铝与铝合金的氧化处理 三

铝与铝合金的氧化处理 三 第二节 硬质阳极氧化 一、硬质阳极氧化的特点、用途和类型 铝及其合金经硬质阳极氧化后，所获的膜层具 有以下的特点: (I)色泽膜层的外观有褐色、深褐色、灰色到 黑色，一般是随铝材和采用工艺的差异而有所区别， 膜层愈厚，电解温度愈低，颜色愈深( (2)厚度膜层厚度可达250um左右，因此 硬质阳极氧化又称为厚膜阳极氧化( (3)硬度氧化膜的硬度非常高，在铝合金上 可达HV400--600，在纯铝上可达HV 1500;其氧化 膜内层硬度比外层高(不仅硬度高，而且耐磨性能 极好(由于膜层具有大量的微小孔隙可吸附各种润 滑剂，故还可进一步提高减摩能力( (4)抗热硬质阳极氧化膜的熔点高达 .2050?，导热系数低至67kW/(m?K)，是极好的耐 热材料( (5)绝缘硬质阳极氧化膜的电阻率极大，特 别经封闭处理(浸绝缘漆或石蜡)后，它的击穿电住 可高达2000 V, (6)耐蚀膜层在大气中，具有较高的抗蚀能 力(在3 %NaCI盐雾气氛中，能经受数千小时而不 腐蚀。 (7)结合力膜层与基体金属具有牢固的结合 力。这是由于基体金属本身在电场作用下发生氧化 过程而形成的，使用一般机械方法难以从基体金属 表面除去( 根据上述特点，说明硬质阳极氧化工艺的重要 性，在国防工业和机械零件的制造工业方面应用极 其广泛。主要用于制造对耐磨、耐热、绝缘等性能要 求高的铝及铝合金零件(如各种罐筒的内壁、活塞 座、活塞、汽缸、轴承、飞机货仓的地板、滚棒和导轨， 水力设备的叶轮、齿轮、缓冲垫等零件(在一定条件 下，可用来修复受磨损的铝合金零件(还可用来代替 传统的镀硬铬工艺(此工艺与镀硬铬工艺相比较， 具有成本低，膜层结合力牢固和电解液、清洗废液处 留力，便等优点， 获得硬质阳极氧化膜的溶液很多(如硫酸、多种 有机酸(如草酸、丙二酸、苹果酸、磺基水杨酸等)的 混合溶液。所用电源，有直流电、交流电、交直流叠 加以及各种脉冲电流(目前应用较广的有下列两种 类型:硫酸硬质阳极氧化直流法和混合酸硬质阳极 氧化交直流叠加法( 二、硬质阳极氧化工艺 (一)硫酸硬质阳极氧化工艺 1(硫酸硬质阳极氧化工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 铝制件--化学除油--清洗--中和--清洗--硬质 阳极氧化--清洗--封闭--成品检验( 2.各种因素的影响 (1)电解液浓度用硫酸电解液进行硬质阳极 氧化时，一般用10--30%的浓度范围(浓度低时， 膜层硬度高。特别对纯铝，更为明显，但对含铜量高 的铝合金(LY12)例外(因为含铜量较高的铝合金中 的CuAl,化合物在氧化过程中溶解速度较快，易使 这部位成为电流聚集中心而被烧毁击穿，所以一般 用高浓度(200- 300g/L)的硫酸电解液进行氧化处 理( (2)温度电解液的温度对膜层的硬度和耐磨 性影响极大(通常，温度下降，硬度和耐磨性能增强( 为了获得较高的硬度和耐磨性能;电解液的温差应 控制在低温并以t2?为宜。 (3)阳极电流密度提高电流密度氧化膜生成 速度加快，氧化时间缩短，膜层受到硫酸化学溶解的 时间相应减少，膜层硬度和耐磨性也相应提高(但超 过了极眼电流密度时由干氧化时发热量大为增快。 阳极铝制件的界面温度过高，膜层溶解速度加快，膜 层硬度也低。因此，要获得理想硬度的氧化膜层，应 该根据不同材料来选择适当的电流密度。 (4)合金成分合金元素和杂质对铝合金硬质 阳极氧化膜的质量有很大影响，它影响膜层的均匀 性和完整性等。例如，合金元素硅易使膜层颜色变 灰。当硅的含量超过7.5%时，采用直流电氧化获得 的膜层，薄而多孔，硬度低，耐磨性差，抗蚀能力也 低(因此，对于高组分的铝铜、铝硅、铝锰合金的硬质 阳极氧化困难较大(一般不适合用直流电进行硬质 阳极氧化(采用交直流电叠加法，或脉冲电流法进 行氧化，可获得较为满意的膜层( 3.硫酸硬质阳极氧化工艺要求 为了得到质量好的硬质阳极氧化膜，并能保证 工件所需要的尺寸，必须根据下列要求进行( (1)锐角倒圆工件如有尖角，锐边和毛刺，这 些部分易使电流集中，产生大量热，导致工件烧焦( 当膜层较厚时，这些部分会产生大量微裂纹，并出现 灰白色疏松易脱落的膜层(因此，工件上的锐角均 应倒圆，半径不应小于0.5mm, (2)表面粗糙度对原来表面较粗糙的，经硬 质阳极氧化处理后，可变得平整些，而对原来表面粗 糙度较低的工件，经阳极处理后，表面粗糙度反而提 高约1,2级( (3)尺寸余量经硬质阳极氧化后会增加工件 的尺寸，大致是膜层厚度的一半左右(因此，机加工 零件在氧化前的尺寸，还必须根据膜层厚度和尺寸 允许公差来决定，以便经氧化后达到规定的公差范 围(对于氧化后要进一步加工的零件应留有加工余 量。 (4)专用夹具硬质阳极氧化过程中，工件要 承受很高的电压和电流(因此，一定要使工件与夹 具保持良好的接触(杏则，由于接触不良而击穿和 烧毁工件(为此，要求 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 合理的专用夹具( (5)局部保护对需要在工件表面局部进行硬 质阳极氧化时，应把不要求氧化的部位进行绝缘保 护( 绝缘方法:将已配制好的绝缘胶用喷涂、刷涂或 浸涂涂覆于表面。涂层要求薄而均匀，每涂一层，烘 千一次，共涂2,4次(经阳极氧化后(绝缘胶可用 稀料洗去或用50,70?的热水浸热剥去即可( 绝缘胶配制方法: 1)Q98-1 硝基胶5份 Q04-3 红色硝基磁漆1份(或少量甲基 红) 用X-1 稀释剂稀释搅拌均匀 工作粘度刷涂为60--80秒，喷涂为20-30 秒(四号粘度计) 烘干温度 室温 烘干时间 30~60分钟 2) G98-1 过氯乙烯胶液 100g G52-1 红色过氯乙烯防腐漆15、20g 用X-3 稀释剂稀释搅拌均匀 调至适当粘度，刷涂或浸涂( 3)聚乙烯醇10Og，香蕉水500mL,调匀，刷 涂( 配制方法:将聚乙烯醇溶解于香蕉水中成胶液 状，室温固化4小时;如在60--70'C下烘干，30分钟 即可。 (6)检测用试样为了在不损坏零件的情况 下，检测硬质阳极氧化膜的性能，二则检测零件必须采 用与产品同批材料制成的，并随产品零件同槽进行 阳极氧化处理(一般作检测用试样只要形状大致相 同即可，不必精制、 5(操作须知 硬质阳极氧化常用恒电流法(用直流电源。氧 化开始电流密度一般为O.5A/dm2,在25分钟内分 5 - 8次逐渐升高到2.5 A/dm2然后保持电流密 度恒定，并每隔5分钟调整次电流密度，至氧化结 束。开始电压为9-12V，最终电压可根据膜层的厚 度和材料的不同而定(在氧化过程中，要经常注意 电压与电流表，如有电流突然增加，电压突然下降现 象，说明有的零件膜层局部已溶解(应立即断电，检 查并取出已溶解的零件，其他零件可继续进行氧化 处理，电流可一次给足. 6(挂具设计及设备条件 (1)硬质阳极氧化挂具设计 硬质阳极氧化挂具应有足够的机械强度和刚 度，以免制件在搅拌电解液的急流中脱落，并且有良 好导电性能和重量轻、坚固耐用、装卸制件方便、装 载量适当的要求( 常用挂具有两种类型:一种是具有压紧螺钉的 夹具，另一种是用螺栓连接夹板或夹具(其中所有与 制件的触点，均由铝、铝镁合金、铝硅镁合金制成(除 了制件与接触点有导电要求外，其他部位都要绝缘 保护处理(这样可以节约挂具的金属材料和电能的 消耗( (2)冷冻设备 由于硫酸硬质阳极氧化过程中，在工作表面通 过较大电流，使热金大部分集中于膜层的界面处，从 而影响氧化过程的正常进行和膜层的质量(因此，必 须使用配套的冷冻装置和搅拌设备，使电解液及时 怜却，始终保持氧化过程在低温溶液中进行( (3)电气设备 硫酸硬质阳极氧化直流法，只需要直流发电机 域整流器(其中使用整流器效率较高，并要求设置 恒电流控制和电压上升的自动装置(胜、 (二)混合酸硬质阳极氧化 硫酸硬质阳极氧化一般在低温下进行(因此，必 须备有配套的冷冻设备和无油的、最好是经冷却的 压缩空气搅拌(这样，给生产增加一定的困难，如果 在硫酸或草酸电解液中加入适量的有机酸，如丙二 酸、乳酸、苹果酸、磺基水杨酸、柠檬酸等，就允许提 高硬质氧化温度(这对便于生产、降低成本和提高膜 层质量都有一定好处。 第三节 特种阳极氧化 一. 瓷质阳极氧化 1.瓷质阳极氧化的特点、用途和类型 瓷质阳极氧化，实际上是由铬酸或草酸等阳极 氧化法衍生而来的一种较特殊的氧化方法(利用铝 育金在电解溶液中生成阳极氧化膜的同时，份些灰 色物质被吸附于正在成长的氧化膜中，从而获得厚 度约为6-20um的均匀、光滑以及有光泽的不透明 的类似瓷釉和塘瓷色泽的氧化膜(此外，其膜层还 具有耳下的特性: (1)良好吸附能力，可以染成各种较深的色彩， 装饰效果很好。 (2)膜层与基体金属结合力十分良好，可以经 受冲压加工。 (3)膜层致密、有高于硫酸阳极氧化膜的抗腐 蚀性能，有较高硬度和耐磨性，良好的绝热性和电绝 缘性( (4)膜层的不透明性可以遮盖加工上的缺陷， 故对铝制件表面的机加工要求较低。 (5)通常在硫酸阳极氧化中不能达到满意外观 的铝材，进行瓷质阳极氧化后，往往能够获得良好的 表面装饰效果。因此，该工艺对铝材要求较低( 瓷质阳极氧化已广泛应用于各种仪表、电子仪 器上高精度零件表面或轻工产品表面的防护和装 饰。 瓷质阳极氧化的电解液，目前配方很多，主要可 分为二大类: (1)在草酸或硫酸电解液中添加稀有金属元素 (如钛、锆、钍等)盐类(在氧化过程中，主要依赖于所 添加盐类的水解作用，产生发色物质沉积于整个氧 化膜的孔隙中、形成似釉的膜层(膜层质量好，硬 度较高，可以保持零件的高精度、高光洁度(电解溶 液的价格昂贵，使用周期较短，而且对工艺条件的控 制要求十分严格( (2)以铬酸酐为基础的混合酸电解液(它具有 成分简单、价廉、形成的膜层弹性好等优点。但膜层 硬度比较低(在装饰性铝制品表面处理中(得到广 泛的应用。 2(瓷质阳极氧化工艺流程 铝制件--轻微机械抛光--化学除油--热水清洗 --冷水清洗--HNO3中光泽处理--冷水清洗--瓷质 阳极氧化--冷水清洗--蒸馏水洗--染色--冷水清洗 --蒸馏水(pH5--6、沸水)封闭--干燥--轻机械抛光 亮--成品， 3(溶液配制(以1号配方为例) 根据容积计算好所需要的化学药品:首先将草 一酸软钾溶解在5O-60度的蒸馏水中，倒入槽内，然后 加入草酸、硼酸、柠檬酸，最后加蒸馏水至工作液面， 搅拌均匀(用草酸调节pH值达到l.8,2.0，经调 试氧化合格后，即可生产( 4.瓷质阳极氧化溶液成分对氧化膜性能的影 响 配方1: (1)草酸钦钾的影响( 铝在草酸钦钾溶液中阳极氧化得到陶磁般的不 透明白色膜层，是自古以来就知道的有名的特殊氧 化法。草酸钦钾在溶液中的含量不足时，所得氧化 膜是疏松的甚至是粉末状的，含量必须控制在工艺 范围内，使膜层致密、耐磨和耐腐蚀( (2)草酸的影响 草酸能促进氧化膜的正常成长(含量过低，膜 层变薄;含量过高，会出现溶液对膜层的溶解速度过 快，使氧化膜疏松，降低膜层的硬度和耐磨性。 (3)柠檬酸和硼酸均对膜层的光泽和乳白色有 明显的影响，还能对溶液起缓冲作用，提高溶液的稳 定性(适当提高含量可提高氧化膜的硬度和耐磨 性( 配方2、3， (1)铬酸的影响 铬酸在电解液中，除了影响溶液的电导和氧化 膜生成速度外，还在很大程度上影响膜层的颜色。在 相同的工作条件下，如不添加铬酸醉，则膜层呈现半 透明状(随着铬酸酐添加量的逐步增加，膜层的透 明度随之而降低，并向灰色方向转化，仿瓷质效果提 高(当铬酸酐含量在工艺范围内时，仿釉氧化膜的 色泽最佳(超过范围，仿釉效果下降，并且会出现过 腐蚀现象。 (2)草酸的影响 在电解液中，随着草酸含量的增加，膜层的仿釉 渔择逐步加深(但当其含量过高时，膜层的透明度 汉熏新增加户使产品的外观类似普通黄色的氧化膜， 欺草酸含量应控制在工艺规范之内(草酸含量与氧 (3)硼酸的影响 在草酸铬酸混合液中，硼酸含量增加，能显著地 改善氧化膜的成长速度，同时膜层向乳白色转化(含 量过高，氧化速度反而降低，同时，膜层一般向雾状 透明转化。 所以瓷质阳极氧化电解液中，铭酸的增加使仿 釉膜层的颜色向不透明的灰色方向转化;草酸含量 钓增加会使膜层向黄色方向转化，而硼酸含量的增 力马，膜层向乳白色方向转化(总之，电解液成分的适 当配比对瓷质氧化膜色泽起着决定性的作用。 6.瓷质阳极氧化工艺条件对氧化膜性能的影 响 (1)时间的影响 关于 配方2,3的氧化时间对仿釉氧化膜成长速度， 当膜层厚度达到16um 以后，其成长速度极为缓慢，从氧化60分钟至100分 钟之间布膜厚只增加了2um左右(说明其膜层的极 很厚度与铬酸阳极氧化法具有相同之处，是很低的( (2)温度的影响 电解液的温度升高，膜层的成长速度增加温度 过高，其膜层的厚度反而下降。膜层的透明度也随之 提高，表面粗褪而无光泽(在恒定的电压条件下，电 流密度随温度的提高而自动增天，因此氧化膜的透 明度及光泽变化可以认为是温度和电流密度相互影 响的综合结果，其中起主导作用的应该是温度的变 化。 (3)电压的影响 电压对仿釉瓷质氧化膜的主要影响是膜层的色 泽(在过低的电压下，膜层薄而透明。过高时，膜层 由灰色转变为深灰色，不能达到装饰的目的。 综上所述，瓷质阳极氧化膜的色泽，在特定的电 解液中，可以通过变更工作条件来控制(一般采取 以下方法: (1)恒定电压、温度，变动氧化时间; (2)恒定电压、时间，变动氧化温度; (3)恒定温度、时间，变动氧化电压( 从效果和操作方便来看，以(3)为佳(但为了便 于控制色泽，也可采用(1)，在氧化过程中，可以巾途 将零件取出，随时校对膜层色泽，若不合要求还可继 续进行氧化( 7(工艺说明 配方1(氧化开始后以2- 3A/dm2的阳极电 流密度，在5,10分钟内调节电压到90-120V进 行氧化，然后保持电压恒定，电流随着膜层增厚、电 阻变大而自然下降，经过一段时间，电流密度使达到 一个稳定值(1 - 1.5A/dm2)，直至氧化结束，到规 定时间后断电取出零件( 氧化过程中，溶液会变成棕色(这是由于生成 偏钦酸的缘故(氧化结束后，溶液的颜色又会消失， 这种变化对氧化过程没有影响(溶液中适当提高柠 檬酸与草酸含量，使pH值降为1,1.3,可提高氧 化膜硬度和耐磨性( 配方2、3.氧化开始后，将电压由零逐步调节到 20-40V，然后保持电压在20-40V范围内的某一 定值，直至氧化结束，到规定时间，断电取出零件( 溶液中杂质最大允许含量为A13+ 30g/L，C1- 0.03-0.04g/L，Cu2+lg/L(超过含量，需稀释或更 换溶液。 二、阳极氧化与丝网印刷工艺 (一)阳极权化与丝网印别工艺的特点和用途 随着铝和铝合金阳极氧化工艺的广泛应用和不 新发展，各种装饰性表面处理新工艺如雨后春笋般 地涌现出来。阳极氧化与丝网印刷工艺特点，就是 用装饰性阳极氧化和丝网印刷等工艺在铝及铝合金 表面进行综合性处理，从而获得一次氧化、多次染 色，二次氧化、多次染色的色彩鲜艳的双色或多色的 有规则的字、线、图案和花纹。特别是经过二次氧化 多次染色处理形成的凹凸形图案花纹，富有立体感， 装饰效果很好，打破了铝制件表面花色单调的局面。 阳极氧化与丝网印刷工艺简单、经济(主要用于 仪表和电机、电器的标牌以及轻工产品的装饰件，如 铝制化装品容器及书写工具的表面处理等等。