一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征和调控方法，通过测量对铝合金样品进行表面处理前后的质量和尺寸信息，计算经表面处理后所得铝合金的质减率R

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法


[0001]本专利技术属于材料表面结构处理与表征
，具体涉及一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法。

技术介绍

[0002]随着工业的发展，铝合金/聚合物叠层材料结构在减重、防腐蚀层、绝缘层、包装、透明仪表制造等领域有着大量需求；其中，聚合物可通过热压注塑、摩擦热焊、溶液法等方式得以直接结合。为增益聚合物与铝合金的结合强度，通常对铝合金进行表面处理，使其具有多孔结构，从而与聚合物形成微观锁合结构，增益界面结合强度。但过度的表面处理，尤其是过度的化学腐蚀处理，将引起铝合金基体的强度降低、表面孔隙深处富集活性负离子等问题；与此同时，由于铝合金表面的孔隙区域早已饱和，过度的表面处理不再增益其与聚合物的结合强度。故需要简易可行的方法直接表征铝合金表面微结构，建立其与结合性能之间的定量联系，用于调控铝合金表面处理，避免过度的或不充分的工艺条件。
[0003]在生产与实验中常用表面处理的工艺参数(如表面处理时间，处理液浓度、温度，等)间接代表铝合金的表面处理程度，并以此与铝合金
‑
聚合物的连接性能建立联系。这种方法虽较为直接方便，但工艺参数种类繁多，往往需要严格控制多变量才能研究其中一种工艺参数。其它用于直接表征材料表面的物理量或方法包括：1)接触角作为最常见的材料表面表征手段，可用于反映材料表面粗糙度，但针对表面微孔尺寸不一的情况，在测量接触角时，由于微孔毛细管阻力与液体表面张力的存在，液体易与尺寸较大的蚀孔润湿，而不易与较小的蚀孔润湿，而较小的蚀孔又可以交叠合并成较大的蚀孔，这就使得液体与铝合金表面接触的情形错综复杂，难以确定接触角与铝合金表面的处理程度之间的关系，从而难以与界面结合性能表征数据建立有效的定量关系；2)材料微观表面积作为另一种可表征表面微结构的指标，可通过分别测量材料表面在分子级别的理想光滑状态以及粗糙状态与水的接触角求得；但依然需要测量在粗糙状态下的接触角，且在实际的操作中，很难获得分子级别的光滑理想表面；3)原子力显微镜作为一个可以同时获取表面多项表征的方法，只能对固体表面进行微米区域的扫描，测量面积明显不足以覆盖宏观面积范围内的金属表面微结构，且测试成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法，解决现有表征方法存在的无法测算有效数据、测试区域有限、对测试样品尺寸与形貌有限制、测试成本较高等问题；可有效实现铝合金/聚合物叠层界面结合性能的预测评估以及对铝合金表面处理工艺参数的调控。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征方法，包括以下步骤：
[0007]1)对铝合金样品进行表面去皮，清洗、烘干、冷却，测得铝合金初始质量M0，或铝合金初始质量M0和初始尺寸信息I；
[0008]2)对铝合金表面进行表面处理，再进行清洗、烘干、冷却，测得经表面处理后所得铝合金的质量M1或质量M1和尺寸信息II；
[0009]3)根据铝合金初始质量M0和质量M1，计算经表面处理后所得铝合金的质减率R
m
；
[0010]或，根据铝合金初始质量M0和初始尺寸信息I，以及经表面处理后所得铝合金的质量M1和尺寸信息II，计算经表面处理后所得铝合金的表面孔隙率R；其中根据测量得到的尺寸信息，计算铝合金的表观体积V0、表观体积V1和表观表面积S1；利用所得初始质量M0、质量M1、表观体积V0、表观体积V1和表观表面积S1计算所述表面孔隙率R；
[0011]4)利用计算所得铝合金的质减率R
m
或表面孔隙率R作为评价与聚合物连接的铝合金表面微结构的定量表征参数。
[0012]上述方案中，所述质减率R
m
＝(M1‑
M0)/M0。
[0013]上述方案中，所述表面孔隙率R＝[(M1‑
M0)/M0‑
(V1‑
V0)/V0]/S1。
[0014]上述方案中，所述铝合金为基板制件的厚度为0.5～3mm，面积不小于30mm2。
[0015]上述方案中，所述表面去皮步骤包括：将铝合金表面完全浸泡于温度为35～50℃、浓度为1～4wt％的氢氧化钠水溶液中8～20min；去皮过程不列入“表面处理”的范围内。
[0016]上述方案中，所述清洗步骤为加入水中进行超声清洗，时间≥2min。
[0017]上述方案中，所述烘干温度为40～50℃，烘干后，需冷却至室温(15～25℃)方能进行表观体积和表观表面积的测算。
[0018]上述方案中，所述表面处理过程包括：将铝合金完全浸泡于温度为35～50℃、浓度为2～4mol/L的盐酸水溶液中0～4h。
[0019]优选的，在对同一个聚合物连接的铝合金样品的表面腐蚀微结构进行表征或评价时，将盐酸水溶液(如2mol/L等)的浓度固定，测试不同表面处理时间后，铝合金的质量和尺寸信息。
[0020]上述方案中，用于测量铝合金质量(M0和质量M1)的设备测量所得数据最小分度值应不大于样品质量的1/10000。
[0021]上述方案中，步骤1)和步骤2)中所述尺寸信息I和II包括长度、宽度和厚度(一维尺寸)，其中每种尺寸在铝合金样品选取均匀分布的若干个几何位置，并用螺旋测微器(精度0.001mm)进行测量；当尺寸超过螺旋测微器量程时，使用分度值达0.01mm以下的游标卡尺进行测量；当尺寸进一步超过游标卡尺量程时，使用量程更大、位置便于固定的测具测量；不同几何位置测得的尺寸取平均值分别得到对应的长度、宽度和厚度。
[0022]优选的，若铝合金样品是通过机械刀具或激光切割加工所得产品，在测量其外轮廓尺寸时，在切具接触面上的取样测量点应按矩阵的方式分布于该面上。
[0023]优选的，所述铝合金样品在厚度的法向面上拥有规则地、可通过简单几何关系计算面积的形状(优选矩形)，否则可能将无法通过制备铝合金/聚合物叠层搭接样品从而通过界面剪切测试结果(结果包括结合强度和界面失效功)来验证表面孔隙率表征铝合金表面微结构的效果。
[0024]本专利技术还提供了一种基于上述表征方法对与聚合物连接的铝合金表面腐蚀微结构的表面处理工艺的调控方法：根据计算得到的质减率R
m
或表面孔隙率R，建立其与铝合金表面处理的工艺参数之间的定量关系，对铝合金的表面处理工艺参数进行调控。
[0025]优选的，所述表面处理的工艺参数为步骤2)所述表面处理的时间；根据计算得到的质减率R
m
或表面孔隙率R，判断经表面处理后铝合金表面的空隙结构，得到合理的表面处理时间范围。
[0026]优选的，所述定量关系确定方法包括：
[0027]1)分别测定在其他条件都相同的条件下，对铝合金样品进行不同表面处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对铝合金样品进行表面去皮，清洗、烘干、冷却，测得铝合金初始质量M0，或铝合金初始质量M0和初始尺寸信息I；2)对铝合金表面进行表面处理，再进行清洗、烘干、冷却，测得经表面处理后所得铝合金的质量M1或质量M1和尺寸信息II；3)根据铝合金初始质量M0和质量M1，计算经表面处理后所得铝合金的质减率R
m
；或根据铝合金初始质量M0和初始尺寸信息I，以及经表面处理后所得铝合金的质量M1和尺寸信息II，计算经表面处理后所得铝合金的表面孔隙率R；其中根据测量得到的尺寸信息，计算铝合金的表观体积V0、表观体积V1和表观表面积S1；利用所得初始质量M0、质量M1、表观体积V0、表观体积V1和表观表面积S1计算所述表面孔隙率R；4)利用计算所得铝合金的质减率R
m
或表面孔隙率R作为评价铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的定量表征参数。2.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述质减率R
m
＝(M1‑
M0)/M0；所述表面孔隙率R＝[(M1‑
M0)/M0‑
(V1‑
V0)/V0]/S1。3.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述铝合金为基板制件，厚度为0.5～3mm，面积为30mm2以上。4.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述表面去皮步骤包括：将铝合金表面完全浸泡于温度为35～50℃、浓度为1～4wt％的氢氧化钠水溶液中8～20min。5.根据权利要求1所述的表征方法，其特征在于，所述表面处理过程包括：将铝合金完全浸泡于温度为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗国强，李家劲，张建，孙一，沈强，王传彬，张联盟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：