鋁鍋的表面處理課程設計

鋁鍋的表面處理課程設計鋁鍋的硬質(zhì)陽極氧化第一章零件鋁鍋1。1鋁鍋圖圖1鋁鍋1。2鋁鍋鋁鍋主要就是用來燒煮食物，鋁鍋應該注意鍋身挺直圓正，鍋底、鍋蓋及內(nèi)外光亮，沒有暗色、黑色斑痕或裂縫。第二章服役條件和性能分析2。1服役條件鋁鍋在使用過程中經(jīng)常會和鏟子等發(fā)生摩擦，很容易有磨痕。而且鋁鍋要在高溫下加熱，煮熟食物。有的鋁鍋還要用到電，通電加熱.2。2性能分析根據(jù)鋁鍋的服役條件，我們可以看出鋁鍋必須要具有一定的耐磨性，這樣我們才能加長它的使用壽命，不至于因為和鏟子的摩擦而減損它的使用壽命。還有就是溫度的影響，鋁鍋需要具有一定的耐熱性。因為鋁鍋會與電接觸，所以它還必須具有一定的絕緣性。最后它還必須具有一定的耐蝕性和硬度。第三章工藝確定工藝選擇 硬質(zhì)陽極氧化鋁鍋為鋁材料制品，對于鋁材料的處理有陽極氧化、聚合物涂層、化學轉(zhuǎn)換、噴涂和電鍍等。而不采用化學轉(zhuǎn)換的方法，可能鍍上的東西會帶入劇毒，不適用鋁鍋。噴涂工藝對一些棱鋁鍋的表面處理課程設計角的地方很難均勻噴涂膜層，而比較好的電泳涂層也是要采用陽極氧化的。而電鍍會保持鋁的導電性，而我們希望得到的是絕緣的鋁材料。一般首先主要是防護性，陽極氧化和聚合物涂層是兩種最常用的的方法，而陽極氧化是最廣與最成功的，研究的也深入，所以在這里我們選用陽極氧化的方法來對鋁鍋進行表面處理。陽極氧化有普通陽極氧化、硬質(zhì)陽極氧化和微弧氧化。微弧氧化雖然能得到高硬度、高耐磨性和高絕緣性的鋁，但是在技術和能耗問題上有很大問題，并且沒有很好的推廣，應用不是很廣.硬質(zhì)陽極氧化是一種厚膜陽極氧化法，這是一種鋁和鋁合金特殊的陽極氧化表面處理工藝.此種工藝，所制得的陽極氧化膜最大厚度可達250微米左右，在純鋁上能獲得1500kg/mm2的顯微硬度氧化膜，而在鋁合金上則可獲得400?600kg/mm2的顯微硬度氧化膜。其硬度值，氧化膜內(nèi)層大于外層，即阻擋層大于帶有孔隙的氧化膜層，因氧化膜內(nèi)有松孔，可吸附各種潤滑劑，增加了減摩能力，氧化膜層導熱性很差，其熔點為2050℃,電阻系數(shù)較大，經(jīng)封閉處理（浸絕緣物或石蠟）擊穿電壓可達2000V，在大氣中較高的抗蝕能力，具有很高的耐磨性，也是一種理想的隔熱膜層，也有良好的絕緣性，并具有與基體金屬結(jié)合得很牢固等一系列優(yōu)點。在很多方面都由于普通氧化膜。所以說對鋁鍋的表面處理我們選用硬質(zhì)陽極氧化.表1硬質(zhì)膜與普通膜的物理性質(zhì)類型膜厚/um阻擋層厚度/um孔隙率/%顯微硬度/hv電阻率/ ,cm擊穿電壓/V適用場合普通膜5~200.01—0。01520?30100~300109280~500裝飾硬質(zhì)膜30?2500。1~0。152~6300?6001015800~2000功能總工藝流程:除油T水洗T堿洗T水洗T酸洗T水洗-硬質(zhì)陽極氧化T水洗一封孔—噴砂—水洗T烘干一性能檢測第四章各工藝的作用鋁鍋的表面處理課程設計4.1除油鋁材表面接觸到油脂或污染物后，會阻礙其表面與處理溶液的充分接觸，不能得到潤濕均勻的表面；若油脂或污染物帶入隨后的處理槽液中，將會破壞槽液的組成。因此，鋁材表面處理過程中首先要進行化學清洗，清除表面的油脂、污染物、污垢、鋁的表面氧化膜等，使鋁材獲得潤濕均勻的清潔表面.堿洗堿洗能使鋁材宏觀上均勻地減薄，能使鋁材表面產(chǎn)生均勻散射的浸濕表面.鋁材進行堿浸濕能徹底除去表面在空氣中形成的氧化膜，使之形成均勻的活化表面，為以后獲得色澤均勻的表面創(chuàng)造條件；它還能使鋁材表面趨于平等均勻，能除去鋁材表面輕微的粗糙痕跡。酸洗主要是除灰處理，除去堿浸蝕后殘留在鋁材表面的有各種金屬間化合物顆粒形成的表面層，其更重要的功能是使鋁材表面獲得清潔光亮的鈍化表面.4。4硬質(zhì)陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化是一種厚膜陽極氧化法，這是一種鋁和鋁合金特殊的陽極氧化表面處理工藝.使鋁得到高耐熱性，耐磨性和絕緣性，并且還有一定的耐蝕性和硬度。4。5封孔提高鋁材的耐磨腐蝕性和耐污染性.噴砂噴砂使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和裝飾。第五章各工藝的配方及工藝參數(shù)分析預處理。1除油、水洗鋁鍋的表面處理課程設計表2常用除油方法的特點和使用范圍比較除油方法特點適用范圍有機溶劑除油速度快，能溶解兩類油脂，一般不腐蝕零件，但除油不徹底，需用化學或電化學方法進行補充除油，多數(shù)溶劑易燃或有毒，成本較高用于油污嚴重的零件或易被堿液腐蝕的金屬零件的初步除油化學除油設備簡單，成本低，但除油時間較長一般零件的除油電化學除油除油快，徹底并能除去零件表面的浮灰、浸蝕殘渣等機械雜質(zhì)，但需要直流電源，陰極除油時，零件容易滲氫,去除深孔內(nèi)的油污較慢一般零件的除油或清除浸蝕殘渣鋁鍋比較簡單，可以選用化學除油，簡單、便宜、方便管理。可清除表面的油脂、污染物、污垢、鋁的氧化膜等，使鋁材獲得濕潤均勻的清潔表面.常用的化學清洗劑有：①溶劑型化學清洗劑：它只能溶解經(jīng)試驗確認可溶性的潤濕劑或污染物②乳化體系化學清洗劑：清洗殘留油脂較多的鋁工件③堿性化學清洗劑：對大多數(shù)金屬的清洗都有效④酸性化學清洗劑：在鋁材表面產(chǎn)生輕微的浸蝕作用一般選用堿性化學清洗劑來除油(1)堿性除油配方和工藝參數(shù)表3堿性除油成分/(g/l)Na2CO3Na3PO4?12H2ONa2SiO3配方25~3020?255~10時間至油除盡溫度80?90℃除油一般采用水膜連續(xù)性來測試，鋁材經(jīng)過化學清洗后，隨后進行水洗，水洗后上升至適宜檢測的高度停留30s,鋁材表面的水膜應該是連續(xù)的，表面完全潤濕，不應該出現(xiàn)水膜破裂或分開的現(xiàn)象。水膜連續(xù)性應該至少保持30s及其以上的為合格.水膜在30s內(nèi)破裂的為不合格。(2)各組員的作用①碳酸鈉 呈弱堿性，水解能生成碳酸氫鈉，有一定的皂化能力，并對溶液的PH值起緩沖作用。②磷酸三鈉 呈弱堿性，有一定的皂化能力和緩沖PH的作用，它又是一種乳化劑。鋁鍋的表面處理課程設計③硅酸鈉 呈弱堿性，本身有較好的活化作用，有較強的乳化作用和一定的皂化能力。(3)工藝參數(shù)的確定①時間 為保證后面的氧化效果，除油必須除盡為止。②溫度隨著溫度的上升，鋁的除油速度加快，一般選擇80至90℃在沸水浴中。.2堿洗、水洗(1)配方和工藝參數(shù)表4鋁及鋁合金堿洗工藝規(guī)范溶液組成/(g/l)NaOH添加劑50?70適量時間/min15~20溫度/℃50~70(2)各組員的作用①氫氧化鈉 鋁材浸入熱的氫氧化鈉溶液中，就會發(fā)生非常劇烈的化學反應，鋁和表面的氧化膜與氫氧化鈉反應生成可溶性偏鋁酸鈉。一般不希望氫氧化鋁沉淀的產(chǎn)生。②添加劑 為了解決結(jié)垢問題和延長槽液的使用期。(3)工藝參數(shù)的確定①時間 浸蝕時間太短不能得到較好的浸蝕效果，若要使鋁材獲得浸蝕程度比較深的散射曲面，15至20min是需要的。②溫度 隨著溫度的上升，鋁的堿浸蝕速度上升非?？欤话氵x擇50至70℃的溫度下進行。5。1.3酸洗、水洗常用的酸洗工藝有硝酸除灰和硫酸除灰。硝酸的氧化性的酸，而硫酸是非氧化性的酸，所以去除黑色掛灰的能力相對弱.硫酸法相對硝酸法來說相同程度的除灰用的時間要長，而且硫酸對鋁鍋的表面處理課程設計含鋁量多的鋁件除灰效果也不好.所以一般選用硝酸除灰.(1)配方和工藝參數(shù)表5鋁及鋁合金酸洗工藝規(guī)范為硝酸/(%)溫度/℃時間/s適用范圍10?25室溫60?120所有鋁合金(3)工藝參數(shù)的確定①硝酸濃度在10%至25%的硝酸濃度中腐蝕的速度正好，30%的硝酸速度過快.5。2硬質(zhì)陽極氧化通常處理的電解液有硫酸、草酸及其它有機酸。但選用硫酸氧化法，較其他氧化方法具有成本低、操作簡單、著色性好、耗電少、廢液處理容易等優(yōu)點.5。2。1氧化膜形成機理鋁合金硬質(zhì)陽極氧化原理，就是在電場的作用下，加速鋁合金表面氧化膜的形成即用鉛板作陰極，鋁合金制作陽極，稀硫酸溶液作電解液，當通過直流電時陽極反應：—?H2O—2e O+2H+2A1+3O A12O3陰極反應：*2H++2e H2T同時酸對鋁和生成的氧化膜進行化學溶解，反應如下：2A1+6Ht 2A13++3H2TA12O3+6H+ 2A13++3H2O氧化膜的生成與溶解同時進行，初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜的厚度不斷增加，其電阻也增大，使膜的生長速度減慢，一直到與膜溶解速度相等時，膜的速度才為一定值。.2.2配方及工藝參數(shù)鋁鍋的表面處理課程設計表6硫酸硬質(zhì)陽極氧化工藝規(guī)范成分及操作條件配方成分及操作條件配方硫酸H2sO420%攪拌機械或空氣溫度/℃-5~10陰極材料鉛電流密度/A?dm-22?3時間/min80左右電壓/V8~10宜用蒸餾水，氯離子含量W10%;鎂離子含量W5g/L,否則會影響氧化質(zhì)量。結(jié)束后要用水噴洗。5。2。3工藝參數(shù)的確定(1)硫酸濃度 濃度較低時，膜層硬度較高，但由于CuAl2金屬間化合物的存在，氧化溫度升高，膜的溶解較快，容易燒蝕零件，不宜在低濃度溶液中氧化。所以選擇20%高濃度的硫酸。(2)溫度 溶液溫度低，氧化膜硬度高，耐磨性好，但不能過低易脆。一般控制在一5~10℃，溫差以+2℃為宜。(3)電流密度 在膜厚相同的情況下，較高的電流密度將取得較硬的氧化膜，但過高時，發(fā)熱量大，促使膜層硬度下降。(4)電壓硫酸氧化法一般采用直流電源，開始電流密度為0。3~0.5A-dm-2,初始電壓為8~10V,一般在25min內(nèi)多次逐漸升高電流密度至2~3A-dm-2.而后每隔5min調(diào)整升高電壓一次，以保持恒定的電流密度。在這里選用直流的原因主要是氧化膜硬度和耐磨性高，并且用時短，防護和裝飾性能好。5。3封孔5。3。1配方和工藝參數(shù)表7鋁陽極氧化膜的主要封孔方法、工藝條件及其性能特點方法封孔溶液主要封孔條件備注沸水法離子交換水PH=5?8,95℃以上耐蝕，耐候性好水蒸氣法高溫加壓水蒸氣1。2atm以上耐蝕、耐候性好,封孔時間比鋁鍋的表面處理課程設計冷封孔法電泳法浸漬法乙酸鎳法重鉻酸鉀法硅酸鈉法油脂法高溫常壓水蒸氣氯化鎳等水溶液聚丙烯酸樹脂水溶液聚丙烯酸樹脂有機溶液乙酸鎳或乙酸鉆水溶液重鉻酸鉀水溶液水玻璃常溫常溫常溫PH=5~6,70?90℃PH=6.5?7,90~95℃約20%（體積分數(shù)）90℃沸水法短性能同水蒸氣法耐蝕、耐候性好尤其污染大氣中性能同電泳法，膜均勻性較差可能帶淡綠色，適于染色膜帶淡黃色，適于2000系鋁合金耐堿性好特殊情況或臨時保護用采用沸水封孔法，即將氧化后的鋁鍋放入沸騰的純凈水中封閉20min.水蒸氣封閉機理基本上與熱水封閉相同，效果比熱水封閉好，但設備投資大，生產(chǎn)成本高，操作過程麻煩，較少應用.5。3.2工藝參數(shù)的確定(1)溫度水溫保持在95℃，若低于80℃水合反應的產(chǎn)物耐腐蝕性較差。2)PH值最佳的為5.5至6。5，鋁在酸性或堿性水中都會發(fā)上腐蝕，不可能生成耐腐蝕的勃姆體結(jié)構.5至8時封孔品質(zhì)處于比較好的狀態(tài)。(3)時間取決于氧化膜厚度、孔徑大小和封孔品質(zhì)試驗的要求.5。4噴砂、水洗、烘干噴砂只要是改善鋁鍋的機械性能，給予表面壓應力，增加疲勞壽命，同時沖擊零件表面，填塞表面可能存在的裂紋。之后，水洗烘干成品5。5常見缺陷及措施表8鋁及其合金硬質(zhì)陽極氧化常見缺陷及其處理方法缺陷原因處理方法氧化膜厚度不夠①氧化時間短②電流密度?、垩趸娣e計算不準①加長時間②加大電流③重算氧化面積氧化膜硬度不高①溶液溫度太高①降低溫度鋁鍋的表面處理課程設計②電流密度太大②減小電流③膜厚度太厚③縮短氧化時間氧化膜被擊穿（或燒壞工①合金中銅含量過高①換鋁材件）②工件散熱不好②加強攪拌③工件與掛具接觸不良③改善接觸④氧化時通電太急④改善操作條件第六章 涂層檢驗6。1厚度檢測6。1。1陽極氧化膜厚度測量方法橫斷面厚度顯微鏡測量法、分光束顯微鏡測量法、質(zhì)量損失法、渦流法6.1.2方法的選擇--橫斷面厚度顯微鏡測量法金相顯微鏡檢測精度高，可達到的最小誤差約為+0。8微米，因此常作為不小于5微米的氧化膜厚度檢測的仲裁方法。（1）試片加工根據(jù)檢測要求在關鍵部位取樣.為了便于磨削，試樣可用專用的固定夾具或進行鑲嵌。試樣磨削時所采用的壓力應為被測膜層相適應的最小壓力.試樣拋磨采用逐漸變細的磨料，最后可用600粒度的磨料或更細的磨料。（2）浸蝕當膜層與基體材料接線不明確時，可將磨好的試片進行適當?shù)幕瘜W浸蝕后再進行金相顯微鏡測厚。表8膜層厚度測量常用浸蝕劑成分含量用途氫氟酸（HF=1.14）2mL鋁及其合金表面氧化膜，浸蒸餾水（h2o）98mL蝕鋁及其合金鋁鍋的表面處理課程設計(3)測量采用目鏡觀測。測量試樣膜層厚度時，磨拋表面應盡可能與光軸垂直，視場直徑一般不大于其本身的2/3,光柵孔徑不大于物鏡孔徑的2/3。測量前后應由同一操作者對測量儀器進行標定。目鏡測定重復標定，誤差應小于1%,載物臺測定的兩條線的間距應在0.2微米或0。1%以內(nèi)。目鏡測定是.將測微計十字線較差的一邊調(diào)至與待測片相重合，然后再與另一邊相重合，而且每次測定都以同一方向旋轉(zhuǎn)對準，消除回程間隙引起的誤差。測量時，每個測量點上至少測三次。仲裁測定時。每個測量點上至少測10次。在測定值統(tǒng)計時，至少在測量端面上測5個測量點，取平均值作測量結(jié)果值.6.2氧化膜硬度檢測膜層硬度指標反映了膜層抵抗外來擠壓變形的能力，也可以說是膜層材料對塑性變形、硬物劃傷、磨損等的抵抗能力。它常作為零件耐磨性的一個重要指標。6。2.1測量方法在膜層硬度檢測中，應盡量減少壓痕的深度，近似為鍍層厚度的十分之一，以消除基體材料對硬度基體材料對硬度測量值的影響提高測量的精度.鑒于鋁氧化膜層厚度較小，為了消除基體材料對氧化膜硬度測量值的影響，通常采用顯微維氏或努氏硬度法。2方法選擇——維氏顯微硬度維氏顯微硬度測量使用兩對角夾角a為136°的金剛石四棱錐體壓頭。壓頭在試驗力作用下壓人試樣表面，保持一定時間后卸除試驗力，在試樣上獲得正方形椎體壓痕，測量壓痕對角線長度，按下式計算得到顯微硬度值。HV=0.1891F/d2 式中 HV-一顯微硬度值F——實驗負荷(N)鋁鍋的表面處理課程設計d-—壓痕對角線長度(mm)(1)試樣試樣應經(jīng)過除油、研磨和拋光處理，表面應無油污、平整和光滑。(2)硬度測量要求A。壓痕的每一個角與膜層的任一邊的距離至少為對角線長度的一半B。每一個壓痕中，兩條對角線長度值相差應小于5%C。每一個壓痕中，兩條邊的長度值相差應小于5%D。膜層厚度應大于對角線平均長度的1.4倍(3)負荷在膜層厚度允許的條件下，應盡量選擇較大的負荷，減少測量中的相對誤差。要確保測量誤差小于5%,壓痕對角線長度應大于16微米。表9測定時負荷參考值鍍層類型載荷(N)鋁(硬質(zhì)氧化膜)1。5?3。5施加負荷時要平穩(wěn)、緩慢、無震動和沖擊現(xiàn)象.負荷時間保持10?15S。測定溫度為23+5℃,必要時測定應在空調(diào)狀態(tài)下進行。在同一試樣上應在不同部位至少進行5次有效測量，取其平均值.