1 Ω的电阻，在电解池中放入一定浓度的腐蚀介质，铝合金表面阳极氧化膜被侵蚀、溶解，发生电化学反应。当铝合金表面阳极氧化膜被蚀穿后，与基体形成导通电回路。通过实时测量电阻两端的电位来判断腐蚀情况。

图 1 耐蚀性电位测量仪的示意图Fig. 1 Schematic diagram of the corrosion resistance potential instrument

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6063铝合金阳极氧化膜的厚度见表 2。采用不同时间制备的阳极氧化膜的膜层厚度呈递增现象，分别属于AA10、AA15、AA20、AA25厚度等级。其中AA代表铝合金阳极氧化膜厚，下文分别采用AA10、AA15、AA20、AA25表示1、2、3和4号试样。

图 2为耐蚀性电位测量仪测得的不同厚度试样的腐蚀电位随时间变化曲线。曲线1~5为同一试样5个位置的重复测量曲线。图 2(a)为 厚度为AA10等级的阳极氧化膜的腐蚀电位曲线。 开始试验时电位为0，约15 s之后开始产生电位变化，如图 2(a)中箭头所示；15 s后电位开始逐渐升高至1 mV，停止试验。

图 2 6063铝合金阳极氧化膜耐碱腐蚀电位曲线(曲线1,2,3,4,5代表同一试样的5个测试位置)Fig. 2 Alkali corrosion potential curves of the 6063 aluminum alloy anodic oxide coatings (Curve 1,2,3,4 and 5 represnt the five test positions in one sample)

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图 2(b)为厚度为AA15等级阳极氧化膜的腐蚀电位曲线。从18 s开始腐蚀电位开始升高，并逐渐升高到1 mV。其中箭头所示位置的腐蚀电位随时间增加的最迅速，这和该试样膜层的厚度不均匀是有关的。

图 2(c)为厚度为AA20的阳极氧化膜的腐蚀电位曲线。试验开始时电位为0，经过34 s电位开始升高，并逐渐达到1 mV。图 2(d)为厚度为AA25的阳极氧化膜的腐蚀电位曲线。经40 s后腐蚀电位开始升高。

由图 2可知：铝合金阳极氧化膜耐碱腐蚀试验开始时，电位保持在0 mV一段时间，随着腐蚀的进行，腐蚀介质侵入材料表面并发生反应，产生局部点蚀，铝合金与电解池在电介质的作用下产生原电池反应，进而产生电流，随着点蚀的范围增大，腐蚀电位逐渐升高，最终腐蚀电位达到1 mV停止试验。

表 3为铝合金阳极氧化膜的耐碱腐蚀时间。耐碱腐蚀时间与膜层厚度成正比，且随着阳极氧化膜层厚度的增加而增加。厚度为AA20以上的样品耐碱腐蚀性能明显优于AA15和AA10。铝合金阳极氧化膜耐碱腐蚀电位达到1 mV所用平均时间由33.7 s增长为95.2 s，增长了3倍。

图 3为不同厚度等级的6063铝合金阳极氧化膜耐碱腐蚀时间分布图。根据数据分布情况可知：膜厚为AA10和AA25的铝合金阳极氧化膜的耐碱腐蚀时间较接近，标准差也较小。由此可见：使用耐蚀电位测量仪对铝合金阳极氧化膜进行耐碱性能测试的数据重现性较好。

图 3 不同厚度阳极氧化膜的耐碱腐蚀时间Fig. 3 Alkali corrosion times of anodic oxide coatings with different thicknesses

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不同厚度的铝合金阳极氧化膜耐碱腐蚀形貌如图 4所示。图中圆圈的位置为铝合金阳极氧化膜耐碱腐蚀的试验位置，采用万用表测量该点，电流导通，说明该处铝合金表面阳极氧化膜已被腐蚀穿，露出了导电性好的铝合金基体。

图 4 不同厚度的阳极氧化膜耐碱腐蚀形貌 (1 mV)Fig. 4 Morphologies of the alkali corrosion anodic oxide coatings with different thicknesses (1 mV)

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图 5为铝合金阳极氧化膜的腐蚀形貌。由图可知：铝合金型材加工留下的表面痕迹，腐蚀后已经消失。不同膜厚等级的铝合金阳极氧化膜试样腐蚀形貌相似，可以判断其腐蚀情况相同。

图 5 6063铝合金阳极氧化膜的腐蚀形貌 Fig. 5 Corrosion morphology of the 6063 aluminum anode oxide coatings

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将不同厚度的阳极氧化膜腐蚀位置制成截面试样，抛光后进行扫描电镜观察，得到不同厚度阳极氧化膜的腐蚀截面形貌，如图 6所示。

图 6(a)为厚度等级为AA10的阳极氧化膜腐蚀后的截面形貌。从图中可以看到铝合金基体与阳极氧化膜有较明显的界面，通过标尺测量到阳极氧化膜的厚度为11 μm。而涡流测厚仪测得的平均膜厚为12 μm，这是因为试验过程中铝合金表面阳极氧化膜被腐蚀后膜层厚度变小的缘故；铝合金阳极氧化膜层接近一半被腐蚀掉，且腐蚀深度达到铝合金基体。可见，试验停止条件为腐蚀电位达到1 mV较准确。

图 6 6063铝合金阳极氧化膜的腐蚀截面形貌Fig. 6 Cross section corrosion morphologies of the aluminum alloy anodic oxide coatings

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图 6(b)为AA15铝合金阳极氧化膜腐蚀后的截面形貌，铝合金基体与阳极氧化膜的界面明显，停止试验时均腐蚀到了铝合金基体。图 6(c)(d)分别 为厚度等级为AA20、AA25的铝合金阳极氧化膜腐蚀后的截面形貌，铝合金表面膜层与基体界线清晰，阳极氧化膜大部分被腐蚀掉，腐蚀进行到膜层与基体交界处后未见继续向基材深处腐蚀。图 6(b)(c)(d)腐蚀时间较长，铝合金表面阳极氧化膜腐蚀严重，氧化膜的厚度也明显变薄，亦不能表示为原始制备的阳极氧化膜厚度，因而没有在图中进行测量厚度。

对比可知：腐蚀均已达到铝合金基体位置，这说明试验过程中设置的腐蚀电位达1 mV停止试验是正确的。试验加载腐蚀介质的同时开始计时，由于开始试验时，铝合金表面阳极氧化膜为绝缘体，不能与基体构成导通回路，此时腐蚀电位为“0”；阳极氧化膜在碱液的作用下开始腐蚀，产生点蚀坑，并且随着腐蚀时间的延长，表面蚀坑不断增多且加深，并逐渐腐蚀到铝合金基体，形成电回路，腐蚀电位开始升高；随着腐蚀的深入，腐蚀电流也逐渐增加，腐蚀电位达到1 mV时停止试验观察腐蚀截面发现不同厚度的试样都腐蚀到铝合金基体，表明采用达到腐蚀电位阈值的腐蚀时间评价该膜层的耐碱腐蚀性能是科学可靠的。 3 结 论

(1) 采用恒电流控制法进行硫酸直流阳极氧化，通过控制阳极氧化时间参数制备了分别属于AA10、AA15、AA20和AA25 4种厚度级别的铝合金阳极氧化膜。

(2) 随着阳极氧化膜层厚度的增加其腐蚀电位达到1 mV时的耐碱腐蚀时间也逐渐增加，耐碱腐蚀性能也越好。

(3) 不同厚度的阳极氧化膜层经过腐蚀且腐蚀电位到达1 mV后的腐蚀形貌大致相同，且均腐蚀到铝合金基体。

(4) 该方法简单易行、重复性稳定性好、相对偏差小，同时该方法具有试验时间短、劳动强度低、人为误差小的优点，为相关产品质量评价提供了快速有效的检测方法。