表面加工技術(shù)-鋁合金

1、表面加工技術(shù)課程論文鋁合金表面處理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(The research status at home and abroad for surfacetreatment of aluminum alloy)學(xué)院名稱： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 復(fù)合材料 4567 學(xué)生姓名：不知道學(xué) 號(hào)：3110706345指導(dǎo)教師：正在找鋁合金表面處理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀摘要：簡要介紹了鋁合金表面處理技術(shù)的新進(jìn)展 , 重點(diǎn)介紹了鋁合金的陽極氧化、 電鍍、化學(xué)鍍和微弧氧化、激光熔覆等工藝。關(guān)鍵詞： 鋁合金；表面處理；陽極氧化；電鍍；化學(xué)鍍；微弧氧化；激光熔覆The research status at home

2、 and abroad for surfacetreatment of aluminum alloyAbstract:This paper described the recently progress on surface treatment techno logy of aluminum alloys.Some surface treatment processes of aluminum alloys were introduced.Such as anodizing,electroplating,electroless plating,micro-arc oxi dation,lase

3、r clad etc.Key words:aluminum alloys;surface treatment;anodizing;electroplating;electroless plating;micro-arc oxidation;laser clad.前言近20年來,我國鋁合金建筑型材的發(fā)展非常迅速。 上世紀(jì) 80年代中期,我國 分別從東亞和西歐引進(jìn)了 2 條手動(dòng)臥式生產(chǎn)線 ,其年產(chǎn)量只有 3 000 t,90 年代末 期從日本引進(jìn)了全自動(dòng)陽極氧化電泳涂裝大型立式生產(chǎn)線 , 年產(chǎn)量超過了 30 000t 。80年代中期, 我國以錫鹽電解著色穩(wěn)定劑、氟化鎳?yán)浞饪滋砑觿?、長壽命 堿洗添加

4、劑及其相配套的工藝制度 , 形成了綜合東西方技術(shù)特點(diǎn)的表面處理生產(chǎn) 體系, 到本世紀(jì)建成了多家特大型企業(yè) , 從事陽極氧化電泳涂漆生產(chǎn)?，F(xiàn)在 , 我國 的建筑鋁型材表面處理年產(chǎn)量已經(jīng)超過 500104t, 超過全世界產(chǎn)量的 1/2, 成為 名副其實(shí)的鋁合金建筑型材生產(chǎn)強(qiáng)國。 我國的鋁型材表面處理技術(shù)已經(jīng)沖破單一 的陽極氧化工藝格局 , 形成了電泳涂漆、粉末噴涂和氟碳漆噴涂等全面配套的完 整的生產(chǎn)體系。不僅如此 , 我國在這方面的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)方法、試驗(yàn)裝備等已 經(jīng)全面接軌國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。總之 , 我國的鋁型材陽極氧化生產(chǎn)規(guī)模、裝備 水平、技術(shù)水準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)全面達(dá)到國際先進(jìn)水平。1鋁及鋁

5、合金鋁及鋁合金的基本特性， 鋁合金在現(xiàn)代工業(yè)上應(yīng)用甚為廣泛， 其主要原因?yàn)?其具有以下特性 : 輕量性、耐蝕性、成形性、強(qiáng)度性、切削性、表面處理性、導(dǎo) 電性、易加工性、無毒性、無磁性、熔接性、導(dǎo)熱性、無低溫脆性、再生性、反 射性。鋁之價(jià)格雖較一般碳鋼高， 但易於回收重熔使用， 為地球上可充分且有效 利用之資源。鋁是元素周期表中第三周期主族元素 , 為面心立方晶格 ,無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ,延 展性好、塑性高, 可進(jìn)行各種機(jī)械加工。 鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑 ,在干燥空氣中鋁的表 面立即形成厚約 13nm的致密氧化膜 , 使鋁不會(huì)進(jìn)一步氧化并能耐水 ;鋁是兩性 的,既易溶于強(qiáng)堿 ,也能溶于稀酸。鋁在大氣中具有

6、良好的耐蝕性。 純鋁的強(qiáng)度低 , 只有通過合金化才能得到可作結(jié)構(gòu)材料使用的各種鋁合金。鋁合金的突出特點(diǎn) 是密度小、強(qiáng)度高。鋁中加入 Mn、Mg形成的 Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性 和較高的強(qiáng)度 , 稱為防銹鋁合金 , 如 3A21,5A05。硬鋁合金的強(qiáng)度較防銹鋁合金高 但防蝕性能有所下降 , 這類合金有 Al-Cu-Mg 系如 2A11,2A12。Al-Cu-Mg-Zn 系為 超硬鋁,如 7A04,7A09。新近開發(fā)的高強(qiáng)度硬鋁 , 強(qiáng)度進(jìn)一步提高 , 而密度比普通 硬鋁降低 15%,且能擠壓成型 , 可用作摩托車骨架和輪圈等構(gòu)件。 Al_Li 合金可制 作飛機(jī)零件和承受載重的

7、高級(jí)運(yùn)動(dòng)器材。通過在鋁中加入3%5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù) ） 的比鋁更輕的金屬鋰 , 就可以制造出強(qiáng)度比純鋁高 20%25%,密度僅 2.5 t/m3 的鋁 鋰合金。這種合金用在大型客機(jī)上 ,可以使飛機(jī)的重量減少 5 t 多, 而載客人數(shù)不 減。然而 , 鋁的腐蝕電位較負(fù) , 全面腐蝕比較嚴(yán)重。 鋁及其合金的腐蝕形態(tài)常見的 有: 點(diǎn)腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、絲狀腐蝕和層狀腐蝕1 。為了克服鋁合金表面性能方面的缺點(diǎn) ,擴(kuò)大應(yīng)用范圍 ,延長使用壽命 ,表面處理技術(shù)是非 常重要的一環(huán) , 用以解決或提高防護(hù)性、裝飾性和功能性三大方面的問題。鋁合金在航空、電子、汽車、建筑、輕工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。采用壓

8、鑄技術(shù) 可以高速生產(chǎn)精度高、 形狀復(fù)雜且重量輕的鋁合金零部件。 因此，壓鑄鋁合金的 使用量正逐年增加。 由于硅和銅等元素的加入， 使壓鑄成型鋁合金零件耐蝕性明 顯降低，陽極氧化處理不易獲得均勻的保護(hù)膜。 另外，其表面硬度低， 容易磨損， 外表光澤不能保持長久，耐臟性、裝飾性差 2-4雖然有報(bào)道稱鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)是一種較好的鑄鋁合金表面處理方法， 但由于六價(jià)鉻在自然環(huán)境條件下不能自然分解， 易在生物和人體內(nèi)積聚而導(dǎo)致病 變。水中含微量的鉻 （達(dá)到0.1 mg/L時(shí)）就會(huì)使人產(chǎn)生鼻出血、乳腺癌、霍奇金、 流產(chǎn)、白血病、脊椎骨退化等各種病癥。因此，我國已于 2007 年 3 月 1 日起 執(zhí)行歐

9、盟 RoHS 指令，禁止在轉(zhuǎn)化處理過程中使用六價(jià)鉻等有害物質(zhì) 5-6 。此外， 傳統(tǒng)的鑄鋁化學(xué)鈍化前處理硝酸氫氟酸混酸出光工序， 在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生 大量的氮氧化物、氟化氫等有毒氣體，給生產(chǎn)車間、周圍環(huán)境、工人健康和社會(huì) 的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重的影響 7-8 。因此，在鑄鋁合金表面研究開發(fā)耐蝕性好的 環(huán)保型無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理新技術(shù)、新工藝，有十分重要的意義。2 鋁合金陽極氧化 2將鋁及其合金置于適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛枠O進(jìn)行通電處理的過程稱為陽極 氧化。經(jīng)過陽極氧化 , 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。

10、采用不同的電解液和工藝條件 , 就能得到不同性質(zhì)的陽極氧化膜。陽極氧化 有鉻酸陽極氧化、 草酸電解液陽極氧化、 硫酸陽極氧化。 硫酸陽極氧化與草酸和 鉻酸陽極氧化相比 , 工作電壓更低 , 電解液更價(jià)廉 , 操作更簡單 , 氧化膜裝飾性更 強(qiáng),所以這種工藝很快得以普及 9-10 。目前 95%以上的陽極氧化是在硫酸中進(jìn)行 的。陽極氧化的基本工藝過程如下。2.1 前處理2.1.1 機(jī)械處理 11機(jī)械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

11、代開始,酸性脫脂槽液逐步普及 ,槽液為 H2SO4或, H3PO4加, HF、Fe3+、 H2O2、NO-2和非離子表面活性劑 , 室溫下操作 ,時(shí)間為 35 min 。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 12。2.1.3 堿浸蝕鋁及其合金陽極氧化之前 , 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HNO、3 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 13 。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 m

12、in 。堿腐 蝕工藝維護(hù)簡單 ,成本低, 腐蝕效果好 ,易于除去鋁合金表面的加工條紋 , 是陽極 氧化重要的配套工藝。 目前單獨(dú)使用 NaOH溶液作堿腐蝕已很少見 , 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”。也有的加 入氧化物和硝酸鹽 , 用以產(chǎn)生無光砂面效果。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) Henley14-16 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

13、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。后來人們發(fā)現(xiàn)在上述工藝中加 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)的專利陸續(xù)公布。 光亮陽極氧化穩(wěn)定 地進(jìn)入市場(chǎng) , 替代了部分鋼或銅上鍍鎳 - 鉻的工藝?；瘜W(xué)拋光不需要通電 ,也不需要專用夾具 , 操作簡單 , 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1

14、5%（體積分?jǐn)?shù)）, 硫酸 10%（體積分?jǐn)?shù) ）, 操作溫度 90110 , 時(shí)間 0.53 min 。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、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)拋光車間難以消除的“黃龍” 17 。人們采取了許多辦法 來解決這一技術(shù)難題 ,日本的 Tajima 18 ,采用“籠形”化合物吸收有毒氣體 ,得到 無黃煙化學(xué)拋光新工藝 ;德國對(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,25 g/L 的糊精

15、, 操作溫度較低 , 析出氣體很少。 Kaiser 19鋁和化學(xué)品公司 20發(fā)明了類似的工藝 （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 , 得到無黃煙拋光工藝。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。典型的堿性拋光配方含有 :NaOH、NaNO、2 NaNO、3 Na3PO、4 Cu(NO3)2 等, 堿 性化學(xué)拋光無有毒氣體析出。2.1.5 電化學(xué)拋光電化學(xué)拋光又稱電解拋光。 1934 年在英國和美國 , 幾乎同時(shí)發(fā)明了電解拋光 工藝“ Br

16、ytal 和 Alzak ” ,在堿性(Brytal 工藝)或氟硼酸 (Alzak 工藝)溶液中陽 極電解 10 20 min, 得到較高反射率的表面 , 并在陽極氧化后繼續(xù)保持下來。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)生光滑的鏡面效果。電解拋光的鋁件 , 經(jīng)過后續(xù)的陽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)陽極氧化處理也能在大氣中很長時(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 21-23 。高純鋁片(99.9

17、9%)經(jīng)過電解拋光 ,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, 高氯酸-醋酸型,磷酸-硫酸-甘油型,氟硼酸型 (Alzak 工藝 ), 碳酸鈉 - 磷酸三鈉型 (Brytal 工藝 ), 氫氧化鉀 - 鉻酸型 , 硫酸 - 鉻酸型 (Aluflex 、GIV)等。操作溫度為室溫至 90 , 電流密度 1020 A/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)

18、有啟發(fā) 24。電解拋光的主要污染物是六價(jià)鉻。 近年來, 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)用帶來一定的影 響。后來, 有人在這種處理液中添加某種添加劑 , 使這兩個(gè)問題有所緩解。 電解拋 光工藝成熟,污染小,但工作電流大 ,成本高,目前用于高亮度、高裝飾性鋁件的加 25 工。2.2 陽極氧化1.2.1 硫酸陽極氧化硫酸陽極氧化有以下特點(diǎn) :1）生產(chǎn)成本低 成分簡單 , 操作維護(hù)

19、簡便 , 一般只需將硫酸稀釋到一定的濃 度即可,無需添加其它化學(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 純鋁的硫酸陽極氧化膜 ,是無色透明的。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)透明度無影響。最適合 于拋光后的光亮陽極氧化處理。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 草酸和鉻酸陽極氧化 草酸陽極氧化在日本應(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

20、化膜。草酸陽極氧化的槽液成本 和操作電壓高于硫酸者 , 有些合金的草酸氧化膜顏色較深。草酸和硫酸陽極氧化 都需要良好的冷卻系統(tǒng)配套 26 。鉻酸陽極氧化膜特別耐腐蝕 , 主要應(yīng)用于飛機(jī)制造工業(yè)。鉻酸氧化膜和油漆 的附著力強(qiáng) , 也用于作油漆的底層。鉻酸陽極氧化膜灰色不透明 , 一般不用于裝 飾。2.2.3 硬質(zhì)陽極氧化在二次世界大戰(zhàn)后期 , 為了提高陽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 2.7 4.0 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得到硬質(zhì)氧化膜。有些專利采用優(yōu) 化硫酸的濃度 , 加有機(jī)酸或其他添加劑

21、 , 如苯羧酸進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化。在蘇格 蘭 ,Campbell 發(fā)明了 采用 交流 - 直 流疊加 電源 , 電 解液 高速流 動(dòng),0 , 電流密度 2535 A/dm2,獲得 100m的硬質(zhì)陽極氧化膜?，F(xiàn)在, 脈沖電流用于硬質(zhì)陽極氧化時(shí) , 特別是對(duì)一般很難硬質(zhì)陽極氧化的高 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) 陽極氧化 ,電流密度一般不超過 4.0 A/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題。由于硬質(zhì)陽極氧化膜具

22、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、計(jì)算機(jī)設(shè)備、電子和其他工業(yè)所采用。目前正在開發(fā)采用聚四乙 烯、二硫化鉬等固體潤滑劑封閉 , 使硬質(zhì)陽極氧化膜具有自潤滑性能 ,應(yīng)運(yùn)前景更 加廣闊。2.2.4 陽極氧化膜的厚度控制 28 陽極氧化生成的氧化膜厚度從理論上可按由法拉第定律所推導(dǎo)的如下公式 進(jìn)行計(jì)算 : =kIt 式中為陽極氧化膜厚度 (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 0.25 0.35 m3/kg；為氧化膜密度 , 一般取為 25003000 kg/m3, 則 k 為 0.

23、42 0.35 。2.3 鋁陽極氧化膜的著色和染色鋁及其合金經(jīng)過陽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。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 29 。2.3.1 自然發(fā)色鋁和鋁合金在電解液中經(jīng)陽極氧化處理直接產(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)大于普通的硫酸陽極氧 化工藝,槽液中鋁鹽的不斷增多 , 導(dǎo)致槽液的報(bào)廢

24、。需要用離子交換裝置連續(xù)凈化 電解液,防止槽液中 Al3+過多增加。因此 ,自然發(fā)色成本較高 30-31 。2.3.2 電解著色 32上世紀(jì) 60 年代,日本開發(fā)了“ AsadaTM、Analok TM”工藝。硫酸陽極氧化膜在 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 Alcan 獲得在鈷鹽溶液中電解著色的專利。 Alcan 又針對(duì) Asada工藝, 開發(fā)出 用許多種金屬鹽電解著色的專利并在國際上注冊(cè)。 也有一些公司致力于開發(fā)基于 錫鹽溶液的電解著色工藝。其中德國的 Gartner 和德國的鋁業(yè)公司 (V.A.W) 在這 一領(lǐng)域非?；钴S。 市場(chǎng)上有 H

25、enkel 公司開發(fā)的 Almeco-lor TM工藝 ,V.A.W. 公司開 發(fā)的 Metoxal TM工藝。還有一些國家開發(fā)出了許多類似硫酸亞錫加硫酸的工藝 , 這類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 , 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 33-37 。電解著色是金屬微粒沉積在陽極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) ,

26、 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。2.3.3 有機(jī)和無機(jī)染料染色 染料染色是染料吸附在陽極氧化膜多孔層的最外側(cè) 1/3 或 1/2 處。許多種類 的陽極氧化膜都可以被染料染色 , 但只有硫酸和草酸陽極氧化膜的染色有工業(yè)價(jià) 值, 硫酸陽極氧化膜的染色是其中的絕大部分。有機(jī)染料染色 , 操作簡便、染色均勻、幾乎可以染出任意顏色?？梢圆捎糜?刷和多重染色技術(shù) , 在同一鋁合金表面染出多種顏色和花紋 , 顏色鮮艷裝飾性極 強(qiáng)。但由于有機(jī)染料存在分解退色、耐曬差的問題 , 所以多用于室內(nèi)裝飾。無機(jī)染色,顏色的穩(wěn)定性高、 不易退色,能經(jīng)受陽光的長期暴曬。 用高錳酸鉀 溶液可

27、以染出棕色 , 用鐵鹽溶液可以染出金黃色。無機(jī)染色的顏色種類較少、均 勻性較差 , 目前正逐步被電解著色工藝所替代。2.4 陽極氧化膜的封閉 382.4.1 熱水封閉 新鮮的陽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 , 這一過程就是封閉 , 也稱封孔。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 , 人們開發(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 , 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

28、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 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)陽極氧化膜 , 可以提高陽極氧化膜的電絕緣性。硅脂封閉用 于制造無塵表面。脂肪酸和高溫油脂封閉用于制造紅外線反射器 , 防止波長為 46m 之紅外線的吸收損失。此外還開發(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 39鋁合金化學(xué)氧化處理后獲得的化學(xué)氧化膜厚

29、度一般為0.3 4 m,質(zhì)軟, 抗磨和抗腐蝕性均低于陽極氧化膜。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。這一方法 1949年出現(xiàn)于美國 , 名曰 Alodine 法. 403.2 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 稱鈍化膜。 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 單,其次是在膜層具有一定的防護(hù)性

30、能的同時(shí) , 不會(huì)對(duì)零件尺寸和導(dǎo)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兩種。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 41 。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。下面是某廠的汽車鋁合金 輪轂的電鍍工藝流程 42-44 :拋光噴丸（選擇性超聲波除臘 水洗堿 洗除油 水洗 酸

31、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)良的性能越來越為生產(chǎn)廠家所接受?；瘜W(xué)鍍鎳也就是 我們通常說的鍍鎳磷。鋁合金表面 （電腦散熱片、硬盤等 ）采用如下工藝 45: 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 220%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

32、洗 3吹干 烘干 檢驗(yàn)包裝半導(dǎo)體器件等電子元件表面的鋁基體由于焊接的需要 , 往往要求化 學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍金 , 其工藝流程如下 46-48 : 除油堿蝕出光 第一次浸鋅 退 鋅預(yù)處理液第二次浸鋅 化學(xué)鍍鎳 酸洗預(yù)浸化學(xué)鍍金后處理 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是普通陽極氧化的技術(shù)延伸 , 是電化學(xué)過程與物理放電過程共同作用 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)陽極氧化和電鍍硬鉻的 1/3 1/45 。微弧氧化突破了傳統(tǒng)陽極氧化的電壓局限 , 利用高壓放電所產(chǎn)生的等離 子體的強(qiáng)

33、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)處理工藝簡單 , 對(duì)環(huán) 境無污染 ,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)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) 49 。我國的研究人員對(duì)材料為 ZL108 的小型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行微弧氧化處理 , 時(shí)間 30 min 。鋁合金缸體內(nèi)表面經(jīng)微弧氧化處理后形成的陶瓷層主要由 -Al2O3 和-Al2O3 相組成, 顯微硬度 1000 HV,陶瓷材質(zhì)的特性決定了其優(yōu)

34、良的抗腐蝕性 和耐磨性。缸體在油潤滑條件下磨損 50 h后, 鋁合金微弧氧化陶瓷層的磨損失重 低于電鍍硬鉻層和磷釩銅鑄鐵 50 。5.2 鋁合金的激光熔覆技術(shù) 51激光熔覆是通過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 光熔覆按熔覆材料的供給方式可分為兩大類 ,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) 。目前,用于鋁合金激光熔覆處理的粉末類型主 要有 Ni 基、 Cu基、陶瓷粉末等。在我國 , 鋁合

35、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 國的航天航空和汽車工業(yè)正處于發(fā)展階段 , 尤其是汽車有著廣闊的市場(chǎng)。因此 , 鋁合金表面激光熔覆技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用在我國有著巨大的潛力。6 結(jié)語隨著我國經(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 , 與國際水平已沒有什么差距 ,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 , 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

36、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。參考文獻(xiàn)1 劉定福 . 壓鑄鋁合金件光亮導(dǎo)電膜化學(xué)氧化 J. 電鍍與環(huán)保 ,2004,24(1): 33-34.2 彭靚,錢翰城 .壓鑄鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù) J. 表面技術(shù) ,2002,31(1): 42-44.3 葛圣松 ,楊玉香 ,邵謙.鑄鋁表面無鉻黑色轉(zhuǎn)化膜的形貌及耐蝕性 J. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技 術(shù),2006,18(3):228-230.4 全國電工電子產(chǎn)品與系統(tǒng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化工作組. 電工電子產(chǎn)品與系統(tǒng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化工作指南歐盟 WEEE和 RoHS指令應(yīng)對(duì)方略 M. 北京 :中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2006.5 李楊

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