草酸鈦鉀法瓷質陽極氧化的研究

草酸鈦鉀法瓷質陽極氧化的研究

0表面活性劑表面化學改性鋁及其合金材料具有比例小、重量輕、強度高、加工方便等優(yōu)點。廣泛應用于航空航天、原子能工業(yè)、建筑、汽車、電子、通信等領域。為了提高鋁材表面的防護和裝飾性能、電絕緣性能以及耐磨耐腐蝕性能,通常將其表面進行處理。鋁材的表面處理方法主要有化學氧化和陽極氧化兩種,后者目前應用較廣泛。不同的陽極氧化方法(如硫酸、鉻酸、草酸、磷酸陽極氧化,硬質陽極氧化,瓷質陽極氧化等),在鋁材表面得到的氧化膜的形貌、結構及性能特點也不同,可根據(jù)需要應用于不同的場合。瓷質陽極氧化是一種特殊的陽極氧化方法,鋁材通過瓷質陽極氧化處理可在其表面形成半透明或不透明的氧化膜,外觀類似瓷釉和搪瓷,具有較高的硬度和耐磨性、良好的絕熱性、電絕緣性以及抗蝕性。膜層吸附能力強,易染成各種顏色,具有較好的裝飾效果,可廣泛用于各種儀表、電子儀器零件表面的防護層和日用品、食品用具的表面裝飾。目前,國內(nèi)外有關鋁材表面瓷質陽極氧化工藝的研究報道非常少見。瓷質陽極氧化工藝在生產(chǎn)中的應用不及硫酸、草酸等常規(guī)陽極氧化廣泛,主要原因是氧化電壓較高,應用受到一定的限制,但瓷質陽極氧化膜獨有的裝飾效果是其他陽極氧化膜所不能比擬的,且氧化膜的隔熱和電絕緣性能非常顯著。作為一種有效的鋁材表面處理方法,對其工藝及形成的膜層特點進行研究意義重大,本工作研究了一種可實際應用的瓷質陽極氧化工藝。1瓷質陽極氧化膜的制備瓷質陽極氧化按配方的不同可分為草酸鈦鉀法、硫酸鋯法、混合酸法等。本研究以純鋁和6061鋁合金材料為基體,用草酸鈦鉀法制備了瓷質陽極氧化膜。其工藝流程為:鋁材表面處理(堿洗,出光)→瓷質陽極氧化→氧化膜后處理(著色、封孔)。1.1表面處理：木材表面處理(1)洗后溫度對洗后溫度的影響去除零件表面的油污和吸附的各種雜質,以獲得清潔的表面。堿洗采用加熱的NaOH溶液,具體參數(shù)為:80～100g/LNaOH溶液,溫度70～80℃,時間視表面狀況而定,一般在整個表面出現(xiàn)大量白色氣泡后2～3s即可停止。(2)出光液參數(shù)中和表面殘留的堿液,去除堿洗后留下的殘留物,使基體充分裸露和活化,并使制件表面達到光亮。出光溶液參數(shù):20%(質量百分比)HNO3溶液,室溫,時間5～10min。堿洗和出光之后都需立即用清水進行清洗,以及時去掉多余的處理液,避免處理過度。1.2過流電源瓷質陽極氧化采用直流電源、恒壓條件。具體工藝條件如下:(1)瓷質陽極氧化電解液35～40g/LK2TiO2(C2O4)2·2H2O,1～2g/LC2H2O4·2H2O,8～10g/LH3BO4,1.0～1.5g/LC6H8O7·H2O。用去離子水配制電解液,pH值為2.0～2.5;(2)2.2kW直流電源,可設定恒壓工作模式;(3)電壓100～120V;(4)時間30～60min;(5)溫度25～35℃;(6)陰極材料石墨。經(jīng)上述工藝得到的氧化膜呈淺灰色,不透明,表面細膩光滑,經(jīng)輕度磨光后呈光亮釉質表面。氧化60min后氧化膜厚度可達10μm左右,經(jīng)3次測量其顯微硬度可達2500～2800MPa。膜層孔隙率較低,耐磨耐蝕性較好,可滿足一般的保護裝飾性要求。1.3氧化膜處理瓷質陽極氧化膜的后處理包括著色和封孔兩步,如對膜層的顏色無特別要求,可省去著色。(1)護體顏色可采用常規(guī)陽極氧化膜的著色方法(如各種有機染料著色或在重金屬鹽中進行電解著色等),具體工藝條件可參閱其他陽極氧化膜的著色工藝。(2)熱水封孔與加醋為提高氧化膜的抗蝕、耐磨以及絕緣性能,瓷質陽極氧化膜也需要進行封孔處理,通常采用熱水封孔法即可。熱水封孔所用的水質為蒸餾水或去離子水,以避免普通自來水中較多的雜質離子對氧化膜表面質量的影響,并適當加醋調(diào)節(jié),以使溶液略顯酸性,有利于獲得更好的封孔效果。瓷質陽極氧化膜熱水封孔的工藝條件:溫度80～100℃pH值6～7(用醋酸調(diào)節(jié))時間10～20min2影響瓷質氧化膜的因素(1)氧化膜的制備溶液中的主要成分,在溶液中水解形成的Ti(OH)4也是氧化膜中的重要成分。當其在溶液中含量不足時,所得氧化膜是疏松的甚至是粉末狀的,其含量應控制在工藝范圍內(nèi),以使制得的瓷質氧化膜均勻、致密、耐磨、耐蝕。(2)水楊酸含量草酸為含氧酸,主要用來形成氧化膜。草酸含量過低,膜層變薄;含量過高,會使氧化膜的溶解速度過快,氧化膜疏松,并降低氧化膜的硬度和耐磨性。(3)酸和酸適當提高兩種酸的含量可提高氧化膜的硬度和耐磨性。此外,兩種酸的含量對最終形成的瓷質陽極氧化膜的色澤也有一定的影響。(4)氧化電壓電壓過低,膜層生長緩慢,膜薄而透明;電壓過高,膜層由灰色向深灰色轉變,起不到裝飾的效果。(5)氧化時間低電壓下過長的氧化時間對膜層厚度無多大幫助;高電壓下,時間越長,膜層厚度越大,但氧化膜表面質量明顯變差。(6)開口溫度溫度增加,膜的生長速度加快;當溫度過高時,膜的溶解速度也加快,最終得到的膜厚反而下降,膜層外表面易變粗糙,失去光澤。3廢水處理工藝(1)在以草酸鈦鉀為主鹽的電解液中,鋁