鋁表面陽極氧化處理方法

鋁表面陽極氧化解決辦法(一)一、表面預(yù)解決無論采用何種辦法加工得鋁材及制品,表面上都會不同程度地存在著污垢與缺點(diǎn),如灰塵、金屬氧化物(天然得或高溫下形成得氧化鋁薄膜)、殘留油污、瀝青標(biāo)志、人工搬運(yùn)手印(重要成分就是脂肪酸與含氮得化合物)、焊接熔劑以及腐蝕鹽類、金屬毛刺、輕微得劃擦傷等。因此在氧化解決之前,用化學(xué)與物理得辦法對制品表面進(jìn)行必要得清洗,使其裸露純凈得金屬基體,以利氧化著色順利進(jìn)行,從而獲得與基體結(jié)合牢固、色澤與厚度都滿足規(guī)定且含有最佳耐蝕、耐磨、耐侯等良好性能得人工膜、(一)脫脂鋁及鋁合金表面脫脂有有機(jī)溶劑脫脂、表面活性劑脫脂、堿性溶液脫脂、酸性溶液脫脂、電解脫脂、乳化脫脂。幾個脫脂辦法及重要工藝列于表—１。在這些辦法中,以堿性溶液特別就是熱氫氧化鈉溶液得脫脂最為有效。表—1脫脂及重要工藝脫脂辦法溶液構(gòu)成用量g/L溫度/度時間min后解決備注有機(jī)溶劑汽油、四氯化碳、三氯乙烯等適量常溫或蒸汽適宜無浸蝕表面活性劑肥皂、合成洗滌劑適量常溫-８０適宜。水清洗無浸蝕堿性溶液NaOＨ50-20040—800。5—３水洗后用100—５０0ｇ／L硝酸溶液中與及除掛灰脫脂兼腐蝕除去自然氧化,硝酸可用稀硫酸+鉻酸替代十二水磷酸鈉NaＯH硅酸鈉４0—６08-1225—３060—7０3—５水清洗NaOH可用4０—5０g/L碳酸鈉替代,總堿度按NaOH計(jì)算為1.6%—2。５％多聚磷酸鈉碳酸鈉磷酸鈉一水硼酸鈉葡萄糖酸液體潤濕劑１5、64。84、８4、80.3ml0。1ml６012－１5水清洗使用前攪拌４個小時十二水磷酸鈉硅酸鈉液體肥皂50-7025-３53—５75—853-5水清洗碳酸鈉磷酸鈉25－４０2５－４075—85適宜水清洗磷酸鈉碳酸鈉ＮａOH6４5－65３—5水清洗強(qiáng)堿阻化除油劑40-60705水清洗除油不凈可延長解決時間酸性溶液硫酸50—3０060－8０1-3水清洗硝酸1６2-3５4常溫3—5水清洗松化解決磷酸硫酸表面活性劑30７５50－6０５-６水清洗磷酸(85％)丁醇異丙醇水1０0%４0％3０％20%常溫5－10水清洗溶液構(gòu)成以體積記電解溶液陽極氧化用電解質(zhì)常溫適宜交流電或陰極電流電解NaOH１０0-20０常溫0、5-3水清洗后中與鋁制品為陰極,電流密度為4—８A/ｄｍ2乳化溶液石蠟三乙醇胺油酸松油水8、０%0.25％0、5%2.25%89％常溫適宜水清洗溶液構(gòu)成以體積記有機(jī)溶劑就是運(yùn)用油脂易溶于有機(jī)溶劑得特點(diǎn)進(jìn)行脫脂,慣用得溶劑有汽油、煤油、乙醇、乙酸異戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有機(jī)溶劑僅用于小批量小型得或極污穢得制品脫脂解決、表面活性劑就是某些在很低得濃度下,能明顯減少液體表面張力得物質(zhì)、慣用于脫脂得表面活性劑有肥皂、合成洗滌劑、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等、堿性脫脂溶液得配方非常多,傳統(tǒng)工藝采用磷酸鈉、氫氧化鈉與硅酸鈉,其中磷酸鈉與硅酸鈉有緩蝕、潤濕、穩(wěn)定作用,溶液加熱與攪拌有助于獲得最佳得脫脂效果。油脂在酸得存在下也能進(jìn)行水解反映生成甘油與對應(yīng)得高級脂肪酸。電解脫脂可用陽極電流、陰極電流或交流電。在堿性溶液中陰極電流脫脂,陽極最佳為鍍鎳鋼板。其在鋁及鋁合金表面解決中不慣用、乳化脫脂所用得溶液為互不溶解得水與有機(jī)溶劑構(gòu)成得兩相或多相溶液,并添加有減少表面張力及對各相都有親與力得去污劑。(二)堿蝕劑堿蝕劑就是鋁制品在添加或不添加其她物質(zhì)得氫氧化鈉溶液中進(jìn)行表面清洗得過程,普通也稱為堿腐蝕或堿洗。其作用就是作為制品經(jīng)某些脫脂辦法脫脂后得補(bǔ)充解決,方便進(jìn)一步清理表面附著得油污贓物;去除制品表面得自然氧化膜及輕微得劃擦傷。從而使制品露出純凈得金屬基體,利于陽極膜得生成并獲得較高質(zhì)量得膜層。另外,通過變化溶液得構(gòu)成、溫度、解決時間及其她操作條件,可得到平滑或緞面無光或光澤等不同狀態(tài)得蝕洗表面。蝕洗溶液得基本構(gòu)成就是氫氧化鈉,另外還添加調(diào)節(jié)劑(NaＦ、硝酸鈉),結(jié)垢克制劑、(葡萄糖酸鹽、庚酸鹽、酒石酸鹽、阿拉伯膠、糊精等)、多價(jià)螯合劑(多磷酸鹽)、去污劑。堿洗溶液構(gòu)成往往依鋁制品得用途來擬定幾個堿洗辦法列于表—2、表—2堿蝕洗溶液構(gòu)成及工藝溶液構(gòu)成用量%溫度/度時間min備注NaOＨ３。5-9５0—7０3—10腐蝕量10-5５g/m2,鋁離子含量〉30-80ｇ/ＬN(yùn)aOH葡萄糖酸鈉或檸檬酸鈉4、5-５。50。１5５5±１8—1０腐蝕量20μm,鋁含量5—２5g/LNaOH庚酸鈉潤濕劑50。1０.25５—701—10普通清洗用ＮaOHNａF多聚磷酸鈉潤濕劑1020、２0、２55-701—１０表面無光浸蝕NaOＨ硝酸鈉庚酸鈉5４0、１５5-601－10表面平滑清洗NａOＨ磷酸鈉3－7、5５—10常溫適宜加入氟化鈉獲光澤白色表面鋁表面陽極氧化解決辦法(二)(三)中與與水清洗鋁制品蝕洗后表面附著得灰色或黑色掛灰在冷得或熱得清水洗中都不溶解,但卻能溶于酸性溶液中,因此經(jīng)熱堿溶液蝕洗得制品都得進(jìn)行旨在除去掛灰與殘留堿液,以露出光亮基本金屬表面得酸浸清洗,這種過程稱為中與、光澤或出光解決。其工藝過程就是制品在300-４00g／Ｌ硝酸(１4２0kｇ/立方米)溶液中,室溫下浸洗,浸洗時間隨金屬構(gòu)成得不同而有差別,普通浸洗時間3-5分鐘、含硅或錳得鋁合金制品上得掛灰,可用硝酸與氫氟酸體積比為３:1得混合液,于室溫下解決5—1５秒。中與解決還能夠在含硝酸3０0-400g／Ｌ與氧化鉻5—１５g／L得溶液或氧化鉻100ｇ／L加硫酸(1840kg/立方米)10ｍｌ/L溶液中于室溫下進(jìn)行、各道工序間得水清洗,目得在于徹底除去制品表面得殘留液與可溶于水得反映產(chǎn)物,使下道工序槽液免遭污染,確保解決效率與質(zhì)量、清洗大多采用一次冷水清洗。但堿蝕后得制品普遍采用熱水緊接著就是冷水得二重清洗。熱水得溫度為40-6０度。中與解決后得制品經(jīng)水清洗就能夠進(jìn)行氧化解決,因此這道清洗應(yīng)特別認(rèn)真,以避免清潔得表面受污染。否則前幾道工序得有效解決可能會因最后得清洗不當(dāng)而前功盡棄、經(jīng)中與、水清洗后得制品應(yīng)與上進(jìn)行氧化解決。在空氣中停留得時間不適宜過長,如停留30—40分鐘,制品就需要重新蝕洗與中與。二、陽極化解決鋁制品表面得自然氧化鋁既軟又薄,耐蝕性差,不能成為有效防護(hù)層更不適合著色。人工制氧化膜重要就是應(yīng)用化學(xué)氧化與陽極氧化?；瘜W(xué)氧化就就是鋁制品在弱堿性或弱酸性溶液中,部分基體金屬發(fā)生反映,使其表面得自然氧化膜增厚或產(chǎn)生其她某些鈍化膜得解決過程,慣用得化學(xué)氧化膜有鉻酸膜與磷酸膜,它們既薄吸附性又好,可進(jìn)行著色與封孔解決,表-3介紹了鋁制品化學(xué)氧化工藝?；瘜W(xué)氧化膜與陽極氧化膜相比,膜薄得多,抗蝕性與硬度比較低,并且不易著色,著色后得耐光性差,因此金屬鋁著色與配色僅介紹陽極化解決。表—3鋁制品化學(xué)氧化工藝序號溶液構(gòu)成用量g／Ｌ溫度/度時間ｍin應(yīng)用范疇、膜色備注１碳酸鈉鉻酸鈉氫氧化鈉451428５—1０01０-20純鋁、Aｌ—Mg、Ａｌ—Mn合金、灰色膜層較疏松2磷酸鉻酐氟化鈉硼酸551５3１室溫１0—１5多個鋁合金、淺綠色膜層較1得好3重鉻酸鈉鉻酐氟化鈉3、5－43－３．50。8室溫2—3多個鋁合金、深黃或棕色溶液pH=１、5膜層較１得好４碳酸鈉鉻酸鈉32１59０－100３—5純鋁及含Mg、Mn與Ｓｉ得合金、也可用于含Ｃu量少得合金、灰色可做油漆底層５碳酸鈉鉻酸鈉硅酸鈉４714０。0６－１90—100１０-15純鋁、Al—Mn(淡透明銀色)、Al-Mg—Si硬狀態(tài)、硬得Al—Si與Al—Mg合金,鮮明金屬色空隙少,不能較好得著色,不適宜做油漆底層6鉻酸鈉氫氧化胺0、1２9、６7０-8020－50多個鋁合金、灰色有斑點(diǎn)膜層似搪瓷７碳酸鈉重鉻酸鉀20、459０—10０10—1８多個鋁合金、灰色可在酸溶液中發(fā)白鋁表面陽極氧化解決辦法(三)(一)陽極氧化解決得普通概念１、陽極氧化膜生成得普通原理以鋁或鋁合金制品為陽極置于電解質(zhì)溶液中,運(yùn)用電解作用,使其表面形成氧化鋁薄膜得過程,稱為鋁及鋁合金得陽極氧化解決。其裝置中陰極為在電解溶液中化學(xué)穩(wěn)定性高得材料,如鉛、不銹鋼、鋁等、鋁陽極氧化得原理實(shí)質(zhì)上就就是水電解得原理。當(dāng)電流通過時,在陰極上,放出氫氣;在陽極上,析出得氧不僅就是分子態(tài)得氧,還涉及原子氧(O)與離子氧,普通在反映中以分子氧表達(dá)。作為陽極得鋁被其上析出得氧所氧化,形成無水得氧化鋁膜,生成得氧并不就是全部與鋁作用,一部分以氣態(tài)得形式析出。2、陽極氧化電解溶液得選擇陽極氧化膜生長得一種先決條件就是,電解液對氧化膜應(yīng)有溶解作用。但這并非說在全部存在溶解作用得電解液中陽極氧化都能生成氧化膜或生成得氧化膜性質(zhì)相似、合用于陽極氧化解決得酸性電解液見表—4。表-4氧化解決得酸性電解液酸類電離常數(shù)形成電壓基膜顏色硫酸2×1０—２(第二次電離得Ｈ+)12-２0透明、無色鉻酸30—40不透明、帶白色磺基水楊酸40-7０透明帶灰色氨基磺酸３0—４0帶灰色磷酸1。１×10—2(第一次)7.5×10-8(第二次)4、8×10—1３(第三次)３0—40透明帶白色焦磷酸1、４×１0－1(第一次)１。1×１0-2(第二次)2、9×10—７(第三次)3。6×10－4(第四次)70—100帶白色磷鉬酸100以上阻擋層硼酸6.4×10－１00-６0０阻擋層草酸6、5×1０－2(第一次)6。１×10—５(第二次)4０－60帶黃色丙二酸1.６1×１0-3(第一次)2。1×10-6(第二次)8０-110帶褐色丁二酸６。6×１0—５(第一次)２.8×１0-6(第二次)１20以上白色到黃色順式丁烯二酸1、5×1０—５(第一次)２。6×10—7(第二次)150—２25灰黃色檸檬酸８。4×１0—1(第一次)1、8×1０-５(第二次)４.0×10—６(第三次)1２0以上黃褐色酒石酸1.1×10—3(第一次)6.9×1０-5(第二次)1２0以上黃褐色苯二酸1.26×10—3(第一次)３、1×1０-6(第二次)１0０以上阻擋層亞甲基丁二酸麻蝕,４０干涉膜乙醇酸(羥基醋酸)1、54×10－４麻蝕蘋果酸(羥基丁二酸)4×１０-4(第一次)９×10-6(第二次)麻蝕,40干涉膜3、陽極氧化得種類陽極氧化按電流形式分為:直流電陽極氧化,交流電陽極氧化,脈沖電流陽極氧化。按電解液分有:硫酸、草酸、鉻酸、混合酸與以磺基有機(jī)酸為主溶液得自然著色陽極氧化。按膜層性子分有:普通膜、硬質(zhì)膜(厚膜)、瓷質(zhì)膜、光亮修飾層、半導(dǎo)體作用得阻擋層等陽極氧化。鋁及鋁合金慣用陽極氧化辦法與工藝條件見表－5、其中以直流電硫酸陽極氧化法得應(yīng)用最為普遍。表-5鋁及鋁合金慣用陽極氧化辦法系列名稱電解液構(gòu)成電流密度A/dｍ2電壓Ｖ溫度/度時間min顏色膜厚μｍ備注硫酸Alｕｍilite(美)硫酸,10％-２０％DC１—2１０－２０2０—3010-３０透明5－3０易著色,耐蝕硫酸交流法硫酸,12%－15％ＡC3-4.５17—2８１3—2520-40透明1０－25作油漆底層硫酸硬質(zhì)膜硫酸,１0％－20％DC2-4。523－１0０±260以上灰色34-1５0耐磨隔熱草酸英美法草酸,5％－10％DC１—1、550-65３０１０—30半透明15氧化鋁膜(日)草酸,5%—１０%AC1－280—12０20－２920-6０黃褐色6—1８日用品裝飾,耐蝕,耐磨DC0、5-125－30半透明EｌoxalＧｘh(德)草酸,3％-5％DC1-240—601８—20４0-６0黃色10－20用于純鋁耐磨EloxaｌGxh(德)DC1—２３0—453520-30幾乎無色６-10膜薄、軟,易著色EｌｏxalWx(德)AC２－340—６025-3540－60淡黃色１０—20合用于鋁線ＥｌｏxalWGx(德)AC２—3３0-6020—301５-30淡黃色6—20Ａl—Mn合金DC1－240-60硬質(zhì)厚膜草酸AC1-2０80—２003—560以上黃褐色約２0以上較硫酸膜厚約在60０μm下高耐磨DＣ1-2０40－604、陽極氧化膜構(gòu)造、性質(zhì)陽極氧化膜由兩層構(gòu)成,多孔得厚得外層就是在含有介電性質(zhì)得致密得內(nèi)層上上成長起來得,后者稱為阻擋層(也稱活性層)。用電子顯微鏡觀察研究,膜層得縱橫面幾乎全都呈現(xiàn)與金屬表面垂直得管狀孔,它們貫穿膜外層直至氧化膜與金屬界面得阻擋層。以各孔隙為主軸周邊就是致密得氧化鋁構(gòu)成一種蜂窩六棱體,稱為晶胞,整個膜層就是又無數(shù)個這樣得晶胞構(gòu)成。阻擋層就是又無水得氧化鋁所構(gòu)成,薄而致密,含有高得硬度與制止電流通過得作用。阻擋層厚約０、0３-０、0５μm,為總膜后得0.5％-2。0%。氧化膜多孔得外層重要就是又非晶型得氧化鋁及小量得水合氧化鋁所構(gòu)成,另外還含有電解液得陽離子、當(dāng)電解液為硫酸時,膜層中硫酸鹽含量在正常狀況下為13％—17％、氧化膜得大部分優(yōu)良特性都就是由多孔外層得厚度及孔隙率所覺決定得,它們都與陽極氧化條件親密有關(guān)。(二)直流電硫酸陽極氧化1、氧化膜成長機(jī)理在硫酸電解液中陽極氧化,作為陽極得鋁制品,在陽極化初始得短臨時間內(nèi),其表面受到均勻氧化,生成極薄而有非常致密得膜,由于硫酸溶液得作用,膜得最弱點(diǎn)(如晶界,雜質(zhì)密集點(diǎn),晶格缺點(diǎn)或構(gòu)造變形處)發(fā)生局部溶解,而出現(xiàn)大量孔隙,即原生氧化中心,使基體金屬能與進(jìn)入孔隙得電解液接觸,電流也因此得以繼續(xù)傳導(dǎo),新生成得氧離子則用來氧化新得金屬,并以孔底為中心而展開,最后匯合,在舊膜與金屬之間形成一層新膜,使得局部溶解得舊膜猶如得到“修補(bǔ)”似得、隨著氧化時間得延長,膜得不停溶解或修補(bǔ),氧化反映得以向縱深發(fā)展,從而使制品表面生成又薄而致密得內(nèi)層與厚而多孔得外層所構(gòu)成得氧化膜、其內(nèi)層(阻擋層、介電層、活性層)厚度至氧化結(jié)束基本都不變,位置卻不停向深處推移;而外早一定得氧化時間內(nèi)隨時間而增厚。2、氧化膜厚度計(jì)算陽極氧化生成得氧化膜厚度從理論上可按法拉第第二定律推導(dǎo)得公式進(jìn)行計(jì)算。σ=Ｋit式中σ為陽極氧化膜厚度(μm),Ｉ為電流密度(A／dm2),ｔ為氧化時間(ｍiｎ),K為系數(shù)(當(dāng)氧化鋁密度γ＝kｇ／立方米則K=0。309)、上述公式計(jì)算得前提就是以認(rèn)為通過得電量全用于氧化鋁析出,同時也把氧化鋁及膜得密度視為純凈得氧化鋁密集得值、但實(shí)際狀況并非完全如此,為了使Ｋ值更切合實(shí)際,應(yīng)將電流效率與在這種工藝條件下所生成膜得密度或孔隙度考慮在內(nèi),即:Ｋ=1。5７η/γ式中η為電流效率(電極上實(shí)際析出得物質(zhì)量與又總電量換算出得析出物質(zhì)量之比)。K實(shí)值各國取值大小各異,美國有取0。3２８、0、285—０。35５,日本有取0.３5２、0.3６4、0、25,中國、俄羅斯取0.25。鋁表面陽極氧化解決辦法(四)(三)其她陽極氧化1、草酸陽極氧化對硫酸陽極氧化影響得大部分因素也合用于草酸陽極氧化,草酸陽極氧化可采用直流電、交流電或者交直流電迭加、用交流電氧化比直流電在相似條件下獲得膜層軟、彈性較小;用直流電氧化易出現(xiàn)孔蝕,采用交流電氧化則可避免,隨著交流成分得增加,膜得抗蝕性提高,但顏色加深,著色性比硫酸膜差、電解液中游離草酸濃度為3％—10%,普通為3％－５%,在氧化過程中每A？h約消耗0.13-0、1４g,同時每A？h有0、08—0。０9g得鋁溶于電解液生成草酸鋁,需要消耗5倍于鋁量得草酸、溶液中得鋁離子濃度控制在20ｇ/L下列,當(dāng)含30g/Ｌ鋁時,溶液則失效、草酸電解液對氯化物十分敏感,陽極氧化純鋁或鋁合金時,氯化物得含量分別不應(yīng)超出０.０4－0。０２ｇ/Ｌ,溶液最佳用純水配制。電解液溫度升高,膜層減薄。為得到厚得膜,則應(yīng)提高溶液得ｐH值。直流電陽極氧化用鉛、石墨或不銹鋼做陰極,其與陽極得面積比為(1:2)－(1:１)之間。草酸就是弱酸,溶解能力低,鋁氧化時,必須冷卻制品及電解液。草酸膜層得厚度及顏色依合金成分而不同,純鋁得膜厚呈淡黃或銀白色,合金則膜薄色深如黃色、黃銅色、氧化后膜層經(jīng)清洗,若不染色可用3.４3×10得4次方Pａ壓力得蒸汽封孔３0—６０分鐘。２、鉻酸陽極氧化鉻酸陽極氧化工藝見表—４。氧化過程中應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行濃度分析,適時添加鉻酐、電解得陰極材料可用鉛、鐵、不銹鋼,最佳得陽陰面積比為(5:１)-(10:１)。當(dāng)溶液中三價(jià)鉻離子多時,可用電解得辦法使其氧化成六價(jià)鉻離子。溶液中得硫酸鹽含量超出０。5%,陽極氧化效果不好,硫酸根離子多時可加入氫氧化鋇或者碳酸鋇使其生成硫酸鋇沉淀。溶液中氯化物含量不應(yīng)超出０、2g/L、溶液中鉻含量超出７０g/L時就應(yīng)稀釋或更換溶液。鉻酸陽極氧化有電壓周期變化得陽極氧化辦法或恒電壓陽極氧化法(快速鉻酸法)兩種、３、硬質(zhì)(厚膜)陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化就是鋁及鋁合金表面生成厚而堅(jiān)硬氧化膜得一種工藝辦法、硬質(zhì)膜得最大厚度可達(dá)2５0μm,純鋁上形成得膜層微硬度為１２000-15０00MＰa,合金得普通為４000—6000MＰa,與硬鉻