铝合金材料是工业中使用量仅次于钢铁的金属材料，在自然环境中容易发生腐蚀，因此有必要对铝合金进行防腐蚀处理。目前最常用的铝合金表面防护方法有阳极氧化和化学转化膜，化学转化膜中应用最广的是铬酸盐转化法。由于六价铬有剧毒，因此被很多国家限制使用。广东坚美铝型材厂(集团)有限公司做为国际知名铝型材企业，也积极投入到无铬化的研究中，经过研究获得一较成熟配方。文中采用正交实验和单因数实验对配方进行了研究，希望能为我国的无铬化事业贡献一份力量[1-9]。
1 实验材料及方法
试样采用轧制6063铝合金，为方便电化学测量, 将试样的非工作面用环氧树脂封装, 只露出面积为1.0 cm2 的工作面。NaCl, HCl（质量分数为37%）, K2Cr2O7等均为市售分析纯试剂。实验用水为自制蒸馏水。
6063铝合金试样依次经300#，600#，800#和1000＃水砂纸逐级打磨，然后再依次进行碱蚀除油（100 g/L NaOH+ 40g/LNa3PO4 +15g/L Na2SiO3，60oC，超声去油处理2分钟）、抛光（20%HNO3 +10%H3PO4 + 5%HF，浸泡1分钟）和活化(10g/LNaOH溶液中浸渍30秒)等前处理工艺, 每道工序间用蒸馏水清洗三次。
转化处理溶液以成膜剂，氧化剂和促进剂组成的复合溶液，反应温度为室温。进行L16 (45)的16组正交试验，5因素分别为成膜剂、氧化剂、促进剂、反应时间和溶液pH，每个因素分别设计4个水平：成膜剂浓度为3，5，7和9 g/L；氧化剂浓度为0.5，1.0，1.5和2.0 g/L；反应时间为1min，3min，5min和7min；pH为1.0，1.5，2.0和2.5；促进剂浓度为0.02，0.04，0.06和0.08 g/L。以转化膜的膜厚腐蚀电流密度作为判断转化膜优劣的性能指标。
转化膜的膜层厚度由非磁性涡流测厚仪测量（Surfix-FNB），测量方法是首先按照要求对仪器进行校准和调零，然后立即将仪器探头垂直对准试样的测试点进行测量，仪器显示的数字即为该点处转化膜的膜厚。由于涡流测厚仪存在一定误差，因此试验中测量转化膜膜厚时，需要在膜的正反两面各取5个点，然后求这10个点的平均值来确定转化膜的膜层厚度。
2 结果及分析
2.1 正交实验结果及分析
通过L16(45)正交实验，研究室温时成膜剂、氧化剂、促进剂、反应时间和溶液pH对转化膜性能的影响，采用腐蚀电流密度作为耐腐蚀性能参数指标，实验结果如表1所示。对实验结果进行统计分析，分析结果示于表2。
表1 L16(45)四因素四水平正交实验结果
Table 1 The results of L16(45) orthogonal experiment
表2 正交实验数据统计分析结果
Table 3 The analysis on the statistical tesults of L16(45) orthogonal experiment
对结果进行统计分析，结果表明5因素对转化膜性能影响程度大小的顺序依次为反应时间＞＞溶液pH＞成膜剂＞促进剂＞氧化剂。从对正交实验数据分析可以看出，室温成膜时反应时间是最重要的因素。根据正交实验的腐蚀电流密度性能参数指标，获得了室温时较佳成膜工艺：反应时间3min、溶液pH 1.5、成膜剂7.0g /L、促进剂0.06g/L、氧化剂0.5g/L，反应时间是唯一的显著性影响因素，pH是次要影响因数，成膜剂、氧化剂、促进剂在室温时时影响效果不明显。因此，为了进一步研究反应时间对转化膜的影响，在固定反应温度室温、溶液pH 1.5、成膜剂7.0g /L、促进剂0.06g/L和氧化剂0.5g/L不变的情况下，对反应时间(分别取1min、3min、5min和7min)进行单因素实验。
2.2 成膜时间对转化膜膜厚的影响
表3是成膜时间对转化膜膜厚的影响，通过对表3分析可知，在3-5min范围内，随成膜时间延长膜厚不断变厚，时间越长变化率也越大；在5-9min范围内，膜层厚度随温度升高变化趋缓，变化不太明显。
表3 成膜时间对转化膜膜厚的影响
2.3 成膜时间对转化膜耐盐雾实验的影响
表4是成膜时间对转化膜耐盐雾性能的影响，通过对表4分析可知，随着成膜时间的延长，转化膜膜厚不断增厚，膜层耐腐蚀能力逐渐提高，成膜5min后达到国家标准，膜层质量合格。
表4 成膜时间对转化膜耐盐雾性能的影响
2.3 成膜时间对转化膜影响的分析
当铝合金浸入转化溶液中时 由于铝合金表面不同部位的活性不同或合金元素的作用, 构成了许多微电池[10-12]。微电池的阳极部分发生金属溶解, 即Al - 3e →Al3+ ; 阴极部分发生氧的还原, 即O2 + 2H2O + 4e →4OH- , 或氢的析出即2H+ + 2e →H2 两个反应的发生, 使阴极区溶液pH 值升高, 当pH值达到一定值时, 在阴极区成膜剂中的有效成分会形成氧化物或氢氧化物沉淀膜；同时OH-也会扩散到阳极区域，发生Al3++3OH-→Al (OH)3(S)，阻碍了Al3+和O2 在溶液和金属界面之间的扩散和迁移，阳极反应或阴极反应被终止，腐蚀就停止发生[13-17]。随着反应时间的不断延长，铝合金表面膜层不断增厚，转化膜耐蚀性能持续增强。
3 结论
以腐蚀电流密度作为衡量Ce--Mn转化膜性能的指标，采用正交实验研究常温下成膜时时间(T)、pH、成膜剂、氧化剂和 促进剂对转化膜性能的影响，获得一较佳成膜工艺，结果表明时间是最重要的因素。采用涡流测厚仪研究了成膜时间对膜厚的影响；采用中性盐雾实验研究成膜时间对转化膜耐蚀性能的影响；实验结果显示3-5是较佳成膜时间范围。
1)正交实验中各因素对转化膜厚度影响程度的顺序为：反应时间＞＞溶液pH＞成膜剂＞促进剂＞氧化剂。获得的较佳工艺是：反应时间3min、溶液pH 1.5、成膜剂7.0g /L、促进剂0.06g/L、氧化剂0.5g/L。
2)成膜时间对膜厚有重要影响，从提高生产效率的角度考虑，最佳成膜时间范围为3-5min。
