2A12铝合金的强度、耐疲劳性能和延展性好，易加工成型，被广泛应用在航天领域，如人造卫星、飞船、空间站等设施上[1,2]。这些设施在太空运行时长期经受冷热交替，温度变化剧烈。热控膜是航天设施外表面用来调节和控制航天设施与外界进行热交换的特种氧化膜，以维持一个预定、正常的工作温度。当2A12铝合金被应用在太空设施时，为了达到热控效果，常用的表面处理方法是阳极氧化后发黑[3]。

2A12材料在工程上常用的是T4和H112状态。2A12-T4材料的厚度通常小于6 mm，但实际生产过程中，有时需要材料厚度大于6 mm，因此需要通过热处理将2A12-H112转换成2A12-T4状态。在一次生产过程中，所用材料是2A12-T4状态，要求阳极氧化发黑后具备热控膜的功能，但热循环试验后，热控膜脱落，露出金属基材。该状态下的热控膜脱落也是困扰其他科研院所的比较棘手的问题。根据以往的生产经验，采用2A12-H112状态的材料，同样是阳极氧化发黑的热控膜，在热循环试验后未出现脱落。基于此，本文分析了热处理状态T4和H112对2A12铝合金阳极氧化发黑的影响，以期加深对热控膜的理解。

2A12铝合金的成分(质量分数)为：Cu 4.18%,Mg 1.23%,Mn 0.55%,Fe 0.24%,Si 0.40%,Zn 0.05%,Al余量。2A12-H112材料为市售。获得2A12-T4的方法：将2A12-H112加热到495°C，再保温50 min，取出后立即放入室温的水中进行淬火处理，然后在室温放置96 h进行自然时效。

氧化发黑的大致工艺流程为：除油→水洗→碱腐蚀→水洗→酸出光→水洗→硫酸阳极氧化→水洗→着黑色→水洗→封闭→水洗。

除油：碳酸钠40～50 g/L，磷酸钠40～50 g/L，硅酸钠20～30 g/L,60～80°C,10～20 min。

碱腐蚀：氢氧化钠40～50 g/L,60～80°C,10～150 s。

酸出光：硝酸50～80 g/L，室温，10～150 s。

硫酸阳极氧化：硫酸170～180 g/L,1～2 A/dm2,60～100 min。

着黑色：有机染料10～15 g/L,20～30 min,p H 5～6。

封闭：镍盐4～5 g/L,90～98°C,20～24 min,p H 5.5～5.8。

热循环试验的条件为：常压，最高50°C，最低-15°C，循环次数不小于12.5次，升降温速率不低于3°C/min，极端温度停留时间不小于4 h(工作2 h，断电0.5 h，工作2 h)。

采用QUANTA-200型扫描电子显微镜(SEM)观察热控膜的微观形貌。采用INCA型能谱仪(EDS)分析热控膜的成分。以Keller腐蚀剂腐蚀后，采用BM-53XB型金相显微镜观察基材的金相组织。

从图1可见，当状态为2A12-T4时，晶粒沿挤压方向分布，呈条状，晶粒边界明显，并且晶界附近存在黑点，且均匀分布在基体中。根据相关文献[4]报道，该黑色物质为Cu Al2强化相和杂质。Cu Al2强化相、杂质和晶粒边界会破坏阳极氧化热控膜的完整性，是膜层的缺陷部位[5]。裂纹主要由膜层表面的缺陷部位开始发展，并逐渐连接成线，最终形成网状裂纹区域[6]。而当状态为2A12-H112时，Cu Al2强化相和杂质固溶在基体中，金相组织均匀，没有明显的会破坏热控膜完整性的缺陷部位。因此，从图2可见，2A12-T4状态下制得的热控膜普遍呈龟裂状，结构疏松，而H112状态下制得的热控膜较为致密，未见明显裂纹。

从表1可知，2种状态的热控膜的主要元素均为C、O和Al，表明它们的成分主要都是Al2O3,C元素来自黑色染料。但是2A12-T4状态下的C元素含量明显高于2A12-H112状态，这是由于2A12-T4状态制得的热控膜存在裂缝，空隙较大，有机染料渗入基体较多，这与扫描电镜的结果是一致的。

从图3可见，热循环试验后，2A12-T4状态下的热控膜出现脱落，露出基材，且是批次性的。而2A12-H112状态下的热控膜仍旧完好，表明热处理状态会显著影响热控膜的热循环性能。

由于2A12-T4状态下的Cu Al2强化相电位较负，硫酸阳极化时优先溶解，令膜层中存在大量孔洞。而由于热控膜与基材之间存在孔洞，且裂纹穿透孔洞(见图4a)，造成热控膜成膜质地疏松，与基材的结合力差，因此在热循环试验过程中，热胀冷缩的应力作用令热控膜沿着晶界、裂纹整块地脱落(见图4b)。而当状态为2A12-H112时，热控膜未见明显裂纹，且与基材之间不存在孔洞(见图5)，表现出较好的热循环性能。根据相关文献[7]报道，对2A12-H112状态下的铝合金阳极氧化后，由0°C直接加热到95°C，再保温10 min，热控膜开裂，说明对未进行T4热处理的2A12铝合金先进行阳极化后再进行T4处理，并不能解决热控膜开裂的问题。这进一步说明，2A12-T4状态下热控膜的开裂是由热处理造成的。

根据生产经验，2A12-T4状态下铝合金上热控膜的脱落呈批次性，有的批次不会出现脱落的情况，这可能与基材的粗糙度、微腐蚀、机械加工、发黑氧化参数等因素有关[8]，在某些特定条件下，热控膜能承受住热循环试验的应力作用。这种批次性的脱落在其他科研院所也常出现，解决该问题的措施也一直在探索中，目前该状态下的热控膜的结构件在正式装配前，需检测其热循环性能，如没有出现脱落，才能正式使用。

脱落处的元素组成(质量分数)有：Cu 3.99%,Mg 1.23%,O 13.35%,Al 80.09%,S 1.34%。O元素表明了热控膜依然存在，而Cu和Mg元素表明该膜很薄。阳极氧化膜分为阻挡层和疏松层，阻挡层呈纳米级[9]结构。脱落处热控膜的阻挡层依然存在，脱落的是疏松层。

2A12铝合金处于2A12-H112状态时，Cu Al2强化相和杂质固溶在基体中，没有明显的晶粒边界，金相组织均匀，热控膜未见明显裂纹，且与基材之间不存在孔洞，热循环性能较好。而处于T4状态时，Cu Al2强化相、杂质和晶粒边界是热控膜的缺陷部位，最终发展成裂纹。热控膜与基材之间存在孔洞，且裂纹穿透孔洞，这是造成热循环试验后热控膜脱落的主要原因。

在实际生产中应尽量避免采用2A12-T4状态的铝合金进行热控阳极氧化，如必须使用，应在热循环试验证明无质量问题后才能正式装配。