广东工业大学关蕾副教授团队：脉冲频率对6系铝合金阳极氧化膜耐蚀耐磨性影响

2026-07-23 15:08:32 作者：中国表面工程来源：中国表面工程分享至：

6系铝合金广泛用于海洋船舶、建筑型材等领域,耐蚀性及耐磨性是衡量其质量的重要指标。

广东工业大学关蕾副教授团队在《中国表面工程》2026年第39卷第3期发表研究论文《脉冲频率对6系铝合金阳极氧化膜耐蚀耐磨性影响》，采用电化学测试研究6系铝合金脉冲阳极氧化膜层的耐蚀性,往复摩擦磨损测试研究膜层的耐磨性,并通过扫描电子显微镜观察分析膜层的表面与截面微观形貌特征。结果表明,随着脉冲频率增大,氧化膜在NaCl溶液中的自腐蚀电流密度先降低后升高,开路电化学阻抗先增加后减小。在1 000 Hz时,腐蚀速率较其他脉冲频率低1~2个数量级。摩擦磨损试验表明,随着脉冲频率增大,初始摩擦因数及其显著降低的时间先增加后减小。在1 000 Hz时,初始摩擦因数最小,磨损到基体耗时最长。微观分析发现,脉冲频率为1 000 Hz时的脉冲阳极氧化膜具有最小孔隙率、最佳孔径均匀度、最低大孔径比例以及最厚膜层,因此其耐蚀耐磨性能最佳。关联度分析表明,孔隙率、孔径均匀度以及大孔径比例是制约脉冲阳极氧化膜耐蚀性的主要因素,而膜层厚度是影响其耐磨性的关键。

引用格式

夏鼎威, 关蕾, 李雨. 脉冲频率对6系铝合金阳极氧化膜耐蚀耐磨性影响[J]. 中国表面工程, 2026, 39(3): 399-410.

XIA Dingwei, GUAN Lei, LI Yu. Effects of Pulse Frequency on the Corrosion and Wear Resistance of Anodic Oxidation Films on 6xxx Series Aluminum Alloys[J]. China Surface Engineering, 2026, 39(3): 399-410.

创新点

目前，6系铝合金的阳极氧化存在膜层耐蚀耐磨性不足，膜层均匀性差，外观不良等问题。中国计量大学孟祥风研究得到的6系铝合金阳极氧化膜层自腐蚀电流密度仍在数量级，无法满足工业生产中日益复杂的服役环境要求。然而，目前尚无针对6系铝合金脉冲阳极氧化工艺规范的系统研究，脉冲对膜层耐腐蚀耐磨损性能影响的微观本质尚不明确。因此，本文基于传统硫酸阳极氧化工艺，加入酒石酸提高反应温度、防止膜层粉化的同时引入脉冲电源，探究一种常温下的铝合金脉冲阳极氧化工艺，澄清脉冲频率对氧化膜层耐蚀耐磨性的影响规律。利用灰色关联度分析法，揭示膜层性能与形貌参数的本质关联，为脉冲阳极氧化提供工艺指导。

试验方法

采用环氧树脂将线切割后的样品密封，只留下1 cm²的表面积进行阳极氧化实验。依次用400#、1 200#、2 000#砂纸打磨样品直至表面无明显划痕，接着依次用去离子水和乙醇超声清洗3 min，目的是去除表面油污。使用50 g/L的NaOH溶液进行碱蚀，在50 ℃下浸没样品1 min。酸洗使用30％的硝酸溶液，在常温下浸没样品1 min。每步工艺流程之后都需将样品在去离子水中超声清洗3 min再进行下一步处理。

将经过上述前处理后的样品放入电解槽中进行实验，采用不锈钢作为阴极，阴阳极的面积之比为3∶1。由于铝合金阳极氧化的影响参数较多，无法研究所有工艺参数及电解液成分对膜层的影响。因此，借鉴工业上较为成熟的硫酸-酒石酸阳极氧化（TSA）工艺，通过引入脉冲电源，以期在室温下进行生产，节约能源的同时改善膜层质量。电源采用自制脉冲电源，可实现0-36 V电压调节、0-20000 Hz频率调节、0-100 ％占空比调节。

进行正交实验，探究占空比、电压以及频率对膜层性能的影响。以自腐蚀电流密度和摩擦磨损试验膜层磨到基体时导致的摩擦因数剧减所用时间为评价指标，建立三因素三水平正交实验表。控制其他参数不变，调整频率为500 Hz、1000 Hz、3000 Hz、5000 Hz进行试验以探究膜层形貌和性能的关联。

重要结论

随着脉冲频率的升高，6 系铝合金氧化膜层的耐腐蚀性能先增大后减小，耐磨损性也呈现先增大后减小的趋势。脉冲频率为 1 000 Hz 时，膜层具有最优异的耐蚀耐磨性能。

膜层微观表征发现，1 000 Hz 时膜层厚度最厚，为12.81 μm。此时，膜层生长最均匀，缺陷也较少，同时表面孔洞均匀，孔隙率最低，仅为19.97％。

通过关联度分析发现，膜层的耐蚀性主要取决于表面形貌，与孔隙率和孔径分布情况具有较大关系，膜层的耐磨性主要取决于膜层的厚度，厚度越厚，耐磨性越好。

随着频率的升高，氧化电流不断增大。分析发现，1 000 Hz 时 16 mA 的电流大小比较适合膜层的生长。

课题组简介

论文主创

关蕾

关蕾，中科院金属所腐蚀科学与防护博士，副教授，硕士生导师，广东工业大学“青年百人”引进人才，广东省机械工程学会可靠性工程分会副理事长，广东省腐蚀防护与表面工程学会常务理事，《Corrosion Communications》《中国腐蚀与防护学报》《中国表面工程》青年编委。

长期从事工程材料失效分析，腐蚀机理及防腐蚀工艺、设备开发，材料表面激光喷丸强化工艺研究。主持或参与国家自然科学基金，广东省基金面上项目，广州市科技计划等国家及省市级项目10余项。在Corrosion Science，Electrochimica Acta 等国际期刊发表多项前沿研究成果，累计发表论文20余篇，申请及授权专利20余项。

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