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发表于 2008-12-18 09:56:46
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来自： 中国河北秦皇岛
一、铝阳极氧化表面预处理 % d, `- T. [. G4 c
' @' z u3 B8 ]% g0 s' T
" o+ }8 N% r/ x* y$ p$ s6 i$ T0 U
无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。
% Q( R& K5 b' ^0 A: p$ _- Z（一）脱脂$ r. l4 A7 h% o# Z
铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。
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（二）碱蚀剂0 ^* v4 `) ?) i4 R! l- l1 a, u
碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其他操作条件，可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。蚀洗溶液的基本组成是氢氧化钠，另外还添加调节剂（NaF、硝酸钠），结垢抑制剂、（葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷酸盐）、去污剂。2 {/ o9 \! z# N5 L
（三）中和和水清洗
* u2 P5 X) v7 t) D4 f$ e8 D 铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或热的清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中，所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗，这种过程称为中和、光泽或出光处理。其工艺过程是制品在300-400g/L硝酸（1420kg/立方米）溶液中，室温下浸洗，浸洗时间随金属组成的不同而有差异，一般浸洗时间3-5分钟。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰，可用硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液，于室温下处理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L和氧化铬5-15g/L的溶液或氧化铬100g/L加硫酸（1840kg/立方米）10ml/L溶液中于室温下进行。各道工序间的水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，使下道工序槽液免遭污染，确保处理效率和质量。清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后的制品普遍采用热水紧接着是冷水的二重清洗。热水的温度为40-60度。中和处理后的制品经水清洗就可以进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真，以防止清洁的表面受污染。否则前几道工序的有效处理可能会因最后的清洗不当而前功尽弃。经中和、水清洗后的制品应马山上进行氧化处理。在空气中停留的时间不宜过长，如停留30-40分钟，制品就需要重新蚀洗和中和。
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阳极氧化膜成膜过程（二） H! t2 X/ R% M, h% v
' _: ]3 M: |% Q5 |& W- ?- X/ Q
+ R) g# ~. t3 |8 w9 J$ g* x铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差。" d0 C" T: S; z' H* ~7 d$ F
6 q+ D4 q1 v- p/ O; d, j铝制品化学氧化工艺
6 K8 e3 i- k5 P5 R) T( M, f+ Q, K2 ]& P* V. K$ Y2 b5 ~# b+ Q5 F
. r% K5 n- w9 M$ S表-3 铝制品化学氧化工艺' a, ]7 Q- b2 |. s$ _
| 序号 | 溶液组成4 \) Z- Y h9 l# e0 e& O( H
| 用量 g/L
1 d/ f5 d- k% |3 q | 温度/度1 N3 p! X- y- x; E! x" U% B; Y% @& i
| 时间min
# r6 z( I: x' |3 z, C# h" X9 N | 应用范围、膜色0 o$ w; E+ O7 e
| 备注. ?. v- V y: X: ~
| 1/ t! J0 ~$ t" u) S6 a
| 碳酸钠' D+ B: d3 X6 ]+ B
铬酸钠
0 E7 h/ ], P5 I9 _+ K$ x0 V氢氧化钠
9 `! S/ W% B* F( p d | 45
& ^6 D' S/ Q2 P) y, H" x/ Z5 n14) j- c2 ~5 E7 m3 K
2, ~7 G4 p, X3 F' O5 |5 a
| 85-100
) }; ^$ M. e A# E | 10-20
7 Z7 [2 Y1 \; |/ f j& t' R | 纯铝、Al—Mg、Al—Mn合金、灰色
: d6 ^: R: U! ^$ K8 G; u | 膜层较疏松
4 G, ]& J$ T0 q | 2
1 p* x/ s7 J7 |+ u) I2 \ | 磷酸
) |$ K! v3 D. N5 w& y铬酐
9 d r7 M. P1 n3 ^氟化钠
: g, ~& f5 y' p3 I. @. l硼酸
9 L6 _% h& j& L. f | 55
" @, R9 R) g" J15
# o4 `4 V" N2 N+ K% S- a* q; W3
W+ {: @6 A2 X& V0 N; j, n% Q1
* S, F& q) |9 @6 B# @2 m; a | 室温, |- W# P3 u& _! l
| 10-153 o% g7 O+ y; v1 B0 {) {
| 各种铝合金、浅绿色* c- l) d& O$ Q5 r
| 膜层较1的好
$ t ~, t2 K9 A% `% n | 3
' x- `- T' A+ y" O | 重铬酸钠$ g# h9 Z2 Y5 r, M! z5 X
铬酐
, R. G8 C% ^. E3 o1 q( K% @氟化钠
+ ^5 y3 W& o* c. a3 j | 3.5-4) \, w/ n6 |; ]0 K8 T+ x5 H
3-3.5
9 V2 ?6 w+ t) [( j' G+ ~0.80 |* f- G3 k8 ?$ a% ]- F# F
| 室温
, n3 k* B+ V; ~) g: W1 J7 b( ^ | 2-3
3 ?1 ?7 w) f T | 各种铝合金、深黄或棕色6 v, c( I B( |. S3 y8 E" }
| 溶液pH=1.5
1 C/ b+ n8 u' L. l, W0 k/ s膜层较1的好) T5 m5 R8 ]. V: K
| 4: R* p: o& C6 \# D7 F
| 碳酸钠
# }2 L/ \8 P5 {铬酸钠
( C8 ^& v6 P" q | 32
! f H% G; U0 B3 l; @15
2 \% y2 v9 |3 P4 A | 90-100
3 W5 E1 }3 \2 l/ t | 3-5; @- ]# E. I5 v
| 纯铝及含Mg、Mn和Si的合金、也可用于含Cu量少的合金、灰色; i& S6 S, l' v6 f- m% i% {
| 可做油漆底层 W- c; T/ }' W7 Q
| 59 a [$ F5 z: d1 L" m
| 碳酸钠
/ K5 I* k) T9 F& l6 `# I2 L; m" B铬酸钠
: ~- r/ p% j! H2 [6 y1 s硅酸钠& k. _2 R# |5 t l' y% A; x9 ]( c) R
| 477 [# P" S2 q" E! K0 ]
14' T9 i! C; I, r5 o" L4 E) n2 C
0.06-1
9 f" x$ I& u+ E1 R: x. Q | 90-100
. v. v% {# q/ d( N: O, L | 10-152 R; C7 _ l' X) o. u# p) y* p
| 纯铝、Al—Mn（淡透明银色）、Al—Mg—Si硬状态、硬的Al—Si和Al—Mg合金，鲜明金属色
5 X( L1 c, |4 ]5 `7 I | 空隙少，不能很好的着色，不宜做油漆底9 ?8 [& r1 y( D' ]
|
$ w: H" {1 i* J2 x% c4 \% w; c阳极氧化简述
* ]$ d; P" b2 B9 Q' M# P* ^. Q% d# } 1．硫酸阳极氧化
& B1 J C$ e v( L U7 H, m' J; i2 l; @8 K9 I& h, |1 h! b- m
硫酸阳极氧化有以下特点：
) S$ I. i9 o* S B$ l( P (1)槽液成本低，成分简单，操作维护简便，一般只需将硫酸稀释到一定的浓度即可，无需添加其他化学药品，推荐使用化学纯硫酸，杂质较少的工业级硫酸也可采用，所以成本特别低。
9 O$ ~- A3 V; B* X7 g4 C0 p* I (2)氧化膜透明度高。纯铝的硫酸阳极氧化膜，是无色透明的，对于铝合金，随着合金元素Si、Fe、Cu、Mn的增加，透明度会下降。相对其他电解液，硫酸阳极氧化膜的颜色是最浅的。9 ]3 W, o, g" J, e O
(3)着色性高，硫酸氧化膜透明，多孔层吸附性强，易于染色和着色，着色鲜艳不易退去，有很强的装饰作用。
- v' R- U- }: b$ N- W( w# ^ (4)硫酸阳极氧化操作条件为：& b5 j$ Z! i- y3 u
H2SO4(体积) 10％～30％
8 m5 ]) Z! S% U6 G. M3 r" T' M
' O+ B: x4 K8 T% B( ]& q1 O) Q# Z$ |温度℃ 18～22
0 x, d( X& @1 u) G4 J8 j/ s Al/g.L-1 ≤20
5 p, W" [! K, B; f6 {- O: H* I( I5 ^1 ]) k9 j, r0 |1 ?
电流密度/A.dm-2 0.6～3
' N0 {! ?/ ~+ Q' M1 T
' W n8 ^$ T/ Q( G6 v时间/min 10～60
' T" u/ g2 y3 [2 h1 L) ]% ^. a 2．草酸和铬酸阳极氧化 n$ x* C( \9 d% B/ A
' D h! g% g" }4 Y
草酸阳极氧化在日本应用较普遍，草酸氧化膜的特点和硫酸氧化膜相近，孔隙率低于硫酸氧化膜，耐蚀性和硬度高于硫酸氧化膜。草酸的槽液成本和操作电压高于硫酸，有些合金的草酸氧化膜颜色较深。草酸和硫酸阳极氧化都需要良好的冷却系统配套。+ P3 ~) _6 Z4 I
; n0 x2 Z h5 r: B$ L! o) ?草酸阳极氧化操作条件为：* V$ @; w6 X* G# O5 Z
草酸(体积分数) 2％～10％; r6 ?8 Q. b" t/ E& P( ^( E) _
温度/℃ 15～351 y0 ~6 n& X. n
电流密度/A.dm-2 0.5～3
4 n( g, |) _ ?8 q6 W5 P电压/V 40～60
! |7 V1 U0 y6 l' \" N5 D5 k) o/ e' r: {% v2 V3 G. J/ z/ e% I
铬酸阳极氧化膜特别耐腐蚀，主要应用干飞机制造工业，铬酸氧化膜和油漆的附着力强，也用于作油漆的底层，铬酸阳极氧化膜灰色不透明，一般不用于装饰。, \* E7 }: k/ k1 K1 O
! @2 ?4 p- ^' A U6 H
铬酸阳极氧化操作条件为：
4 _' g8 M5 l& ~' q( ~; X# X; ^Cr03/g.L-1 30～1005 Q6 Q; v9 h, s. W$ z
温度/℃ 40～70
R# a5 a3 Q* G( V& F3 `5 s电流密度/A.dm-2 0.1～3# p; F. y* ?( {5 ?" U. o2 t+ [
电压/V O～100
8 }4 ?1 Z5 j- J! r0 P. `. T时间/min 35～60
/ u! B4 n0 M3 T" C. ?+ V0 H( W 3.硬质阳极氧化
1 u$ U0 d% J- d
% e# B3 _) ^' c; J9 B' C/ t在二世界大战后期，为了提高阳极氧化膜的硬度和厚度，把硫酸氧化槽的温度降低至0℃，电流密度提高至2.7～4.0A/dm2，获得了25～50μm的“硬质氧化膜”。用草酸加少量硫酸可以在5～15℃得到硬质氧化膜。有些专利用优化硫酸的浓度，加有机酸或其他添加剂，如苯六羧酸进行硬质阳极氧化。" \7 G& W& H: F$ D9 b
2 F! x* s2 R- r# L$ Y8 @' [在苏格兰，Campbell发明了采用交流—直流叠加电源，电解液高速流动，0℃，电流密度25～35A/dm2，获得100μm的硬质阳极氧化膜。6 s/ s3 W: j+ }! M, W
) x- C9 h. ~* e现在，脉冲电流用于硬质阳极氧化时，特别是高铜铝合金一般很难硬质阳极氧化，使用脉冲电流可以防止“烧蚀”。还有许多电源用于硬质阳极氧化，交流加直流，各种频率的单相或三相脉冲电流、反相电流等。传统的直流硬质阳极氧化，电流密度一般不能超过4.0A/dm2，单相整流脉冲电源，电流的脉冲峰值可以很大，但保持氧化膜厚度的均匀一致是重要的问题。 |
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