鋁及鋁合金硫酸陽極氧化工藝故障分析與處理

1、氧化膜染色不均勻故障的預(yù)防措施下面結(jié)合硫酸陽極氧化過程中出現(xiàn)的膜層染色不均勻現(xiàn)象。分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并采取有效預(yù)防措施。實際上鋁合金氧化膜膜層顏色不均會呈現(xiàn)出多種現(xiàn)象（如前面介紹的一些故障）。如何保證氧化膜層染色的均勻性，由于鋁合金硫酸陽極氧化膜顏色均勻性主要取決于鋁合金的成分以及陽極氧化處理工藝條件，如溫度、電流密度、夾具、使用水質(zhì)、工序間的防護等。要從實際工藝中的微細處著手，才能有效采取措施，獲得色澤均勻、性能優(yōu)良的氧化膜層。1選取合適的前處理方法對不同鋁合金，如鑄造、壓延或機械加工成型或經(jīng)熱處理焊接等工序加工的鋁合金零件，要根據(jù)實際情況選擇適宜的前處理方法（包括除油、出光等）。如澆鑄

2、成型的鋁合金零件表面，其非機加工表面一般應(yīng)采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對含硅量較高的鋁合金（鑄鋁），應(yīng)在含5左右的氫氟酸和硝酸的混合溶液中浸蝕活化，目的是保持良好的活化表面，確保陽極氧化膜層質(zhì)量。不同材質(zhì)的鋁合金、裸鋁和純鋁零件，或大小規(guī)格不同的鋁及鋁合金零件，一般不宜在同槽進行氧化處理。2選用合適的工裝夾具裝掛夾具材料必須確保導(dǎo)電良好，一般選用規(guī)格較高的純鋁絲或鋁筋，要保證有一定彈性和強度。并根據(jù)需要確定是否需要進行熱處理。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時再次使用，須退除其表面氧化膜層，確保良好接觸。工夾具既要保證足夠?qū)щ娊佑|面積，又要盡量減小夾具印痕，同時還要保證氧化

3、過程中氣體的順利排出，避免某些氧化部位形成氣囊，造成氧化膜層太薄或沒有氧化膜層。3嚴(yán)格控制陽極化過程的溶液溫度從陽極氧化的成膜過程知道，隨著陽極氧化溫度的升高，膜層的顏色逐漸變深，膜層的厚度也逐漸變薄，主要原因是陽極氧化膜有絕緣性，當(dāng)氧化膜形成后相應(yīng)加大了電阻。這些電阻通電后，產(chǎn)生電壓降。這樣會使大量的電能轉(zhuǎn)變成熱能，使氧化溶液溫度的升高，加速了對膜層的溶解。氧化溶液溫度愈高，溶解作用愈強，因此隨著氧化溶液溫度的升高膜層的厚度會逐漸變薄。氧化溶液溫度較低時，形成的氧化膜致密，孔隙率小，不易著色，隨著氧化溫度的升高，氧化膜逐漸變得疏松，膜層孔隙率逐步變大，膜層的顏色隨溫度的升高逐漸變深。因此氧化

4、溶液溫度是決定氧化膜致密程度的重要因素，也是決定氧化膜顏色均勻性的重要因素。硫酸陽極化溶液溫度必須嚴(yán)格控制，根據(jù)不同的鋁合金選用不同的溫度范圍，對于硬鋁、超硬鋁及純鋁等來說，最佳的溶液溫度范圍為15°C25°C；對于防銹鋁合金零件來說，最佳的溫度范圍為10C18C。在硫酸陽極氧化工藝中，需采用壓縮空氣攪拌，并配備制冷裝置。在無冷卻裝置的情況下，可在硫酸溶液中加入152的丙三醇或草酸、乳酸等有機羧酸，可使陽極氧化溶濃溫度超過30C而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。一些氧化工藝和生產(chǎn)實跋證明，在硫酸陽極氧化溶液中加入適量的有機羧酸或丙三醇可有效減少反應(yīng)熱效應(yīng)的影響，在不降低氧化膜

5、厚度和硬度的條件下提高陽極氧化溶液的溫度允許上限。另外，控制氧化溶液溫度恒定的條件下，也要注意有效控制陽極電流密度。4嚴(yán)格控制陽極電流密度隨著陽極電流密度的升高，氧化膜層的顏色逐漸變深，膜層的厚度先變厚而后又變薄。其原因是隨著陽極電流密度的增加，氧化膜孔隙加大，易于著色；而隨著陽極電流密度減小，膜的生長速度減小，膜層致密，所以隨著電流密度的升高，膜層顏色逐漸變深。在其他條件不變的情況下，提高陽極電流密度，氧化膜的生成速度較快，可縮短陽極氧化時間，膜層的化學(xué)溶解量減少，得到的膜層較硬，耐磨性好。但陽極電流密度不能升得太高，否則會因焦耳熱的影響，膜孔內(nèi)熱效應(yīng)加大，局部溫升顯著，加速了氧化膜的溶解，

6、成膜速度反而下降，也容易造成零件的燒蝕。也就是說陽極電流密度提高，在一定范圍內(nèi)可加速氧化成膜的生成速度，但到一定值后，成膜速度反而降低。陽極電流密度的大小直接影響膜層顏色的均勻性，根據(jù)不同的鋁合金選用不同的陽極電流密度，對各種純鋁、包鋁零件，最佳電流密度為10A/dm21.5A/dm2；對鑄鋁、鍛鋁零件，最佳電流密度為1.5A/dm22.5A/dm2；對硬鋁及超硬鉛零件，最佳電流密度為1.3A/dm21.5A/dm2；對防銹鋁合金零件，最佳電流密度為1.0Adm21.3Adm2。5. 確保陽極氧化過程的用水品質(zhì)硫酸陽極氧化溶液所使用的水質(zhì)及溶液中的有害雜質(zhì)含量必須嚴(yán)格控制。配制硫酸陽極氧化溶液

7、必須采用軟化水、去離子水或蒸餾水，堅決不能用含有Ca2+、Mg2+、SiO32-及Cl一的自來水。一般情況下，水中的C1-濃度達到25mg/L時就會對鋁合金的陽極氧化處理產(chǎn)生有害影響。C1-離子（包括其他鹵族元素）可破壞氧化膜的生成，甚至根本形成不了氧化膜。硫酸陽極化清洗用水及封閉用水也應(yīng)采用去離子水或蒸餾水，要求水中C1一W15mg/L，總礦物質(zhì)W50mg/L。6. 加強工序間的防護一般認為鋁合金是不會"生銹"的，其實不然，鋁合金由于含有多種合金元素，如介質(zhì)中含有C1-等活性陰離子，加之由于生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)周期長，在此期間如不采取有效的防護措施,在局部表面出現(xiàn)腐蝕點并迅速

8、向深處發(fā)展。在堿腐蝕后比較明顯，最終導(dǎo)致氧化膜表面出現(xiàn)小"麻點"或小"凹坑"。為避免小孔腐蝕的發(fā)生，首先，在工序間，特別是精加工完后，零件表面必須涂防銹油；其次，零件在周轉(zhuǎn)過程中，嚴(yán)禁用"裸手"拿取，同時要注意"防銹"和"防潮"。7. 對于特殊鋁合金零件進行二次熱處理對于部分因為材料熱處理不均勻的特殊零件，根據(jù)生產(chǎn)實際，在粗加工完成以后，增加二次熱處理（淬火+人工時效）工序，而且在淬火時嚴(yán)格控制淬火轉(zhuǎn)移時間及淬火冷卻速度。這兩個因素對淬火材料力學(xué)性能和耐蝕性影響相當(dāng)大。一般要求超硬鋁合金的轉(zhuǎn)移時

9、間不超過15s，否則將因材料溫度降低致使Tn等強化相大量自晶內(nèi)析出而降低淬火后的強度及耐蝕性。淬火冷卻速度的影響與轉(zhuǎn)移時間的影響程度同樣巨大，淬火時的冷卻速度，必須確保過飽和固溶體被固定下來，它對合金的性能起決定性作用。為確保淬火后得到應(yīng)有的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，必須采取很高的淬火冷卻速度。針對于不同的鋁合金，有不同的淬火冷卻速度要求，一般要求超硬鋁合金淬火冷卻速度不得低于170°C/s，否則得不到理想的淬火效果。8. 定期對電解液中的雜質(zhì)進行清理陽極氧化溶液中主要的雜質(zhì)是A13+、Cu2+、Fe2+、C1-、F-、NO3-等，當(dāng)C1-、F-、NO3-等陰離子雜質(zhì)含量高時，陽極氧化膜

10、的孔隙率會大大增加，氧化表面變得粗糙和疏松，這些雜質(zhì)在氧化溶液中的允許含量為C1一0.059/L，F(xiàn)一0.019/L等。氧化溶液中的A13+主要來自工件在氧化過程中的溶解，當(dāng)溶液中A13+209/L時，氧化膜表面呈現(xiàn)白點或塊狀白斑，氧化膜的吸附性能下降，造成染色困難。當(dāng)Cu2+含量達到0.029/L時，氧化膜會出現(xiàn)暗色條紋和黑色斑點。要排除Cu2+，可以通直流電，陽極電流密度控制在0.1Adm20.2A/dm2左右，溶液中的金屬銅便在陰極上析出。當(dāng)Cu2+含量很高時，可先用鉛板直接放人電解液中，這時鉛板上會很快置換上一層金屬銅。用此法可去除含量較高的銅離子，而后再通電處理，可以徹底去除Cu2+

11、。如雜質(zhì)含量超過允許值，可部分或全部更換陽極氧化溶液。故障現(xiàn)象與排除措施1局部出現(xiàn)黑斑或條紋，以及鼓瘤或孔穴現(xiàn)象鋁合金制品經(jīng)陽極氧化處理后，發(fā)生局部無氧化膜，呈現(xiàn)肉眼可見的黑斑或條紋，氧化膜有鼓瘤或孔穴現(xiàn)象。此類故障雖不多見但也有發(fā)生。其原因通常與鋁和鋁合金的成分、組織及相的均勻性等有關(guān)，或與氧化溶液中所溶解的某些金屬離子或懸浮雜質(zhì)等有關(guān)。鋁和鋁合金的化學(xué)成分、組織和金屬相的均勻性會影響氧化膜的生成和性能。純鋁或鋁鎂合金的氧化膜容易生成高質(zhì)量的膜層。而鋁硅合金或含銅高強鋁合金，生成的氧化膜發(fā)暗、發(fā)灰，光澤性不好。如果表面相結(jié)構(gòu)不均勻、組織偏析、雜質(zhì)偏析或熱處理不當(dāng)所造成的組織不均勻等，則易產(chǎn)生

12、選擇性氧化或選擇性溶解，造成氧化膜質(zhì)量較差。如鋁合金材料中局部硅含量偏析，則往往造成局部無氧化膜或呈黑斑點條紋或局部選擇性溶解產(chǎn)生空穴等。另外，如果電解液中有懸浮雜質(zhì)、塵埃顆?；蜚~、鐵等金屬雜質(zhì)離子含量過高，往往會使氧化膜出現(xiàn)黑斑點或黑條紋，影響陽極氧化膜的抗腐蝕防護性能。2氧化膜不完整，局部無膜或燒損同槽處理的陽極氧化零件，有的部位無氧化膜或膜層輕薄或不完整，而在夾具和零件接觸處則出現(xiàn)有燒損熔蝕現(xiàn)象。這類故障在硫酸陽極氧化工藝實踐中往往較多發(fā)生，嚴(yán)重影響著鋁合金零件的陽極氧化質(zhì)量。造成這種故障的原因有：裝夾位置不當(dāng)。由于裝夾位置不當(dāng)，陽極化時氧氣跑不出來滯留在局部表面上，造成悶氣而無氧化膜。

13、裝夾時應(yīng)注意選擇適當(dāng)位置，使零件的凹面向上或向上傾斜，這樣就可以避免無氧化膜的故障。零件表面有附著物。陽極化前零件表面如有膠紙等透明黏性物質(zhì)時，陽極氧化時又沒有脫落，在膜層封閉時卻脫落了下來，結(jié)果在吸附物處就沒有氧化膜，操作者在前處理時就應(yīng)注意除去這類物質(zhì)。氧化溶液成分太稀。氧化溶液成分太稀，造成氧化零件局部電流太小處就無氧化膜生成，可以分析并鼴高硫酸濃度，消除此故障。由于鋁氧化膜的絕緣性較好，所以鋁合金制件在陽極氧化處理前必須牢固跑裝掛在通用或?qū)Ｓ脢A具上，以保證良好的導(dǎo)電性。導(dǎo)電棒應(yīng)選用銅或銅合金材料并要保證足夠接觸面積。夾具與零件接觸處，既要保證電流自由通過，又要盡可能減少夾具和零件間的接

14、觸印痕。接觸面積過小，電流密度太大，會產(chǎn)生過熱易燒損零件和夾具。3氧化膜疏松粉化鋁合金硫酸陽極氧化處理后，氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉，特別是填宅封閉后，制件表面出現(xiàn)嚴(yán)重粉層，抗腐蝕性差。在鋁合金陽極氧化過程中，氧化膜的形成和溶解是同時進行的，氧化膜的化學(xué)溶解會造成氧化膜的疏松，甚至產(chǎn)生疏松粉末狀氧化膜。氧化膜的溶解速度乏氧化溶液的溫度影響較大，并隨溶液溫度的升高而加速。所以這一類故障多發(fā)生在夏季，尤其是沒有冷卻裝置的硫酸陽極化槽，往往處理1槽2槽零件后，疏松粉化現(xiàn)象就會出現(xiàn)，明顯地影響氧化膜的質(zhì)量。由于鋁合金陽極氧化膜電阻很大，在陽極氧化工藝過程中會產(chǎn)生大量焦耳熱，槽電壓越高產(chǎn)生熱量越大，

15、從而導(dǎo)致電解液溫度不斷上升。所以在陽極氧化過程中，必須采用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在一定范圍。一般情況下，溫度應(yīng)控制在13°C26°C，氧化膜質(zhì)量較佳。若電解液溫度超過30C，氧化膜會產(chǎn)生疏松粉化，膜層質(zhì)量低劣，嚴(yán)重時發(fā)生，燒焦"現(xiàn)象。另外，當(dāng)電解液溫度恒定時，陽極電流密度也必須予以限制，因為陽極電流密度過高，溫升劇烈，氧化膜也易疏松呈粉狀或砂粒狀，對氧化膜質(zhì)量十分不利。另外陽極氧化時間長，溶液濃度濃，也會產(chǎn)生疏松的陽極氧化膜。電流密度過大或電壓過高時，產(chǎn)生的焦耳熱使鋁合金零件發(fā)熱，導(dǎo)致零件周圍的溶液溫度升高，從而加快氧化膜的化學(xué)溶解，造成氧化膜疏松或產(chǎn)生粉

16、末狀氧化膜。所以，嚴(yán)格控制工藝規(guī)范是防止陽極氧化膜疏松的重要因素。鋁合金陽極氧化過程中水洗等工序有可能給氧化溶液帶來氯離子，還有硫酸中也有可能含有氯離子，這些就可能導(dǎo)致氧化溶液中氯離子含量升高，從而引起氧化膜層的疏松。當(dāng)往氧化槽補加硫酸后由于溶液攪拌不均勻也會造成同槽陽極氧化的零件，有的氧化膜太薄，有的氧化膜疏松并有粉狀掛灰現(xiàn)象。排除上述故障的措施是：嚴(yán)格工藝規(guī)范操作，電解液溫度太高應(yīng)設(shè)法降低溫度，進行攪拌或開動冷卻設(shè)備，并控制溫度差在(20±2)°C內(nèi)。如果是氧化處理時間太久造成的就應(yīng)當(dāng)縮短陽極氧化時間；如果是電流密度太高，就要降低電流密度。在溶液中補加硫酸后應(yīng)通入壓縮空

17、氣充分攪拌，并進行通電處理；當(dāng)溶液中氯離子含量過高時，可通過稀釋溶液或者部分更換溶液的方法進行故障處理。4氧化膜暗淡無光。產(chǎn)生點狀腐蝕鋁合金硫酸陽極氧化膜暗淡無光，有時產(chǎn)生點狀腐蝕，嚴(yán)重發(fā)生顯著的黑色點狀腐蝕。這類故障往往是偶然發(fā)生并有特殊原因造成的。在鋁合金陽極氧化過程中，中途斷電又重新給電，往往形成雙層氧化膜會使氧化膜暗淡無光；而中途停電零件在清洗槽停留過久，清洗水槽酸度過高，水質(zhì)不凈，含懸浮物較多，往往會使鋁合金零件發(fā)生點狀腐蝕、黑斑等故障。硫酸溶液內(nèi)溶存的鋁離子增加也會導(dǎo)致氧化膜的透明性變差，通常硫酸液中含鋁量以109/L左右為宜。在鋁氧化溶液中混入過量的C1一離子，也會導(dǎo)致鋁合金零件

18、陽極氧化產(chǎn)生點狀腐蝕等故障。5陽極氧化膜薄或有紅色掛灰，膜層的抗腐蝕性能差發(fā)生這個故障的原因是多方面的，包括以下幾個方面。(1) 硫酸含量和操作條件不符工藝規(guī)范。如果陽極氧化電流密度小、電壓低、氧化時間短，則鋁合金表面生成的氧化膜就較薄。如果溶液的濃度低，溶液中的離子少，溶液的導(dǎo)電率小，要達到同樣的電流密度，濃度低的溶液其槽電壓比濃度高的槽電壓來得高，而硫酸陽極氧化一般是控制電壓的，所以當(dāng)溶液的濃度低時，在規(guī)定電壓下，電流密度就小，生成的氧化膜也就較薄。溶液的溫度低時，溶液的黏度大，離子運動慢，溶液的導(dǎo)電率小，在規(guī)定的電壓下，電流密度就小，生成的氧化膜當(dāng)然就薄。反之，氧化膜厚，但氧化膜的溶解也

19、加快，且會形成疏松粉末狀的氧化膜。(2) 零件裝得太松，夾具與導(dǎo)電棒接觸不良。檢查鋁合金零件的裝夾情況就會就會發(fā)現(xiàn)，零件裝夾太松，導(dǎo)電不良，也會引起陽極氧化膜層變薄。另外夾具上的舊氧化膜未除盡，零件裝夾在有薄層氧化膜的夾具上也會引起導(dǎo)電不良，氧化膜生成速度變慢而使得氧化膜變薄。(3) 陽極氧化溶液中含銅、鐵離子過高。因為陽極氧化過程包括了鋁合金表面溶解和氧化膜生成，如一些高強鋁合金材料中就有銅、錳、鐵、硅等元素，在陽極氧化過程中，銅、鐵等離子溶解進入溶液是可能的，隨著陽極氧化溶液使用時間的增長，溶液中的銅離子含量就會增高，從而影響氧化膜的厚度或者出現(xiàn)表面掛灰。排除這種故障的措施是：嚴(yán)格控制氧化

20、工藝規(guī)范；注意掛具表面殘余氧化膜的退除，保證掛具與零件的接觸。對鍍液中的銅、鐵離子雜質(zhì)含量過高的問題，可以通過增加陰極面積小電流電解處理或者更新氧化溶液來解決。6零件與夾具接觸處燒傷、零件局部地方有電擊燒傷發(fā)生這種故障的原因是鋁合金零件與陰極接觸發(fā)生短路，零件彼此間接觸發(fā)生短路造成的。所以需要加強陽極氧化零件與夾具的接觸檢查，夾具使用前須加以清洗，一定要與零件夾緊，保證零件的導(dǎo)電良好。放置零件于氧化槽內(nèi)時，注意與陰極之距離，避免發(fā)生接觸。另外要防止零件彼此之間接觸發(fā)生短路，加大零件間距離。7氧化膜有黑斑(黑條紋)或網(wǎng)狀泡沫狀花紋發(fā)生這種故障的原因主要有：零件經(jīng)化學(xué)除油后，遺漏出光工序即進行氧化，使遺留在零件上的水玻璃形成了硅酸所致；熱處理時化學(xué)除油液未凈；零件表面有油漬或其他污染物；氧化溶液中有懸浮的雜質(zhì)；氧化后零件未洗干凈就進行封孔清理；溶液表面有懸浮雜質(zhì)、含銅和鐵雜質(zhì)太多等。排除此類故障是要徹底進行前處理；加強氧化零件的清洗，氧化后要立即清洗干凈，避免處理液或雜質(zhì)殘留于氧化膜表面；除去或更新部分氧化溶液降低溶液中雜質(zhì)的污染。8氧化零件經(jīng)熱水填充處理易沾手印、水印，經(jīng)重鉻酸鉀填充后氧化膜色淡、發(fā)白發(fā)生這種故障的原因有：填充封閉溶液溫度過低，填充時間短；溶液pH值不當(dāng)；封閉液中氫氧化鋁太多、SO42-含量過高；陽極氧化溫度過高導(dǎo)致