鋁合金表面處理應(yīng)用課件

1、材料科學(xué)課程論文鋁合金表面處理國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀The Domestic and Foreign Current Situation of the Research and Application on Surface Treatment Technology of Aluminum Alloys學(xué)院名稱(chēng)： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 復(fù)合材料1101班 學(xué) 號(hào)： 3110706012 學(xué)生姓名： 陳 青 華 指導(dǎo)教師姓名： 張 松 利 2014年6月鋁合金表面處理國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀復(fù)合1101班 陳青華 3110706012摘要：本文全面介紹了國(guó)內(nèi)外鋁合金在建筑、汽車(chē)、航空航天等行業(yè)的應(yīng)

2、用及研究進(jìn)展。主要闡述了鋁合金表面處理方法的目的、表面處理的機(jī)理及分類(lèi)、影響表面處理質(zhì)量的工藝參數(shù)、現(xiàn)代表面分析技術(shù)等。并對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的一些表面處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并展望了該領(lǐng)域研究的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：鋁合金、表面處理、應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)The Domestic and Foreign Current Situation of the Research and Application on Surface Treatment Technology of Aluminum AlloysComposite Material Science and Engineering C

3、hen Qinghua 3110706012Abstract: Application of aluminum alloy is briefly described in construction industry, auto mobile industry,and aviation industry totally.The development of adhesive bonding at domestic and foreign countries is introduced.Then,the purpose,mechanics,classification of surface tre

4、atment of aluminum alloy used in bonding structure is reviewed.At the same time,the parameters of the surface treatment which affect the surface quality and the methods of modern surface analysis are introduced too.Meanwhile,the popular and most sophisticated technology in aviation industry,the char

5、acteristic and applications of phosphoric acid anodization are also discussed.At last,the trend in this filed is presented.Key words: Aluminum alloy、Surface treatment、Application、The trend 目錄1 引言12 鋁合金陽(yáng)極氧化22.1 前處理22.1.1 機(jī)械處理22.1.2 化學(xué)清洗22.1.3 堿浸蝕32.1.4 化學(xué)拋光32.1.5 電化學(xué)拋光42.2 陽(yáng)極氧化52.2.1 硫酸陽(yáng)極氧化52.2.2 草酸和

6、鉻酸陽(yáng)極氧化52.2.3 硬質(zhì)陽(yáng)極氧化62.2.4 陽(yáng)極氧化膜的厚度控制62.3 鋁陽(yáng)極氧化膜的著色和染色72.3.1 自然發(fā)色72.3.2 電解著色72.4 陽(yáng)極氧化膜的封閉82.4.1 熱水封閉82.4.2 低溫封閉82.4.3 中溫封閉82.4.4 其它封閉83 鋁合金化學(xué)氧化93. 1 磷化工藝(Alodine 法)93.2 鈍化工藝94 鋁合金的電鍍和化學(xué)鍍94.1 鋁合金的電鍍工藝94.2 鋁合金的化學(xué)鍍工藝105 鋁合金的微弧氧化和激光熔覆技術(shù)105.1 鋁合金的微弧氧化105.2 鋁合金的激光熔覆技術(shù)116 結(jié)語(yǔ)117 參考文獻(xiàn)12 鋁合金表面處理國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀 1 引言鋁

7、在地球上存在的比率僅次于氧、硅,是占第3位的元素,雖然比鐵多,但作為金屬產(chǎn)量,卻比鐵少。這是由于鋁和氧的結(jié)合能大,從原料礦石鋁釩土中精煉出鋁要消耗大量的電能。但是,由于鋁的熔點(diǎn)遠(yuǎn)比鐵低,僅660 ,具有有利于從廢料再生、進(jìn)行再循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)。鋁的比重小于鐵和銅,是適合于輕型零件的最佳材料。通過(guò)添加銅、鎂、硅等元素進(jìn)行合金化可提高強(qiáng)度。但是,由于其質(zhì)地比鐵等金屬軟,容易損傷,在酸、堿等藥物和腐蝕環(huán)境中容易被腐蝕。鋁在大氣中會(huì)氧化而生成薄的自然氧化膜,具有一定程度的耐蝕性。可以采用陽(yáng)極氧化表面處理的方法來(lái)強(qiáng)制性地增厚這種氧化膜,使其具有充分的耐蝕性。鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性和成型性好、成

8、本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、船舶、房屋建筑、橋梁、電力、汽車(chē)、核工業(yè)及兵器工業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,一般的鋁合金材料的表面性能難以滿(mǎn)足各方面的技術(shù)要求。近年來(lái),鋁合金表面陶瓷化技術(shù)倍受人們關(guān)注,即以鋁合金材料為基體,采用有效手段在其表面制備陶瓷膜層,使其與陶瓷材料互相復(fù)合,取長(zhǎng)補(bǔ)短,制備出既有金屬?gòu)?qiáng)度和韌性,又有陶瓷耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合材料,因而表面陶瓷化技術(shù)的研究日益廣泛。常用的鋁合金表面改性技術(shù)有溶膠- 凝膠、稀土轉(zhuǎn)化膜、激光熔覆、陽(yáng)極氧化、等離子微弧氧化等,有關(guān)這些方法的研究均取得了較大成就。等離子微弧氧化是一種新型表面陶瓷化技術(shù),近年來(lái)其相關(guān)文章報(bào)道

9、較多,已成為鋁合金表面改性技術(shù)研究的熱點(diǎn),具有廣闊的發(fā)展前景。盡管鋁合金材料具有密度小、熱膨脹系數(shù)低、比剛度和比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鋁合金就呈現(xiàn)出表面硬度較低、耐磨性及耐蝕性差等諸多問(wèn)題，這在很大程度上限制了鋁合金的應(yīng)用范圍。鋁合金成分和熱處理對(duì)鋁合金性能的提高固然很大，但在許多場(chǎng)合還要求鋁合金表面具有耐磨、耐腐蝕等特殊性能，而且大部分鋁合金材料的失效大都是從表面開(kāi)始的，因而提高材料的表面性能顯得尤為重要。鋁合金表面強(qiáng)化技術(shù)是目前鋁合金材料中研究最為活躍的領(lǐng)域，目前鋁合金常用的表面處理方法可分為鍍層技術(shù)，轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)、高能束表面處理技術(shù)等，同時(shí)探索新的鋁合金表面處理技術(shù)一直是科

10、研工作者努力的方向。2 鋁合金陽(yáng)極氧化將鋁及其合金置于適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛?yáng)極進(jìn)行通電處理的過(guò)程稱(chēng)為陽(yáng)極氧化。經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化,鋁表面能生成厚度為幾微米至幾百微米的氧化膜。此氧化膜的表面為多孔蜂窩狀,較之鋁合金的天然氧化膜,其耐蝕性、耐磨性均顯著提高。采用不同的電解液和工藝條件,就能得到不同性質(zhì)的陽(yáng)極氧化膜1,2。陽(yáng)極氧化有鉻酸陽(yáng)極氧化、草酸電解液陽(yáng)極氧化、硫酸陽(yáng)極氧化。硫酸陽(yáng)極氧化與草酸和鉻酸陽(yáng)極氧化相比,工作電壓更低,電解液更價(jià)廉,操作更簡(jiǎn)單,氧化膜裝飾性更強(qiáng),所以這種工藝很快得以普及。目前95 %以上的陽(yáng)極氧化是在硫酸中進(jìn)行的。陽(yáng)極氧化的基本工藝過(guò)程如下。2.1 前處理2.1.1 機(jī)械處理機(jī)械

11、處理一般可分為拋光(包括磨光、拋光、精拋或者鏡面拋光) 、噴砂(丸) 、刷光、滾光等。2.1.2 化學(xué)清洗化學(xué)清洗劑有溶劑型化學(xué)清洗劑、堿性化學(xué)清洗劑和酸性化學(xué)清洗劑。從上世紀(jì)80 年代開(kāi)始,酸性脫脂槽液逐步普及,槽液為H2SO4 ,或H3PO4,加HF、Fe、H2O2 和非離子表面活性劑,室溫下操作,時(shí)間為35min。這種工藝效率高,不污染后續(xù)槽,是較好的脫脂工藝,其應(yīng)用日益廣泛。應(yīng)用最廣的化學(xué)鍍是鎳磷合金. 采用次亞磷酸鹽作還原劑將水溶液中的鎳離子催化還原為金屬鎳, 并沉積到零件上. 化學(xué)鍍鎳賦予了鋁合金良好的表面性能. 它不僅使其抗蝕性、耐磨性、可焊性和電接觸性能得到提高, 鍍層與鋁基體

12、間結(jié)合力好, 鍍層外觀漂亮; 而且通過(guò)鍍覆不同的鎳基合金, 可以賦予鋁及鋁合金各種新的性能, 如磁性能、潤(rùn)滑性能等 . 燕山大學(xué)的王艷芝3以鋁合金為基體, 在堿性鍍?cè)≈械玫搅说土缀康腘i2 Fe2P2 B 鍍層, 鍍層主要為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。2.1.3 堿浸蝕鋁及其合金陽(yáng)極氧化之前,需要去除致密但不均勻的自然氧化膜。對(duì)高硅鋁合金,采用HNO3、HF混合溶液,在室溫下操作,時(shí)間為35 min ,工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體,一般不用于其它鋁合金。其它鋁合金采用以NaOH 溶液為主的堿性槽液,NaOH 的濃度為3070 g/ L ,操作溫度為4080 ,時(shí)間為310 min。堿腐蝕工藝維護(hù)簡(jiǎn)單,成本低,腐蝕效

13、果好,易于除去鋁合金表面的加工條紋,是陽(yáng)極氧化重要的配套工藝4。目前單獨(dú)使用NaOH 溶液作堿腐蝕已很少見(jiàn),往往加入葡萄糖酸鈉、檸檬酸鈉等絡(luò)合劑,防止槽液中Al(OH)3 沉淀,即所謂“長(zhǎng)壽堿”。有的加入硫化物,防止重金屬在鋁合金表面發(fā)生置換反應(yīng),以消除“流痕”5。也有的加入氧化物和硝酸鹽,用以產(chǎn)生無(wú)光砂面效果。2.1.4 化學(xué)拋光化學(xué)拋光是上世紀(jì)40年代后期發(fā)明的。當(dāng)Henley在做磷酸- 硫酸型的電解拋光時(shí),在尚未通電的情況下,發(fā)現(xiàn)鋁的腐蝕有光亮效果,接著他仔細(xì)研究了這個(gè)現(xiàn)象,得到了最早的化學(xué)拋光工藝:磷酸75%(體積) ,硫酸25%(體積) ,操作溫度為90100。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)在上述工藝

14、中加10%的硝酸,可以得到特別光亮的效果。由是,化學(xué)拋光在工業(yè)中得到應(yīng)用,相應(yīng)的專(zhuān)利陸續(xù)公布。光亮陽(yáng)極氧化穩(wěn)定地進(jìn)入市場(chǎng),替代了部分鋼或銅上鍍鎳- 鉻的工藝6。化學(xué)拋光不需要通電,也不需要專(zhuān)用夾具,操作簡(jiǎn)單,但需要良好的加熱和通風(fēng)設(shè)備。使用高純鋁能得到反射率為100 %的效果,普通鋁合金也能達(dá)到裝飾性的光澤度。由于化學(xué)拋光比電解拋光成本低,所以大多數(shù)光亮陽(yáng)極氧化是用化學(xué)拋光配套的。最通常的化學(xué)拋光工藝是:磷酸75%(體積分?jǐn)?shù)) ,硝酸15%(體積分?jǐn)?shù)) ,硫酸10%(體積分?jǐn)?shù)) ,操作溫度90110,時(shí)間0.53min。有的工藝只用磷酸和硝酸,有些加了醋酸、鉻酸或氫氟酸。添加少量的鈷鹽、鎳鹽、

15、銅鹽可以增加拋光的亮度?；瘜W(xué)拋光最大的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生NOx 有毒氣體,黃色的NOx 氣體是強(qiáng)烈的致癌物質(zhì),是化學(xué)拋光車(chē)間難以消除的“黃龍”。人們采取了許多辦法來(lái)解決這一技術(shù)難題,日本的Tajima ,采用“籠形”化合物吸收有毒氣體,得到無(wú)黃煙化學(xué)拋光新工藝;德國(guó)對(duì)于純度達(dá)99.99%的鋁件,采用16%(體積分?jǐn)?shù)) 的氟化氫銨,13 %(體積分?jǐn)?shù))硝酸,25g/L的糊精,操作溫度較低,析出氣體很少。Kaiser鋁和化學(xué)品公司發(fā)明了類(lèi)似的工藝(體積分?jǐn)?shù)): 2.5%硝酸,0.6%氟化氫銨,0.6%鉻酸,0.6%甘油,0.05 %硝酸銅。也有在磷酸- 硫酸配方中加有機(jī)硫化物替代硝酸,得到無(wú)黃煙拋光工藝

16、。除酸性化學(xué)拋光外,還有堿性化學(xué)拋光工藝,但其效果遠(yuǎn)不及前者,故較少應(yīng)用。典型的堿性?huà)伖馀浞胶? NaOH、NaNO2 、NaNO3 、Na3PO4 、Cu(NO3)2等,堿性化學(xué)拋光無(wú)有毒氣體析出。2.1.5 電化學(xué)拋光電化學(xué)拋光又稱(chēng)電解拋光。1934 年在英國(guó)和美國(guó),幾乎同時(shí)發(fā)明了電解拋光工藝“Brytal 7和Alzak8”,在堿性(Brytal 工藝) 或氟硼酸(Alzak 工藝) 溶液中陽(yáng)極電解1020 min ,得到較高反射率的表面,并在陽(yáng)極氧化后繼續(xù)保持下來(lái)。電解拋光是利用電流的作用,使鋁合金發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),在鋁合金表面凸凹不平的部分發(fā)生不同程度的溶解,使鋁件表面產(chǎn)生光滑的鏡面

17、效果。電解拋光的鋁件,經(jīng)過(guò)后續(xù)的陽(yáng)極氧化處理仍然保持大部分光澤。電解拋光的鋁件有較好的耐蝕性,即使未經(jīng)陽(yáng)極氧化處理也能在大氣中很長(zhǎng)時(shí)間不銹蝕,而保持原有的光澤。二次世界大戰(zhàn)期間,鋁反光鏡的需求大增,這一期間鋁的電解拋光技術(shù)發(fā)展很快。高純鋁片(99.99 %) 經(jīng)過(guò)電解拋光,可以得到反射率近100%的鏡面效果。鋁片的純度越高得到的反射率越高。常用的工藝有:磷酸- 鉻酸型,磷酸-硫酸- 鉻酸型 巴特爾(Battelle）工藝 9,高氯酸- 醋酸型,磷酸- 硫酸- 甘油型,氟硼酸型(Alzak 工藝)10 ,碳酸鈉- 磷酸三鈉型(Brytal工藝) ,氫氧化鉀- 鉻酸型,硫酸- 鉻酸型(Alufle

18、x、GIV) 等。操作溫度為室溫至90,電流密度1020A/dm2 ,有的工藝高達(dá)150A/dm2。用于鋁合金金相顯微組織試樣的高氯酸電化學(xué)拋光工藝對(duì)鋁合金顯微組織的檢驗(yàn)起到了重要作用, 它對(duì)特殊的電化學(xué)拋光工藝的研發(fā)會(huì)有啟發(fā)。電解拋光的主要污染物是六價(jià)鉻。近年來(lái),隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),不含鉻酸的電解拋光處理液逐步盛行,不含鉻酸的電解拋光處理液的主要問(wèn)題是,對(duì)有些合金拋光不夠亮。另外,鋁合金在這種處理液中拋光后,在不通電的條件下亮度會(huì)迅速下降,需要立即從處理液中取出、水洗,這給該工藝的廣泛應(yīng)用帶來(lái)一定的影響。后來(lái),有人在這種處理液中添加某種添加劑,使這兩個(gè)問(wèn)題有所緩解。電解拋光工藝成熟,污染小,

19、但工作電流大,成本高,目前用于高亮度、高裝飾性鋁件的加工。2.2 陽(yáng)極氧化2.2.1 硫酸陽(yáng)極氧化硫酸陽(yáng)極氧化有以下特點(diǎn):1) 生產(chǎn)成本低成分簡(jiǎn)單,操作維護(hù)簡(jiǎn)便,一般只需將硫酸稀釋到一定的濃度即可,無(wú)需添加其它化學(xué)藥品。推薦使用化學(xué)純硫酸,雜質(zhì)較少的工業(yè)級(jí)硫酸也可采用,所以成本特別低。2) 膜的透明度高純鋁的硫酸陽(yáng)極氧化膜,是無(wú)色透明的。對(duì)于鋁合金,隨著合金元素Si 、Fe 、Cu、Mn 的增加,透明度會(huì)下降,但Mg 對(duì)透明度無(wú)影響。最適合于拋光后的光亮陽(yáng)極氧化處理。3) 著色性高硫酸氧化膜透明,多孔層吸附性強(qiáng),易于染色和著色,著色鮮艷且不易退去,有很強(qiáng)的裝飾作用。2.2.2 草酸和鉻酸陽(yáng)極氧

20、化草酸陽(yáng)極氧化在日本應(yīng)用較普遍。草酸氧化膜的特點(diǎn)和硫酸氧化膜相近,孔隙率低于硫酸氧化膜,耐蝕性和硬度高于硫酸氧化膜1115。草酸陽(yáng)極氧化的槽液成本和操作電壓高于硫酸者,有些合金的草酸氧化膜顏色較深。草酸和硫酸陽(yáng)極氧化都需要良好的冷卻系統(tǒng)配套。鉻酸陽(yáng)極氧化膜特別耐腐蝕,主要應(yīng)用于飛機(jī)制造工業(yè)16。鉻酸氧化膜和油漆的附著力強(qiáng),也用于作油漆的底層。鉻酸陽(yáng)極氧化膜灰色不透明,一般不用于裝飾。2.2.3 硬質(zhì)陽(yáng)極氧化在二次世界大戰(zhàn)后期,為了提高陽(yáng)極氧化膜的硬度和厚度,把硫酸氧化槽的溫度降低至0 ,電流密度提高至2.74.0 A/dm2 ,獲得了2550m 的“硬質(zhì)氧化膜”。用草酸加少量硫酸可以在515得

21、到硬質(zhì)氧化膜17。有些專(zhuān)利采用優(yōu)化硫酸的濃度,加有機(jī)酸或其他添加劑,如苯羧酸進(jìn)行硬質(zhì)陽(yáng)極氧化?，F(xiàn)在,脈沖電流用于硬質(zhì)陽(yáng)極氧化時(shí),特別是對(duì)一般很難硬質(zhì)陽(yáng)極氧化的高銅鋁合金,使用脈沖電流可以防止“燒蝕”。還有許多電源可用于硬質(zhì)陽(yáng)極氧化,如交流加直流,各種頻率的單相或三相脈沖電流、反相電流等。傳統(tǒng)的直流硬質(zhì)陽(yáng)極氧化,電流密度一般不超過(guò)4.0A/dm2 ,單相整流脈沖電源,電流的脈沖峰值可以很大,但保持氧化膜厚度的均勻一致是重要的問(wèn)題。由于硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜具有獨(dú)特的硬質(zhì)和耐磨性,所以正逐步被航空、航天、自動(dòng)化、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)設(shè)備、電子和其他工業(yè)所采用。目前正在開(kāi)發(fā)采用聚四乙烯、二硫化鉬等固體潤(rùn)滑劑封閉,使

22、硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜具有自潤(rùn)滑性能,應(yīng)運(yùn)前景更加廣闊。2.2.4 陽(yáng)極氧化膜的厚度控制陽(yáng)極氧化生成的氧化膜厚度從理論上可按由法拉第定律18所推導(dǎo)的如下公式進(jìn)行計(jì)算:= kIt式中為陽(yáng)極氧化膜厚度(m);I 為電流密度(A/dm2);t 為氧化時(shí)間(min) ;k 為系數(shù),理論上取為1057/,實(shí)測(cè)值一般是0.250.35 m3/ kg ;為氧化膜密度,一般取為25003000 kg/ m3 ,則k 為0. 420. 35。用上述公式計(jì)算的前提是認(rèn)為通過(guò)的電量全部用于氧化鋁析出,同時(shí)也把氧化鋁及膜的密度視為純凈的氧化鋁密集的值。但實(shí)際情況并非完全如此。為了使k 值更切合實(shí)際,應(yīng)將電流效率和在這種工藝條

23、件下所生成膜的密度或孔隙度考慮在內(nèi),即:k = 1057/式中為電流效率(電極上實(shí)際析出的物質(zhì)量與總電量換算出的析出物質(zhì)量之比) 。k 值各國(guó)取值大小各異,美國(guó)有取0. 328、0. 285 - 0. 355 ,日本有取0. 352、0. 364、0. 25 ,中國(guó)、俄羅斯取0. 25。各自可以根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果倒推,得到實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)控制法。2.3 鋁陽(yáng)極氧化膜的著色和染色鋁及其合金經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理而得到的新鮮氧化膜具有強(qiáng)烈的吸附能力,因而可以再經(jīng)過(guò)一定的工藝處理使其著上各種鮮艷的色彩,達(dá)到美化和抗腐蝕的雙重效果1925。根據(jù)著色物質(zhì)和色素在氧化膜中分布的不同,可分為自然發(fā)色法、電解著色法和染色法三類(lèi)

24、。2.3.1 自然發(fā)色鋁和鋁合金在電解液中經(jīng)陽(yáng)極氧化處理直接產(chǎn)生有顏色的氧化膜。這種電解液常含有特殊的有機(jī)酸和少量的硫酸等化合物。自然發(fā)色工藝,需要大約60 V 的操作電壓,它的電解能源消耗和冷凍能源消耗,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的硫酸陽(yáng)極氧化工藝,槽液中鋁鹽的不斷增多,導(dǎo)致槽液的報(bào)廢。需要用離子交換裝置連續(xù)凈化電解液,防止槽液中Al3 + 過(guò)多增加。因此,自然發(fā)色成本較高。2.3.2 電解著色上世紀(jì)60 年代,日本開(kāi)發(fā)了“AsadaTM、AnalokTM”工藝。硫酸陽(yáng)極氧化膜在鎳鹽溶液中交流電解,使金屬鎳沉積到多孔層中得到從淺棕色到黑色的著色,后來(lái)Alcan 26獲得在鈷鹽溶液中電解著色的專(zhuān)利。Alc

25、an 又針對(duì)Asada 工藝,開(kāi)發(fā)出用許多種金屬鹽電解著色的專(zhuān)利并在國(guó)際上注冊(cè)。也有一些公司致力于開(kāi)發(fā)基于錫鹽溶液的電解著色工藝。其中德國(guó)的Gartner 和德國(guó)的鋁業(yè)公司(V. A. W) 在這一領(lǐng)域非常活躍。市場(chǎng)上有Henkel 公司開(kāi)發(fā)的AlmecolorTM工藝,V.A.W. 公司開(kāi)發(fā)的MetoxalTM工藝27。還有一些國(guó)家開(kāi)發(fā)出了許多類(lèi)似硫酸亞錫加硫酸的工藝,這類(lèi)錫鹽電解著色工藝應(yīng)用最廣泛。還有的電解著色工藝采用錫鹽加鎳鹽電解液。錫鹽電解著色溶液,主要含硫酸亞錫、硫酸、錫鹽穩(wěn)定劑、著色分散劑等2835,著色美觀,重現(xiàn)性好,溶液抗雜質(zhì)能力強(qiáng),易于維護(hù)管理。電解著色是金屬微粒沉積在陽(yáng)極

26、氧化膜多孔層的底部,由于隨機(jī)分布的金屬微粒對(duì)光線(xiàn)的反射,得到著色。隨著沉積金屬微粒的增加,顏色由稻草黃到棕色,直至黑色。電解著色工藝具有成本低、顏色耐曬、不易退色等特點(diǎn),是目前應(yīng)用最廣泛的著色方法。此外還有干涉著色、多色電解著色等。2.4 陽(yáng)極氧化膜的封閉2.4.1 熱水封閉新鮮的陽(yáng)極氧化膜在沸水或接近沸點(diǎn)的熱水中處理一定的時(shí)間后即失去活性,不再吸附染料,已染上的顏色也不易退去,這一過(guò)程就是封閉,也稱(chēng)封孔。用熱蒸汽也能封閉,但能耗大,應(yīng)用不及用熱水廣泛。2.4.2 低溫封閉上世紀(jì)80 年代以來(lái),人們開(kāi)發(fā)出含Ni 、F 溶液的“低溫封閉劑”,操作溫度2540 ,封閉速度快,幾乎是熱水封閉的三倍,

27、且不易產(chǎn)生粉霜。有的配方加入少量的鈷鹽,防止產(chǎn)生綠色,低溫封閉的應(yīng)用非常普遍。2.4.3 中溫封閉醋酸鎳封閉技術(shù)的廣泛應(yīng)用,替代了部分熱水封閉工藝。醋酸鎳封閉在北美洲非常流行,這得益于它具有較高的封閉質(zhì)量。醋酸鎳封閉的原理是:鎳離子被陽(yáng)極氧化膜吸附后,發(fā)生水解反應(yīng),生成氫氧化鎳沉淀,填充在孔隙內(nèi),達(dá)到封閉的目的。2.4.4 其它封閉用硅油封閉硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜,可以提高陽(yáng)極氧化膜的電絕緣性。硅脂封閉用于制造無(wú)塵表面。脂肪酸和高溫油脂封閉用于制造紅外線(xiàn)反射器,防止波長(zhǎng)為46m之紅外線(xiàn)的吸收損失。此外還開(kāi)發(fā)了許多有機(jī)封閉劑,可在特定條件下選用之。3 鋁合金化學(xué)氧化鋁合金化學(xué)氧化處理后獲得的化學(xué)氧化膜厚

28、度一般為0. 34m ,質(zhì)軟,抗磨和抗腐蝕性均低于陽(yáng)極氧化膜36。但它有較好的吸附能力,在其表面再涂漆可有效提高鋁制品的耐腐蝕性和裝飾性。常見(jiàn)的有磷化膜和鈍化膜。3. 1 磷化工藝(Alodine 法)用單純的磷酸鹽處理鋁及其合金,所得的膜幾乎不能用于防護(hù)目的,但用鉻酸鹽- 磷酸鹽處理則能夠得到耐蝕性十分好的膜3742。這一方法1949 年出現(xiàn)于美國(guó),名曰Alodine 法。3.2 鈍化工藝鋁和鋁合金經(jīng)鉻酸鹽處理,可以獲得一種轉(zhuǎn)化膜,成分為鉻的復(fù)雜化合物,俗稱(chēng)鈍化膜4349。鋁的這種轉(zhuǎn)化處理在工藝方法和膜的性質(zhì)上獨(dú)具特色。首先是工藝簡(jiǎn)單,其次是在膜層具有一定的防護(hù)性能的同時(shí),不會(huì)對(duì)零件尺寸和導(dǎo)

29、電性能產(chǎn)生明顯影響。此外,鋁表面鋁酸鹽膜的高頻傳導(dǎo)性能也相當(dāng)高。這些特點(diǎn),使得這種處理方法在電子工業(yè)、飛機(jī)制造和導(dǎo)彈50,51生產(chǎn)中有著特殊的應(yīng)用意義。處理鋁合金的鉻酸鹽溶液有酸性和堿性?xún)煞N。其基本組分除了六價(jià)鉻化合物外,在酸性溶液中還有氟化物;對(duì)于堿性溶液則還有堿金屬碳酸鹽。4 鋁合金的電鍍和化學(xué)鍍4.1 鋁合金的電鍍工藝由于鋁及其合金本身的化學(xué)物理特性,使得在鋁件上的電鍍比在鋼鐵基材上施鍍要困難得多而必須進(jìn)行一些特殊的處理。下面是某廠(chǎng)的汽車(chē)鋁合金輪轂的電鍍工藝流程52:拋光噴丸(選擇性) 超聲波除臘水洗堿洗除油水洗酸蝕(出光) 水洗浸鋅( ) 水洗退鋅水洗浸鋅( ) 水洗電鍍暗鎳水洗酸性亮

30、銅水洗拋光超聲波除臘水洗陰極電解除油水洗活化水洗半光亮鎳高硫鎳光亮鎳鎳封水洗鍍鉻水洗4.2 鋁合金的化學(xué)鍍工藝鋁合金化學(xué)鍍鎳以其優(yōu)良的性能越來(lái)越為生產(chǎn)廠(chǎng)家所接受?；瘜W(xué)鍍鎳也就是我們通常說(shuō)的鍍鎳磷。鋁合金表面(電腦散熱片、硬盤(pán)等) 采用如下工藝53 :常溫化學(xué)脫脂流水清洗×2 熱脫脂流水清洗×2 堿蝕流水清洗×3 酸洗流水清洗×2 一次浸鋅流水清洗×2 20 % 硝酸流水清洗×3 二次浸鋅流水清洗×3 (15 %) 氨水預(yù)浸預(yù)鍍化學(xué)鎳流水清洗×2 純水洗中磷光亮化學(xué)鎳或高磷光亮化學(xué)鎳流水清洗×3 鈍化流水清

31、洗×3 吹干烘干檢驗(yàn)包裝5 鋁合金的微弧氧化和激光熔覆技術(shù)5.1 鋁合金的微弧氧化微弧氧化54是普通陽(yáng)極氧化的技術(shù)延伸,是電化學(xué)過(guò)程與物理放電過(guò)程共同作用的結(jié)果,是一種新的表面處理技術(shù)。西安理工大學(xué)研制的鋁、鎂合金微弧氧化設(shè)備已投入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行,其處理成本僅相當(dāng)于硬質(zhì)陽(yáng)極氧化和電鍍硬鉻的1/ 31/ 4.微弧氧化突破了傳統(tǒng)陽(yáng)極氧化的電壓局限,利用高壓放電所產(chǎn)生的等離子體的強(qiáng)化作用,在基體表面獲得硬度可達(dá)3000 HV、最大厚度200300m、絕緣電阻> 100 M、與基體冶金結(jié)合的陶瓷層。微弧氧化技術(shù)處理工藝簡(jiǎn)單,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,處理工件能力強(qiáng),而且大幅度提高了鋁及其合金的性能,達(dá)

32、到了第二代工程材料(金屬) 和第三代工程材料(陶瓷)的完美結(jié)合,是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的輕合金表面處理技術(shù)。5.2 鋁合金的激光熔覆技術(shù)激光熔覆是通過(guò)在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之與基材表面一起熔凝,從而在基材表面獲得與之形成冶金結(jié)合的熔覆層的方法。激光熔覆按熔覆材料55的供給方式可分為兩大類(lèi),即:預(yù)置涂層法和同步送粉法。影響鋁合金激光熔覆的工藝參數(shù)主要包括:激光功率、掃描速度、光斑直徑、涂層厚度(預(yù)置法) 或送粉速率(同步法)5659 。目前,用于鋁合金激光熔覆處理的粉末類(lèi)型主要有Ni 基、Cu 基、陶瓷粉末等。在我國(guó),鋁合金表面激光熔覆技術(shù)目前已成為極其活躍的研究領(lǐng)域,且在

33、某些方面取得了一定的進(jìn)展并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。我國(guó)的航天航空和汽車(chē)工業(yè)正處于發(fā)展階段,尤其是汽車(chē)有著廣闊的市場(chǎng)。因此,鋁合金表面激光熔覆技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在我國(guó)有著巨大的潛力。6 結(jié)語(yǔ)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,鋁合金表面處理技術(shù)正在與世界同步前進(jìn)。在傳統(tǒng)工藝技術(shù)方面,與國(guó)際水平已沒(méi)有什么差距,只是在不同地區(qū)、不同企業(yè)因工藝裝備、人員素質(zhì)、管理水平的差異,在技術(shù)和質(zhì)量上存在一些不平衡。不過(guò),對(duì)于一些先進(jìn)的工藝技術(shù)的推廣應(yīng)用,目前還缺乏力度。由于存在傳統(tǒng)技術(shù)方面的惰性,有些企業(yè)對(duì)推廣新技術(shù)的積極性不高。因此,有必要大力宣傳一些先進(jìn)企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn),以起到示范性效果。鋁合金表面處理技術(shù)廣博精深,在各個(gè)部門(mén)及

34、日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),人們對(duì)鋁合金的傳統(tǒng)表面處理技術(shù)進(jìn)行了一系列的改進(jìn)、復(fù)合和創(chuàng)新,發(fā)展出了現(xiàn)代表面處理技術(shù),其不僅可用于耐蝕、耐磨、修復(fù)、強(qiáng)化、裝飾等,還可用在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物等方面,如果將這些技術(shù)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于構(gòu)件、零部件、元器件及各種材料,必將取得巨大的效益。當(dāng)今鋁合金應(yīng)用的日益廣泛,對(duì)鋁合金表面處理的要求也會(huì)越來(lái)越高,對(duì)鋁合金表面處理的機(jī)理、制備工藝、基體與表面層的界面行為的研究會(huì)更加深入,性能更優(yōu)良的表面保護(hù)膜在生產(chǎn)中得到進(jìn)一步應(yīng)用。7 參考文獻(xiàn)1 楊哲龍. 鋁合金常溫硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝研究J .材料保護(hù),1998. 311 (12) :89.2 楊藺孝. 鋁材

35、耐磨耐燒蝕特種氧化成膜機(jī)理的研究與應(yīng)用J . 電鍍與環(huán)保,1992 ,12 (2) :13.3 董麗珠,王敏. 鋁合金常溫脈沖硬質(zhì)陽(yáng)極氧化新工藝J .昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999 ,24 (3) :126130.4 秦寶興,等. 我國(guó)電鍍技術(shù)的現(xiàn)狀與展望J .無(wú)錫電鍍與涂裝2004 , (1) :2 - 4.5 蔣百靈,張先鋒,朱靜. 鋁、鎂合金微弧氧化技術(shù)研究現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化前景J .金屬熱處理2004 , 29 , (1) :23 -28.6 Hinton BR. Amott oR. Ryan Ne. Cerinm conversion Coating forthe corrosion prot

36、ection of aluminu J . Mater. Forum ,1986 ,9(3) :163.7 李國(guó)強(qiáng),李荻. 鋁合金稀土轉(zhuǎn)化膜的研究進(jìn)展J . 材料工程,1998 ,7 :35 ,8.8 Atnott. Auger and xps studies of cerium Corrosion inhibition on7075 Aluminum AlloyJ . Application of Surface Science ,1985 ,(22/ 23) :236.9 Hinton B R W. Cerium Conversion Coatings for Corrosion Prot

37、ec2tion of AluminumJ . Materials forum ,1989 ,9 (3) :162165.10 鄧志威. 鋁合金表面微弧氧化技術(shù)J . 材料保護(hù),1996 ,29 (2) :15.11 薛文彬. 鋁合金微弧氧化陶瓷層膜的形貌及相組成分析J . 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,1996 ,32 (1) :6770.12 李吉祥,李煒. 用等離子噴涂加激光重熔方法在鋁合金表面溶覆陶瓷J . 表面技術(shù),1996 ,25 (3) :3537.13 梁工英. 鋁合金激光熔覆Ni2WC 涂層的組織及耐磨性J . 中國(guó)激光,1988 ,25 (10) :950954.14 李

38、言祥,沈文. 鋁表面激光溶覆陶瓷原理和工藝的研究J . 表面技術(shù),1997 ,26 (6) :78 ,30.15 Gu W C, Lv G H,Chen H, et al. Characterisation of ceramic coatings produced by plasma electrolytic oxidation of aluminum alloy. Materials Science and Engineering: A, 2007, 447(1-2): 158-16216 Delaunois F, Lienard P. Heat treatments for electro

39、less nickel-boron plating on aluminium alloy Surface and Coatings Technology, 2002, 160(2-3): 239-24817 朱祖芳.鋁合金陽(yáng)極氧化與表面處理技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004, 77-13918 Thompson G E. Porous anodic alumlina: fabrication, characterization and applications. Thin Solid Films, 1997, 297(1-2):192-20119 崔昌軍，彭喬.鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化研究綜述.

40、全面腐蝕控制，2002, 16(6): 12-1720 王為，郭鶴桐，高建平.鋁陽(yáng)極氧化多空膜功能應(yīng)用的新趨勢(shì).開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 1997, (7):43-4821 張永光，陳克峰，鄭蘭香.用熒光光度法研究鋁陽(yáng)極氧化膜的吸附性能.材料保護(hù)，1991,24(5):23-2722 暨調(diào)和，曾凌三.建筑鋁型材的陽(yáng)極氧化和電解著色.湖南:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1994, 59-6023 方北龍.常溫和低溫下鋁的陽(yáng)極氧化研究.表面處理技術(shù)，2006,35(2):51-5224 張文清.鋁鍋草酸陽(yáng)極氧化處理實(shí)踐.輕合金加工技術(shù)，2000,28(10):42-4825 任雅勛.鋁及其合金常溫草酸絕緣陽(yáng)極氧化工藝.材

41、料保護(hù)，2002,35 (9):31-3226 Mozalev A, Poznyak A, Mozaleve I, et al. The behavior for porous anodizing of aluminium in a fluride-containing oxalic acid electrolyte.Electrochemistry Communications, 2001，3(6): 299-30527 吳申敏.草酸陽(yáng)極氧化新工藝及其應(yīng)用.上?；ぃ?996, 21(5):61-6328 Vrublevsky I, Parkoun V, Sokol V Analysis o

42、f chemical dissolution of the barrier layer of porous oxide on aluminum thin films using a re-anodizingtechnique. Applied Surface Scienc, 2005, 252(1):227-23329 張?jiān)收\(chéng)，胡如南.電鍍手冊(cè).第二版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社 1997, 890-89130 Fratila-Apachitei L E, Duszczyk J, Katgerman L. Vickers microhardness of Al-Si(Cu) anodic oxide

43、 layers formed at low temperature. Surface and Coatings Technology, 2003, 165(3): 309-31531 張瑞芝.草酸硬質(zhì)陽(yáng)極氧化.電鍍與精飾，1994, 16(4): 33-3432 王均吉，劉志明.鋁/鋁合金鑄造件拋光及氧化工藝.材料保護(hù)，1994, 27(11):35-3633 金澤.活塞用鍛鋁合金LD7硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2000,12(2): 121一12234 汪銼發(fā)，黎燕.鋁及其合金化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù).電鍍與環(huán)保，1993,13(4):11-1535 談華民.鋁及鋁合金的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜.電鍍

44、與金飾，2003,25(2):8-1036 張?jiān)收\(chéng)，胡如南，向榮.電鍍手冊(cè).第二版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1997, 890-89537 Tsangaraki-Kaplanoglou I, Theohari S, Dimogerontakis Th, et al.An investigation of electrolytic coloring process of anodized aluminum coatings.Surface and Coatings Technology, 2006, 201(4): 2749-275938 曾凌三，張國(guó)芝.建筑鋁型材的陽(yáng)極氧化和電解著色.長(zhǎng)沙:湖南科技出版社，1994,13 2-13 339 曾華梁，吳仲達(dá)，秦月文.電鍍工藝手冊(cè)二北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994,388-39040 曠亞非，張平，羅鵬，等.鋁陽(yáng)極氧化著色工藝的研究.電鍍與環(huán)保，2006,26(2): 29-3041 侯朝輝，曠亞非，劉建平.鋁表面無(wú)機(jī)非金屬膜層的陽(yáng)極沉積.