机械工程学报

作者：郭磊, 刘检华, 夏焕雄, 敖晓辉

单位：1. 北京理工大学机械与车辆学院 北京 100081;2. 北京理工大学唐山研究院 唐山 063015

关键词：精密仪表,瓷质阳极氧化,磷酸阳极氧化,胶接强度,失效分析；

基金：国家自然科学基金(51935003，52105504)、国防基础科研(JCKY2019203B031)和装备重大基础研究(514010208-301)资助项目。

铝合金瓷质阳极氧化工艺是精密仪表制造中的一种特殊且关键的技术应用，但该氧化表面的胶粘连接常常出现脱粘、泄漏等失效问题。为此，通过探究瓷质阳极氧化表面的微纳形貌与润湿性特征以及高低温下的胶接强度与失效模式，并与自然氧化表面及磷酸阳极氧化表面进行对比分析，阐明瓷质阳极氧化表面胶接失效的影响机理。结果表明，磷酸阳极氧化虽未在微米尺度上显著改变表面粗糙度，但其纳米级多孔氧化膜结构，可显著提高表面润湿性与界面粘接作用力；而瓷质阳极氧化膜在50 000×的SEM形貌下较为致密、平滑，显示出不利于胶粘剂润湿与吸附的物理特征；在-30～80 ℃下，温度与氧化方法均对胶接强度影响显著，胶接强度随着温度的升高而降低；磷酸阳极氧化表面的强度最高(36.75～20.54 MPa)，其次为自然氧化，最差为瓷质阳极氧化(24.79～17.10 MPa)。热红外与能谱分析表明，瓷质阳极氧化表面的粘附强度低于胶粘剂的内聚强度，失效模式为粘附失效，而磷酸阳极氧化表面的失效模式为胶粘剂的内聚失效。因此，瓷质阳极氧化表面由于氧化膜的致密性，缺少类似磷酸阳极氧化膜的纳米级多孔结构，不利于表面润湿吸附，降低了胶粘剂与基底表面的机械嵌合作用，从而易产生粘接失效。

来源：2023年第12期

《机械工程学报》期刊编辑部

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