氧化膜干燥方式對(duì)汽車用鋁合金粘結(jié)件組織和性能的影響
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張梅紅，魏冬至
（1．河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，河南鄭州，450000；
2．鄭州市技師學(xué)院，河南鄭州450000）
摘要：以汽車用2A12鋁合金工件為研究對(duì)象，試驗(yàn)研究不同氧化膜干燥方式對(duì)粘結(jié)件顯微組織、剪切強(qiáng)度、粘結(jié)性能和耐久性的影響。結(jié)果表明，隨著干燥溫度上升，氧化膜中含水量逐漸降低，氧化膜出現(xiàn)龜裂，沸水煮后風(fēng)干處理的氧化膜中含水量較高。隨著干燥溫度上升，鋁合金粘結(jié)件的剪切強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)干燥溫度為100。C時(shí)，其剪切強(qiáng)度最大，為22.3 N/mm2。50。C干燥的鋁合金粘結(jié)件的初始粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性最佳，而沸水煮后風(fēng)干處理后的樣品其初始粘結(jié)強(qiáng)度較低且耐久性較差。
關(guān)鍵詞：鋁合金粘結(jié)件；顯微組織；剪切強(qiáng)度；楔子試驗(yàn)
當(dāng)代汽車在滿足實(shí)用性的條件下，還追求輕量化、舒適、美觀和更安全等，鋁合金由于具備輕質(zhì)、高強(qiáng)和較高的可回收再利用率等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多地應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件。在鋁合金的使用過(guò)程中，需要進(jìn)行鋁合金結(jié)構(gòu)件間的連結(jié)。傳統(tǒng)的連結(jié)方式主要有焊接法和鉚接法等，然而這些連結(jié)方法使結(jié)構(gòu)件增重大、操作時(shí)間長(zhǎng)、成本較高、連結(jié)效率較低。近些年來(lái)，利用高效膠粘劑實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件的膠結(jié)被廣泛接受，本課題擬利用鋁合金工件陽(yáng)極氧化后實(shí)施鋁合金工件的膠結(jié)，研究工件陽(yáng)極氧化后的干燥方式和放置條件對(duì)工件粘結(jié)處組織和性能的影響。
1 試驗(yàn)材料與方法
試驗(yàn)材料為2A12鋁合金，其成分如表1所示。試驗(yàn)研究陽(yáng)極氧化后鋁合金工件的干燥方式和放置條件對(duì)粘結(jié)處組織和性能的影響。試驗(yàn)方案為：試樣砂紙打磨至800#一丙酮超聲波清洗一酸洗、堿洗一水洗至中性-+FPL脫氧處理一水洗-磷酸陽(yáng)極氧化一水洗一干燥一涂膠_固化。其中磷酸陽(yáng)極氧化工藝為：試樣在(20±1)℃溫度條件下，在0. 5 mol/L的磷酸溶液中20 V電壓下處理20 min。干燥方式分別為：①自然風(fēng)干；②50℃烘干；③100℃烘干；④沸水煮30 min后風(fēng)干。
用S4700掃描電鏡觀察所有試樣的顯微組織。利用美國(guó)生產(chǎn)的4706型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試粘結(jié)接頭拉剪性能，拉伸速率為2 mm/min，試樣尺寸為：20 mm×10 mm x2 mm。參考美國(guó)波音飛機(jī)公司對(duì)粘結(jié)件組織進(jìn)行楔子試驗(yàn)，試驗(yàn)試樣參照ASTM3762- 79標(biāo)準(zhǔn)制備。將楔子以50 mm/min的速度楔人膠縫中，然后在室溫環(huán)境下靜置12 h，測(cè)試其裂紋長(zhǎng)度l。再將試樣置于溫度為50℃、相對(duì)濕度為90 %的環(huán)境下，每隔1h觀察裂紋值的變化，并計(jì)算得到應(yīng)變能釋放率。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1 陽(yáng)極氧化后鋁合金試樣的干燥方式對(duì)其顯微組織的影響
圖1是不同溫度烘干后氧化膜的顯微組織圖片。從圖1可以看出，氧化膜在50℃烘干處理后，組織均勻完整，且氧化膜較致密；當(dāng)氧化膜在100 cC烘干處理后，水合氧化物由于失去部分結(jié)晶水而使氧化膜中產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致氧化膜產(chǎn)生龜裂，促進(jìn)了水分子在氧化膜中的擴(kuò)散。
圖2是自然風(fēng)干和沸水煮后風(fēng)干條件下氧化膜斷面組織。
從圖2可以看出，氧化膜經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干后，氧化膜中孔洞結(jié)構(gòu)完整，而沸水煮后風(fēng)干的氧化膜孔洞堵塞而減少，損害了其粘結(jié)性能。
圖3是不同氧化膜干燥方式下鋁合金粘結(jié)件的剪切強(qiáng)度。從圖3可以看出，隨著干燥溫度的上升，粘結(jié)件的剪切強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)干燥溫度為100 0C時(shí)，其剪切強(qiáng)度最大，為22.3 N/mm2。當(dāng)試樣經(jīng)過(guò)沸水煮后風(fēng)干處理后，其剪切強(qiáng)度明顯減小，且低于自然風(fēng)干時(shí)的剪切強(qiáng)度，為17.1 N/mm2。氧化膜經(jīng)過(guò)不同干燥方式處理后其含水量不同，這是造成其剪切強(qiáng)度差異的主要原因。
圖4是氧化膜經(jīng)不同干燥方式處理后的楔子試驗(yàn)結(jié)果。從圖4可以看出，不同干燥方式處理后的氧化膜在試驗(yàn)中45 min后出現(xiàn)明顯裂紋，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其裂紋總長(zhǎng)度緩慢增長(zhǎng)。其中，50℃干燥條件下得到的氧化膜的裂紋總長(zhǎng)度最小，沸水煮后風(fēng)干條件下得到的氧化膜的裂紋總長(zhǎng)度最大。在50℃干燥條件下得到的氧化膜的應(yīng)變能釋放率最高，沸水煮后風(fēng)干條件下得到的氧化膜的應(yīng)變能釋放率最低。這些說(shuō)明50℃干燥后得到的鋁合金粘結(jié)件的初始粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性最佳，而沸水煮后風(fēng)干處理后的樣品其初始粘結(jié)強(qiáng)度較低且耐久性差。
3 結(jié)論
1)隨著干燥溫度的上升，鋁合金陽(yáng)極氧化膜中水含量逐漸減少，從而導(dǎo)致氧化膜脫水龜裂；50℃干燥后氧化膜組分、組織均勻完整，100 0C干燥后氧化膜產(chǎn)生龜裂。與自然風(fēng)干相比，沸水煮后風(fēng)干的氧化膜含水量較高，孔洞結(jié)構(gòu)堵塞。
2)隨著干燥溫度的上升，鋁合金粘結(jié)件的剪切強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)干燥溫度為lOO℃時(shí)，其剪切強(qiáng)度最大，為22.3 N/mm2。
3)根據(jù)楔子試驗(yàn)結(jié)果，50℃干燥后鋁合金粘結(jié)件的初始粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性最佳，而沸水煮后風(fēng)干處理后的樣品其初始粘結(jié)強(qiáng)度較低且耐久性較差。
