铝表面阳极氧化处理方法及缺陷分析
铝合金阳极氧化的常见缺陷

铝合金阳极氧化的常见缺陷朱祖芳(北京有色金属研究总院北京市 100088)【摘要】本文简述铝合金阳极氧化常见缺陷特征,成因和对策。
缺陷类型包括点(斑)缺陷和大面积的不均匀外观。
未涉及条纹,模具痕或焊合线等条带型缺陷。
最后用表格说明这些缺陷的发生(起因)或发现(出现)的工序。
外观缺陷是造成型材返工从而大幅度提高成本的主要原因。
本文综述铝阳极氧化膜外观缺陷的主要特征,成因和对策。
按照外观形态,可将阳极氧化表面缺陷分为三大类:(1)条纹(带)状缺陷;(2)斑点状缺陷;(3)不均匀(不正常)表面。
由于条纹(带)状缺陷往往起因于熔铸和挤压,或其它机械损伤,本文只介绍后两类常见缺陷。
1 斑点状缺陷材料腐蚀、槽液污染、合金第二相析出或电偶作用等因素均可导致斑点状缺陷,分别介绍如下:酸或碱浸蚀在阳极氧化前,由于铝材溅上酸液或碱液或者受到酸雾或碱雾作用而腐蚀,使表面局部发生白点。
如果腐蚀比较严重,则点蚀较粗大,形成粗斑。
肉眼很难分辨起因于酸还是碱,但在显微镜下观察蚀点的横截面却容易分辨,如底部呈圆形又没有晶间腐蚀迹象,则起因于碱腐蚀;如底部不规则并且伴有晶间腐蚀,蚀点又较深者起因于酸腐蚀。
这类腐蚀也可能由于工厂贮运不当引起。
化学抛光剂烟雾或其它酸性烟雾,含氯有机脱脂剂等均为酸浸蚀的来源。
最常见碱浸蚀由砂浆或水泥灰,碱洗液等物质散落和飞溅引起。
原因确定之后,只要加强工厂各环节的管理,问题即可解决。
大气腐蚀铝型材暴露在潮湿空气中有时会发生白点,它们常常沿模具痕方向纵向排列。
大气腐蚀一般不像酸或碱浸蚀那么严重,可用机械方法或碱洗除去。
大气腐蚀大多是非局限性的,往往易出现在某些表面上,如水蒸汽易凝聚的温度较低区域或上表面。
大气腐蚀比较严重时,蚀点的横截面呈倒蘑菇状,此时碱洗不仅无法消除蚀点,反而会使之扩大。
如果确定腐蚀是大气腐蚀,则应检查工厂的存放条件。
铝材不应储存在温度最低的位置,以防水蒸汽冷凝。
存放处应干燥,温度尽量均匀。
铝制品加工厂氧化着色过程常见缺陷改善方案

铝制品加工厂氧化着色过程常见缺陷改善方案随着铝加工工业的蓬勃发展,铝表面处理已成为铝加工过程必不可少的重要生产环节。
铝制品经过表面处理之后。
耐磨、耐蚀、耐光照、耐气候等性能都有很大提高,更重要的是可以着上各种美丽鲜艳的色彩。
由于其它构成装饰的各种建筑物,曰用铝制品,工艺美术品,装饰品,家具用品等美观大方。
适应时代美感的要求,因而铝材的应用价值大为得高。
为了装饰和提高铝材表面性能,在铝材氧化膜上进行着色处理,常用的方法有电解着色法、化学着色法、自然着色法等。
在实际生产中由于人员、工艺、设备、操作等存在差异,每批的产品色差也会存在一定的差异,产生不同的质量缺陷,在特定的介质下,色泽的深浅是由金属粒子沉积量来决定,而与氧化膜的厚度无关。
铝材电解着色的色差的产生,与着色机理、氧化膜的厚度的均匀性及结构与电解着色速度有直接关系。
铝材着色的缺陷大体上有以下几种情况:色浅、色差、染不上色、白点、露白、染色发花、逃色等。
如何解决这一问题,确保每批产品的色差保持一致,并在双方确认的偏差范围内,以满足消费者的要求。
这就要求生产企业,在对型材进行电解着色表面处理时,加以研究和防范。
以下介绍我公司在阳极氧化电解着色生产工艺中常见的质量缺陷和处理方法:一、要着色均匀稳定并把色差控制在一定的范围内,减少着色缺陷的产生,在实际的生产过程中,首先在加强阳极氧化工艺操作的控制,在操作时注意以下几方面的要求。
1、在阳极氧化的型材进入着色槽时必须保持较大的倾斜度,并放置在两极中间,确保左右极距相等。
同时控制上料绑料面积,每挂料总表面积最大不超过44m2。
2、检查槽液浓度,是否符合工艺要求。
3、送电着色时,行车挂钩与导电梁挂钩必须脱开,并静置0.5~1分钟后才能送电着色。
4、同一种颜色的着色电压必须相等,在着色前预先调整好电源电压。
5、着色结束时,必须立即起吊,尽快流尽槽液,尽快转移至水槽水洗,不可在着色槽中停留,严格控制空中起吊时间,充分洗净型材内孔中的酸液后,才能用色板比色,比色时,掌握型材色略深于样板色。
铝氧化表面不良状况

铝的本色氧化铝材表面处理铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极,以铅板作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解,使其表面生成氧化膜层。
其中硫酸阳极氧化处理应用最为广泛。
铝和铝合金硫酸阳极氧化氧化膜层有较高的吸附能力,易进行封孑L或着色处理,更加提高其抗蚀性和外观。
阳极氧化膜层厚一般3~15μm,铝合金硫酸阳极氧化工艺操作简单,电解液稳定,成本也不高,是成熟的工艺方法,但在硫酸阳极化过程中往往免不了发生各种故障,影响氧化膜层质量。
认真总结分析故障产生的原因并采取有效预防措施,对提高铝合金硫酸阳极氧化质量有重要的现实意义。
1 常见故障及分析(1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后,发生局部无氧化摸,呈现肉眼可见的黑斑或条纹,氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。
此类故障虽不多见但也有发生。
上述故障原因,一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关,或者与电解液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。
铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。
纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成,膜的质量也较佳。
而铝硅合金或含铜量较高的铝合金,氧化膜则较难生成,且生成的膜发暗、发灰,光泽性不好。
如果表面产生金属相的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或者热处理不当所造成各部分组织不均匀等,则易产生选择性氧化或选择性溶解。
若铝合金中局部硅含量偏析,则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。
另外,如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁等金属杂质离子含量过高,往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹,影响氧化膜的抗蚀防护性能。
偶然发生铝合金硫酸阳极氧化后氧化膜暗淡无光,有时产生点状腐蚀,严重时黑色点状腐蚀显著,导致零件报废,引起较大损失。
这类故障往往是偶然发生并有特殊原因造成的。
在铝合金阳极氧化过程中,中途断电又重新给电,往往会使氧化膜暗淡无光,而中途停电零件在清洗槽停留过久,清洗水槽酸度过高,水质不净,含悬浮物、泥砂等较多,往往会使铝合金制件发生电化学腐蚀,发生点状腐蚀黑斑等。
铝合金阳极氧化故障的分析及预防

1. 常见故障及分析
(1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后,发生局部无氧化摸,呈现肉眼可见的黑斑或条纹,氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。此类故障虽不多见但也有发生。
2. 预防故障的措施
铝合金硫酸阳极氧化氧化膜质量好坏,抗蚀防护性能的优劣主要取决于铝合金的成分,膜层厚度以及阳极氧化处理工艺条件,如温度、电流密度、使用水质及阳极氧化后的填充封闭工艺等。要减少或避免阳极氧化故障提高产品质量要从微细处着手,采取有效措施。
上述故障原因,一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关,或者与电解液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成,膜的质量也较佳。而铝硅合金或含铜量较高的铝合金,氧化膜则较难生成,且生成的膜发暗、发灰,光泽性不好。如果表面产生金属相的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或者热处理不当所造成各部分组织不均匀等,则易产生选择性氧化或选择性溶解。若铝合金中局部硅含量偏析,则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。另外,如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁等金属杂质离子含量过高,往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹,影响氧化膜的抗蚀防护性能。
对于搭接、点焊或铆接的铝合金组合件,对于在阳极氧化过程中易形成气袋不易排除的铝合金制件,从质量考虑,一般不允许采用硫酸阳极氧化工艺。
(2)装挂夹具材料必须确保导电良好,一般选用硬铝合金棒,板材要保证有一定弹性和强度。拉钩宜选用铜或铜合金材料。已使用过的专用或通用工夹具如阳极氧化处理时再次使用,必须彻底退除其表面氧化膜,确保良好接触。工夹具既要保证足够导电接触面积,又要尽量减少夹具印痕。如果接触面太小,会导致烧损熔蚀阳极氧化零件。
铝型材氧化缺陷成因和对策

定义:浸蚀后,残留在材料表面的浸蚀液的过度反应所引起的光泽不均。
现象:浸蚀后,转入水洗工序期间,材料表面部分变干,浸蚀面变为不均匀,变成光泽不均。
原因:(1)浸蚀液老化;(2)浸蚀液温度过高;(3)浸蚀后转入水洗的时间长;(4)气温高时易发生碱烧伤。
对策:(1)控制好浸蚀液(氢氧化钠、溶存铝量等);定义:由材料中含有的杂质引起的水洗中产生的斑点状腐蚀。
定义:由于杂质混入阳极氧化膜中使氧化膜带黄色。
现象:硫酸阳极氧化膜带黄色,这种氧化膜经点解着色,色调就不一样。
原因:(1)因点解液中或材料合金中的铁、硅等掺入氧化膜中而产生;(2)由于不适应的阳极氧化条件,即低温点解、高电流密度点解,异常厚膜而产生。
对策:(1)降低合金、电解液中铁、硅的浓度;定义:点解中生成的气体或用于搅拌的空气积存在材料间隙、拐角等部位,致使定义:局部析出的ßMg2Si中间相,在阳极氧化后呈现黑斑或白斑。
现象:挤压方向上见到大致等间距的黑、白或灰色的斑点。
在这些斑点部位观察到许多镁-硅系的析出物,其硬度低。
原因:当挤压材与冷却板接触处(等间隔)受到急冷-换热的热过程中,析出ßMg2Si中间相。
析出中间相的铝表面在除污工序中粗糙化,并形成由阳极氧化处理导致的紊乱的氧化膜结构,也可以认为硅粒和未氧化的铝粒子发黑色。
对策:(1)利用冷却风扇控制换热;(2)减少与挤压接触的材料的热传导率。
分析:A6063S-T5 合金的维氏硬度(HV)试验载荷1.96N(200gf)定义:阳极氧化时,由于供电部分接触不好,设定电流值的错误等原因,未流过规定的电流,致使氧化膜几乎没有生成。
现象:氧化膜几乎没有生成,有时表面呈现彩虹色(干涉色),电解着色也不正常。
原因:(1)停电、电源故障等造成点解中断;(2)夹具恶化污浊、夹得不紧;(3)夹具的接触面积不够;定义:着色后部分色调差异,着色外观颜色不均。
定义:材料紧靠状态下进行点解着色时产生的着色不良。
铝表面阳极氧化处理方法

铝表面阳极氧化处理方法(一)一、表面预处理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。
(一)脱脂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。
几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。
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。
表-1 脱脂及主要工艺脱脂方法溶液组成用量g/L 温度/度时间min 后处理备注有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适量常温或蒸汽适当无浸蚀表面活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-80 适当. 水清洗无浸蚀碱性溶液 NaOH 50-200 40-80 0.5-3 水洗后用100-500g/L硝酸溶液中和及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化,硝酸可用稀硫酸+铬酸代替十二水磷酸钠NaOH硅酸钠 40-608-1225-30 60-70 3-5 水清洗 NaOH可用40-50g/L碳酸钠代替,总碱度按NaOH计算为1.6%-2.5%多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂 15.64.84.84.80.3ml0.1ml 60 12-15 水清洗使用前搅拌4个小时十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂 50-7025-353-5 75-85 3-5 水清洗碳酸钠磷酸钠 25-4025-40 75-85 适当水清洗磷酸钠碳酸钠NaOH 20106 45-65 3-5 水清洗强碱阻化除油剂 40-60 70 5 水清洗除油不净可延长处理时间酸性溶液硫酸 50-300 60-80 1-3 水清洗硝酸 162-354 常温 3-5 水清洗松化处理磷酸硫酸表面活性剂 3075 50-60 5-6 水清洗磷酸(85%)丁醇异丙醇水 100%40%30%20% 常温 5-10 水清洗溶液组成以体积记电解溶液阳极氧化用电解质常温适当交流电或阴极电流电解NaOH 100-200 常温 0.5-3 水清洗后中和铝制品为阴极,电流密度为4-8A/dm2乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水 8.0%0.25%0.5%2.25%89% 常温适当水清洗溶液组成以体积记有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂,常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。
铝表面阳极氧化处理方法

铝表面阳极氧化处理方法(一)一、表面预处理无论采用何种方法加工得铝材及制品,表面上都会不同程度地存在着污垢与缺陷,如灰尘、金属氧化物(天然得或高温下形成得氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(主要成分就是脂肪酸与含氮得化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微得划擦伤等。
因此在氧化处理之前,用化学与物理得方法对制品表面进行必要得清洗,使其裸露纯净得金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽与厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能得人工膜、(一)脱脂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。
几种脱脂方法及主要工艺列于表—1。
在这些方法中,以碱性溶液特别就是热氢氧化钠溶液得脱脂最为有效。
表—1 脱脂及主要工艺脱脂方法溶液组成用量g/L 温度/度时间min 后处理备注有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适量常温或蒸汽适当无浸蚀表面活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-80适当。
水清洗无浸蚀碱性溶液 NaOH 50-200 40—80 0。
5—3水洗后用100—500g/L硝酸溶液中与及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化,硝酸可用稀硫酸+铬酸代替十二水磷酸钠NaOH硅酸钠40—608-1225—30 60—70 3—5水清洗 NaOH可用40—50g/L碳酸钠代替,总碱度按NaOH计算为1.6%—2。
5%多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂15、64。
84、84、80.3ml0。
1ml 60 12-15 水清洗使用前搅拌4个小时十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂 50-7025-353—5 75—85 3-5 水清洗碳酸钠磷酸钠 25-4025-40 75—85 适当水清洗磷酸钠碳酸钠NaOH 20106 45-65 3—5 水清洗强碱阻化除油剂40-60 70 5 水清洗除油不净可延长处理时间酸性溶液硫酸 50—300 60-80 1-3 水清洗硝酸 162-354 常温 3—5 水清洗松化处理磷酸硫酸表面活性剂307550-605-6水清洗磷酸(85%)丁醇异丙醇水 100%40%30%20% 常温5-10 水清洗溶液组成以体积记电解溶液阳极氧化用电解质常温适当交流电或阴极电流电解NaOH 100-200常温0、5-3 水清洗后中与铝制品为阴极,电流密度为4—8A/dm2乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水 8、0%0.25%0、5%2.25%89%常温适当水清洗溶液组成以体积记有机溶剂就是利用油脂易溶于有机溶剂得特点进行脱脂,常用得溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。
铝及铝合金硫酸阳极氧化常见故障的原因及排除措施

铝及铝合金硫酸阳极氧化常见故障的原因及排除措施铝及铝合金硫酸阳极氧化常见故障的原因及排除措施1. 引言铝及其合金广泛应用于各个领域,包括建筑、汽车、航空航天以及电子等行业。
为了增强其耐腐蚀性和提高外观,常常会对铝材进行硫酸阳极氧化处理。
然而,这种过程中可能会出现一些常见故障,影响其表面质量和性能。
本文将深入探讨铝及铝合金硫酸阳极氧化常见故障的原因及排除措施,以帮助读者更好地理解和解决这些问题。
2. 铝及铝合金硫酸阳极氧化常见故障2.1 腐蚀腐蚀是铝及铝合金硫酸阳极氧化常见的问题之一。
这可能是由于阳极氧化处理中的规范不当导致的,例如处理时间过长或温度过高。
可能存在原材料质量问题,如含有过多的杂质或不纯的硫酸,导致更易腐蚀的氧化层形成。
排除措施:正确控制氧化处理参数,如时间和温度,以确保处理的一致性。
应定期检查硫酸的质量,并确保其纯度。
如果发现腐蚀问题,可以考虑增加氧化电压和降低氟离子浓度,以增加氧化层的密度和耐蚀性。
2.2 颜色不均匀铝及铝合金硫酸阳极氧化处理过程中出现的颜色不均匀也是一个普遍存在的故障。
这可能由于电解液中存在浓度梯度或流速不均匀导致的。
铝材基体的合金成分也可能会影响颜色的均匀性。
排除措施:确保电解液的浓度均匀,可以通过搅拌电解液或增加搅拌装置来实现。
另外,调整电流密度和处理时间,以平衡铝材表面的氧化反应速率,从而避免颜色不均匀问题的发生。
2.3 孔洞和气泡在铝及铝合金硫酸阳极氧化过程中,孔洞和气泡也经常出现。
这可能是由于工艺参数设置错误,如电流密度或处理时间过高,导致氧化层无法均匀形成。
排除措施:调整工艺参数,以确保电流密度适中,并根据铝材的形状和尺寸合理设定处理时间。
使用合适的搅拌设备可以提高电解液的流动性,从而减少气泡和孔洞的产生。
3. 其他问题与个人观点除了上述常见故障,铝及铝合金硫酸阳极氧化过程中可能还会遇到其他问题。
电解槽污染、表面纹理不佳以及氧化层附着力不强等。
针对这些问题,应该结合具体情况进行分析和解决。
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铝表面阳极氧化处理方法一、表面预处理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。
(一)脱脂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。
几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。
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。
二)碱蚀剂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、(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。
(三)中和和水清洗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、水清洗后的制品应与上进行氧化处理。
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。
二、阳极化处理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,所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。
1、阳极氧化膜生成的一般原理以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。
其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料,如铅、不锈钢、铝等。
铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。
当电流通过时,在阴极上,放出氢气;在阳极上,析出的氧不仅是分子态的氧,还包括原子氧(O)和离子氧,通常在反应中以分子氧表示。
作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的氧化铝膜,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。
2、阳极氧化电解溶液的选择阳极氧化膜生长的一个先决条件是,电解液对氧化膜应有溶解作用。
但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。
3、阳极氧化的种类阳极氧化按电流形式分为:直流电阳极氧化,交流电阳极氧化,脉冲电流阳极氧化。
按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。
按膜层性子分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。
铝及铝合金常用阳极氧化方法和工艺条件见表-5。
其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。
4、阳极氧化膜结构、性质阳极氧化膜由两层组成,多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上上成长起来的,后者称为阻挡层(也称活性层)。
用电子显微镜观察研究,膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔,它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的阻挡层。
以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体,称为晶胞,整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。
阻挡层是又无水的氧化铝所组成,薄而致密,具有高的硬度和阻止电流通过的作用。
阻挡层厚约0.03-0.05μm,为总膜后的0.5%-2.0%。
氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成,此外还含有电解液的阳离子。
当电解液为硫酸时,膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。
氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的,它们都与阳极氧化条件密切相关。
(二)直流电硫酸阳极氧化1、氧化膜成长机理在硫酸电解液中阳极氧化,作为阳极的铝制品,在阳极化初始的短暂时间内,其表面受到均匀氧化,生成极薄而有非常致密的膜,由于硫酸溶液的作用,膜的最弱点(如晶界,杂质密集点,晶格缺陷或结构变形处)发生局部溶解,而出现大量孔隙,即原生氧化中心,使基体金属能与进入孔隙的电解液接触,电流也因此得以继续传导,新生成的氧离子则用来氧化新的金属,并以孔底为中心而展开,最后汇合,在旧膜与金属之间形成一层新膜,使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。
随着氧化时间的延长,膜的不断溶解或修补,氧化反应得以向纵深发展,从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。
其内层(阻挡层、介电层、活性层)厚度至氧化结束基本都不变,位置却不断向深处推移;而外早一定的氧化时间内随时间而增厚。
2、氧化膜厚度计算阳极氧化生成的氧化膜厚度从理论上可按法拉第第二定律推导的公式进行计算。
3、影响氧化膜生长和质量的因素当电解液的温度从20 度上升到30 度,膜的溶解速度约增加3 倍。
随电流密度的增加,制品被养护的金属量、表面生成的铝氧化膜厚度都随着增加。
硫酸浓度对氧化膜厚度的影响不大,为获得中等厚度、多孔而易于着色和封闭、抗蚀性较高的膜层,浓度最好为15%-20%;溶液用去离子水要求氯离子<15mg/L、铁离子<1mg/L、硫酸根离子<30mg/L,电阻率为5×10 的5-6 次方Ω•cm;溶液中杂质允许的最大含量铝离子20g/L,铜离子2g/L,铁离子5g/L,氯离子0.1g/L。
随着阳极氧化时间的延长,氧化膜的厚度增加,到一定厚度后,由于膜厚电阻增加、导电能力下降,膜的生长速度减慢,有的合金即使延长氧化时间,膜的厚度也不会再增加。
不同的铝合金的阳极氧化膜有不同的色彩,纯铝上的膜无色透明,使金属的光泽完全保持下来;高纯铝添加少量的镁,膜色不会因氧化时间的延长而改变,当镁的含量超过2%,膜变暗浊色;铝硅合金阳极氧化时,硅不会被氧化或溶解,部分进入膜层使膜呈暗灰色。
含硅量大时,阳极氧化前先用氢氟酸浸泡,膜色会有所好转,一般含硅5%以上的合金不适合做光亮着色制品,含量达13%就难于进行阳极化处理;含铜的合金,当含量较少时,膜呈绿色,随铜含量的增加,膜薄,色调深暗。
某些变形铝合金的阳极氧化处理见表-6。
铝合金在硫酸溶液中阳极氧化,由于氧化膜在表面上形成、生长和溶解,引起电阻的变化,使过程中的电流、槽端电压及电流密度都随之发生变化。
实际操作中电压升高不宜太快,否则会使生成的膜不均匀。
4、建筑铝型材阳极氧化工艺建筑铝材是目前阳极氧化处理的主要产品,其中75%-85%是用常规硫酸法处理。
中国建筑型材标准规定氧化膜的厚度大于10μm。
建筑铝材阳极氧化工艺的最佳工艺参数为电解液硫酸15%±2%,铝离子含量小于5g/L,溶液温度21±10C,电流密度(1.3±0.05)A/dm2,时间(对LD31 合金)30min,则10μm;60 分钟,则可达18μm(电压18V),溶液用纯水配制。
(三)其他阳极氧化1、草酸阳极氧化对硫酸阳极氧化影响的大部分因素也适用于草酸阳极氧化,草酸阳极氧化可采用直流电、交流电或者交直流电迭加。
用交流电氧化比直流电在相同条件下获得膜层软、弹性较小;用直流电氧化易出现孔蚀,采用交流电氧化则可防止,随着交流成分的增加,膜的抗蚀性提高,但颜色加深,着色性比硫酸膜差。
电解液中游离草酸浓度为3%-10%,一般为3%-5%,在氧化过程中每A•h 约消耗0.13- 0.14g,同时每A•h 有0.08-0.09g 的铝溶于电解液生成草酸铝,需要消耗5 倍于铝量的草酸。
溶液中的铝离子浓度控制在20g/L 以下,当含30g/L 铝时,溶液则失效。
草酸电解液对氯化物十分敏感,阳极氧化纯铝或铝合金时,氯化物的含量分别不应超过0.04-0.02g/L,溶液最好用纯水配制。
电解液温度升高,膜层减薄。
为得到厚的膜,则应提高溶液的pH 值。
直流电阳极氧化用铅、石墨或不锈钢做阴极,其与阳极的面积比为(1:2)-(1:1)之间。
草酸是弱酸,溶解能力低,铝氧化时,必须冷却制品及电解液。
草酸膜层的厚度及颜色依合金成分而不同,纯铝的膜厚呈淡黄或银白色,合金则膜薄色深如黄色、黄铜色。
氧化后膜层经清洗,若不染色可用3.43×10 的4 次方Pa 压力的蒸汽封孔30-60分钟。
2、铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化工艺见表-4。
氧化过程中应经常进行浓度分析,适时添加铬酐。
电解的阴极材料可用铅、铁、不锈钢,最好的阳阴面积比为(5:1)-(10:1)。
当溶液中三价铬离子多时,可用电解的方法使其氧化成六价铬离子。
溶液中的硫酸盐含量超过0.5%,阳极氧化效果不好,硫酸根离子多时可加入氢氧化钡或者碳酸钡使其生成硫酸钡沉淀。
溶液中氯化物含量不应超过0.2g/L。
溶液中铬含量超过70g/L 时就应稀释或更换溶液。
铬酸阳极氧化有电压周期变化的阳极氧化方法或恒电压阳极氧化法(快速铬酸法)两种。
3、硬质(厚膜)阳极氧化硬质阳极氧化是铝及铝合金表面生成厚而坚硬氧化膜的一种工艺方法。