鋁合金陽極氧化素材

1、1、目的：鋁及鋁合金在大氣中會與氧生成氧化膜，由于這種自然氧化膜極薄，耐蝕能力很低，故遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上應(yīng)用的需要。為了提高鋁及鋁合金的防護(hù)性、裝飾性和其他功能性，大多數(shù)情況下可以采取陽極氧化處理。 鋁及鋁合金陽極氧化液有酸性液、堿性液和非水液等三大類。通常采用酸性液。它可分為硫酸、鉻酸、磷酸等無機(jī)酸體系，草酸、氨磺酸、丙二酸、磺基水楊酸等有機(jī)酸體系，以及無機(jī)酸加有機(jī)酸的混合酸體系。 溶液對鋁的溶解能力應(yīng)適當(dāng)，鹽酸的腐蝕性太強(qiáng)，不能用于鋁陽極氧化；硼酸和硼酸銨的溶解能力太弱，除特殊應(yīng)用外，一般情況也不適宜。 工業(yè)生產(chǎn)中主要采用硫酸法、鉻酸法、草酸法和混合酸法，其中硫酸法應(yīng)用最為廣泛。2、機(jī)理：1

2、 陽極氧化的電極反應(yīng) 鋁及鋁合金陽極氧化液一般采用中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等， 將鋁及鋁合金零件作為陽極，鉛板為陰極，通以直流電，陰極上的反應(yīng)為： 2H+ + 2e H2 而在陽極上，主要是水的放電： H2O 2e O + 2H+ 通過電子顯微鏡、示蹤原于等現(xiàn)代測試方法，對氧化膜形成過程提出了新的觀點(diǎn)，在陽極上鋁原子失去電子而氧化： Al 3e Al3 2Al3 3O2 Al2O3 與鋁結(jié)合的氧離子來自哪個原子團(tuán)或離子尚不得而知，實(shí)際上陽極反應(yīng)過程是相當(dāng)復(fù)雜的，一些問題仍在探索中。 在氧化膜溶液界面上還發(fā)生氧化膜的化學(xué)溶解： Al2O3 3H2SO4 Al2(SO4)3 3H2O

3、2Al + 3O A12O3 1670kJAB段 阻擋層形成 通電開始的幾秒至十幾秒時間內(nèi)，電壓隨時間急劇增加到最大值，稱為臨界電壓或形成電壓。說明在陽極上形成了連續(xù)的、無孔的薄膜層，具有較高的電阻，稱為阻擋層。隨著膜層加厚，電阻增大，引起槽電壓急劇地呈直線上升，阻擋層的出現(xiàn)阻礙了膜層的繼續(xù)加厚。阻擋層的厚度與形成電壓成正比，形成電壓越高，阻擋層越厚；而與氧化膜在溶液中的溶解速度成反比。在普通硫酸陽極氧化時采用13V18V槽電壓，則阻擋層厚度約為0.01m0.015m。溫度對形成電壓的影響很大，溫度高，溶液對膜的溶解作用強(qiáng)，阻擋層薄，形成電壓低。這一段的特點(diǎn)是氧化膜的生成速度遠(yuǎn)大于溶解速度。B

4、C段 膜孔的出現(xiàn) 陽極電壓達(dá)到最大值后開始有所下降，這時由于阻擋層膨脹而變得凹凸不平，凹處電阻較小而電流較大，在電場作用下發(fā)生電化學(xué)溶解，以及溶液侵蝕的化學(xué)溶解，凹處不斷加深而出現(xiàn)孔穴，這時電阻減小而電壓下降。CD段 多孔層增厚 大約在陽極氧化20s后，電壓趨向平穩(wěn)，隨著氧化的進(jìn)行，電壓稍有增加，但幅度很小。 這說明阻擋層在不斷地被溶解，孔穴逐淅變成孔隙而形成多孔層，電流通過每一個膜孔，新的阻擋層又在生成。 這時阻擋層的生長和溶解的速度達(dá)到動態(tài)平衡，阻擋層的厚度保持不變，而多孔層則不斷增厚。多孔層的厚度取決于工藝條件，主要因素是溫度。由于氧化生成熱和溶液的焦耳熱使溶液溫度升高，對膜層的溶解速度

5、也隨之加大。當(dāng)多孔層的形成速度與溶解速度達(dá)到平衡時，氧化膜的厚度也就不會再繼續(xù)增加。該平衡到來的時間愈長，則氧化膜愈厚。氧化膜孔隙的形成可通過電滲現(xiàn)象來解釋，如圖262所示。部分孔壁水化氧化膜帶負(fù)電，新鮮的酸溶液從孔中心直人孔底，在孔底處因酸溶液的溶解而形成富Al3的液體，帶正電。在電場作用下發(fā)生電滲流，使富Al3液體只能沿孔壁向外流動，而新鮮溶液又從中心向底部補(bǔ)充，使孔內(nèi)液體不斷更新，結(jié)果孔底繼續(xù)溶解而加深。沿孔壁向外流動的高Al3液體對膜已失去溶解能力，因此隨氧化時間的延續(xù)，使孔不斷加深，逐漸形成多孔層?？紫兜拇嬖诤涂變?nèi)溶液的不斷更新，使離子可以通行無阻，因此在多孔層建立過程中電阻變化不大

6、電壓也就比較平穩(wěn)。3、工藝流程如下： 機(jī)械準(zhǔn)備除油水洗浸蝕(或化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光)水洗陽極氧化水洗著色水洗封閉水洗干燥4、硫酸陽極氧化鋁及鋁合金硫酸陽極氧化可在硫酸或含有添加劑的硫酸溶液中進(jìn)行。常用的工藝規(guī)范列于表262。表262 硫酸陽極氧化工藝規(guī)范成分及操作條件配 方1234硫酸H2SO4(d=1.84)g·L1 草酸C2H2O4·2H2Og· L1 甘油C3H8O7 g· L1 1802001501601502005615016050溫度/電流密度A·dm2電壓V15250.81.5122220±11.11.518201525

7、0.81.2182420131618配方1為通用配方；配方2適合建筑用鋁合金，電源用直流或脈沖；配方3、4為有添加劑的溶液。陽極氧化過程中，溶液需適當(dāng)攪拌，可通入干燥的壓縮空氣或移動極桿。 鋁陽極氧化的電流效率在室溫下通常為6070。氧化時間視所需膜厚來定，并與電流密度和溫度有關(guān)，一般防護(hù)裝飾性膜為30min40min，需要著色時選上限或更長時間；含銅量高的鋁合金需要較長的氧化時間，適宜在較高濃度的溶液中氧化。硫酸溶液的體積電流密度一般不應(yīng)大于0.3 AL；每立方米溶液允許氧化零件面積總和為3.3m2。所以，應(yīng)控制氧化零件的裝載量。合金成分不同或形狀差異較大的零件避免在同一槽中氧化，以防止膜厚

8、差別加大。 2溶液的控制 配制溶液應(yīng)采用蒸餾水或去離子水，硫酸最好用化學(xué)試劑，如用工業(yè)硫酸，其NaCI含量應(yīng)不大于0.02。 陽極氧化液中可能存在的雜質(zhì)有金屬離子，如Al3+、Fe3+ 、Cu2+、Pb2+、Mg2+、Mn2+及陰離子Cl、F 、NO3等。金屬高于來自鋁及鋁合金的自身溶解，少量Al3+(1 gL左右)有益于氧化膜的正常生成。隨著Al3+的增加，溶液導(dǎo)電性變差，電壓和電流不穩(wěn)定，膜的透明度、耐蝕性和耐磨性均有所下降。當(dāng)Al3+大于20g L 時，鋁表面將出現(xiàn)白點(diǎn)或塊狀白斑，氧化膜的吸附能力下降，著色困難。 Cu2+ > 0.02gL， Fe3+ > 0.2 gL時，氧

9、化膜會出現(xiàn)暗色條紋和黑色斑點(diǎn)，Sn2+ 、Pb2+、Mn2+等會使氧化膜發(fā)暗至發(fā)黑。陰離子雜質(zhì)來源于溶液的配制水和洗滌水的帶人。 Cl、F 、 NO3存在時，氧化膜孔隙率增大，表面粗糙疏松，造成局部腐蝕，嚴(yán)重時發(fā)生穿孔，允許的最大含量為： Cl 0.05 gL、 F 0.01gL、 NO3 0.02gL。 溶液中的鋁離子可先將溶液溫度升高到40 50 ，在不斷攪拌下緩慢地加入硫酸銨，使鋁變成硫酸鉬銨復(fù)鹽沉淀除去。銅等重金屬雜質(zhì)可通過低電流密度電解處理清除。硅常懸浮于溶液中，可采取過濾方法排除。硫酸溶液成本較低，若有害雜質(zhì)過多且嚴(yán)重影響膜層質(zhì)量時，更換新溶液可能比處理雜質(zhì)更為經(jīng)濟(jì)。3工藝流程:

10、裝掛 脫脂 水洗 堿蝕 水洗 （出光或拋光） 中和（出光除灰） 水洗水洗 陽極氧化 水洗 （電解著色或染料著色） 封孔水洗 干燥 4、 工藝參數(shù)1、 裝掛前的準(zhǔn)備： 檢查導(dǎo)電梁、導(dǎo)電桿等導(dǎo)電部位能否充分導(dǎo)電、并定期打磨、清洗或修理。 檢查傳送帶及相關(guān)設(shè)備是否正常。 核對隨料單或生產(chǎn)任務(wù)單的型號、長度、支數(shù)、顏色、膜厚等要求是否與訂單及實(shí)物相符。  裝掛時： 應(yīng)將型材均勻排布在導(dǎo)電桿有效區(qū)間、并上緊每一根料。 裝掛前應(yīng)打磨凈導(dǎo)電桿上的氧化膜。 裝掛時，嚴(yán)禁將型材全部裝掛在掛具的下部或上部。 裝掛的型材必須保持一定的傾斜度（>5°）以利于電泳或著色時排氣，減少斑點(diǎn)（氣泡）

11、。  裝掛時必須考慮型材裝飾面和溝槽的朝向、防止色差、汽泡、麻點(diǎn)產(chǎn)生在裝飾面上2、產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品型號 開槽比例 參數(shù)控制  備 注  除油粉 LY-901 37% 處理溫度 常溫45 日常應(yīng)定時檢測槽液中除油粉的含量并及時補(bǔ)充。 除油潔凈度判斷：工件水洗后，水膜均勻，無掛珠現(xiàn)象。 及時清理槽液表面浮油及底部污物。換槽周期36個月。  除油劑 LY-900 14% 處理時間 25 min 3、參數(shù) 備 注 處理溫度 常溫 使用自來水，保持溢流清潔，下進(jìn)水上出水為宜，每12天換清水。 處理時間 12min 控制pH值 810 4、產(chǎn)品名稱 開槽比例 控制參數(shù)

12、 備 注 氫氧化鈉 26% 處理溫度：4060 超出120g/L鋁離子時，要清理槽底沉渣方可再繼續(xù)使用。 平常要定期檢測堿的濃度以及鋁離子的含量。 換槽周期為一年或視使用情況而定。 LY-908 13% 處理時間：23min 控制參數(shù)：氫氧化鈉濃度 鋁離子濃度 5、參數(shù) 備 注 處理溫度 常溫 使用自來水，保持溢流清潔，下進(jìn)水上出水為宜，每12天換清水。 處理時間 12min 控制pH值 89 6、產(chǎn)品名稱 開槽比例 控制參數(shù) 備 注 硝酸(68%) 1618% 處理溫度：常溫35 平常要定期檢測硝酸的濃度。 定期觀察除灰速度及效果。 換槽周期為一年或視使用情況而定。 LY-911 24% 處

13、理時間：23min 控制參數(shù)：硝酸濃度 7、參數(shù) 備 注 處理溫度 常溫 使用純水，保持溢流清潔，下進(jìn)水上出水為宜，每12天換清水。 處理時間 12min 控制pH值 34 8、參數(shù) 備 注 處理溫度 常溫 使用純水，保持溢流清潔，下進(jìn)水上出水為宜，每12天換清水。 處理時間 12min 控制pH值 67 ¡ 9、硫酸 (比重1.84，CP)  (g/l)    160180寬溫氧化劑LY-920(g/l) 30-50 溫度()          

14、;            1525(最佳1822）電壓(V)                       1220陽極電流密度(A/dm2)      11.5（<2.0）時間(min)  &#

15、160;                  1025 使用純水，電解液中的CCl-15mg/L，總礦物質(zhì)50mg/L 一般溫度控制在1822度獲得的氧化膜多孔、吸附性能好、富有彈性、抗蝕能力較強(qiáng)，但耐磨性能較差。溫度過高會導(dǎo)致膜層溶解速度加大，使膜層減薄，孔隙率增加。降低溫度，膜層的化學(xué)溶解速度減慢，使膜層增厚，孔隙率減小，而耐蝕和耐磨能力增強(qiáng)10、參數(shù) 備 注 處理溫度 常溫 使用純水，保持溢流清潔，下進(jìn)水上出水為宜，每12天換清水。 處理時間 12min 控制pH值 24 11、參數(shù) 備 注 LY-930A20ml/L使用純水，根據(jù)處理量或檢測參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)加LY-930A，LY-930B則用于調(diào)節(jié)pH，一般用量為LY-930A的30-40%。 LY-930B8ml/L處理溫度 25-35處理時間 510min 控制pH值 56 冷封孔:是一種較新的工藝，常溫使用使用方法: 1. 初始用量(每1升槽容量)里添加: A劑:182