氧化膜干燥方式对汽车用铝合金粘结件组织和性能的影响

张梅红，魏冬至

（1．河南工业贸易职业学院机电工程系，河南郑州，450000；

2．郑州市技师学院，河南郑州450000）

摘要：以汽车用2A12铝合金工件为研究对象，试验研究不同氧化膜干燥方式对粘结件显微组织、剪切强度、粘结性能和耐久性的影响。结果表明，随着干燥温度上升，氧化膜中含水量逐渐降低，氧化膜出现龟裂，沸水煮后风干处理的氧化膜中含水量较高。随着干燥温度上升，铝合金粘结件的剪切强度逐渐增大，当干燥温度为100。C时，其剪切强度最大，为22.3 N/mm2。50。C干燥的铝合金粘结件的初始粘结强度和耐久性最佳，而沸水煮后风干处理后的样品其初始粘结强度较低且耐久性较差。

关键词：铝合金粘结件；显微组织；剪切强度；楔子试验

  当代汽车在满足实用性的条件下，还追求轻量化、舒适、美观和更安全等，铝合金由于具备轻质、高强和较高的可回收再利用率等优势，越来越多地应用于汽车结构件。在铝合金的使用过程中，需要进行铝合金结构件间的连结。传统的连结方式主要有焊接法和铆接法等，然而这些连结方法使结构件增重大、操作时间长、成本较高、连结效率较低。近些年来，利用高效胶粘剂实现金属构件的胶结被广泛接受，本课题拟利用铝合金工件阳极氧化后实施铝合金工件的胶结，研究工件阳极氧化后的干燥方式和放置条件对工件粘结处组织和性能的影响。

1  试验材料与方法

试验材料为2A12铝合金，其成分如表1所示。试验研究阳极氧化后铝合金工件的干燥方式和放置条件对粘结处组织和性能的影响。试验方案为：试样砂纸打磨至800#一丙酮超声波清洗一酸洗、碱洗一水洗至中性-+FPL脱氧处理一水洗-磷酸阳极氧化一水洗一干燥一涂胶_固化。其中磷酸阳极氧化工艺为：试样在(20±1)℃温度条件下，在0. 5 mol/L的磷酸溶液中20 V电压下处理20 min。干燥方式分别为：①自然风干；②50℃烘干；③100℃烘干；④沸水煮30 min后风干。

用S4700扫描电镜观察所有试样的显微组织。利用美国生产的4706型万能材料试验机测试粘结接头拉剪性能，拉伸速率为2 mm/min，试样尺寸为：20 mm×10 mm x2 mm。参考美国波音飞机公司对粘结件组织进行楔子试验，试验试样参照ASTM3762- 79标准制备。将楔子以50 mm/min的速度楔人胶缝中，然后在室温环境下静置12 h，测试其裂纹长度l。再将试样置于温度为50℃、相对湿度为90 %的环境下，每隔1h观察裂纹值的变化，并计算得到应变能释放率。

2试验结果及讨论

2.1  阳极氧化后铝合金试样的干燥方式对其显微组织的影响

图1是不同温度烘干后氧化膜的显微组织图片。从图1可以看出，氧化膜在50℃烘干处理后，组织均匀完整，且氧化膜较致密；当氧化膜在100 cC烘干处理后，水合氧化物由于失去部分结晶水而使氧化膜中产生应力，从而导致氧化膜产生龟裂，促进了水分子在氧化膜中的扩散。

图2是自然风干和沸水煮后风干条件下氧化膜断面组织。

  从图2可以看出，氧化膜经过自然风干后，氧化膜中孔洞结构完整，而沸水煮后风干的氧化膜孔洞堵塞而减少，损害了其粘结性能。

图3是不同氧化膜干燥方式下铝合金粘结件的剪切强度。从图3可以看出，随着干燥温度的上升，粘结件的剪切强度逐渐增大，当干燥温度为100 0C时，其剪切强度最大，为22.3 N/mm2。当试样经过沸水煮后风干处理后，其剪切强度明显减小，且低于自然风干时的剪切强度，为17.1 N/mm2。氧化膜经过不同干燥方式处理后其含水量不同，这是造成其剪切强度差异的主要原因。

图4是氧化膜经不同干燥方式处理后的楔子试验结果。从图4可以看出，不同干燥方式处理后的氧化膜在试验中45 min后出现明显裂纹，且随着时间的延长，其裂纹总长度缓慢增长。其中，50℃干燥条件下得到的氧化膜的裂纹总长度最小，沸水煮后风干条件下得到的氧化膜的裂纹总长度最大。在50℃干燥条件下得到的氧化膜的应变能释放率最高，沸水煮后风干条件下得到的氧化膜的应变能释放率最低。这些说明50℃干燥后得到的铝合金粘结件的初始粘结强度和耐久性最佳，而沸水煮后风干处理后的样品其初始粘结强度较低且耐久性差。

3  结论

  1)随着干燥温度的上升，铝合金阳极氧化膜中水含量逐渐减少，从而导致氧化膜脱水龟裂；50℃干燥后氧化膜组分、组织均匀完整，100 0C干燥后氧化膜产生龟裂。与自然风干相比，沸水煮后风干的氧化膜含水量较高，孔洞结构堵塞。

  2)随着干燥温度的上升，铝合金粘结件的剪切强度逐渐增大，当干燥温度为lOO℃时，其剪切强度最大，为22.3 N/mm2。

  3)根据楔子试验结果，50℃干燥后铝合金粘结件的初始粘结强度和耐久性最佳，而沸水煮后风干处理后的样品其初始粘结强度较低且耐久性较差。