铸铝合金常用的表面处理工艺

1、铸铝合金常用的表面处理工艺铸铝合金常用的表面处理工艺欧阳贵.邹瑞海.邹莎（武汉材料保护研究所.湖北 武汉430030）1前言铸造铝合金是目前广泛应用的工程材料之一，可分为铝硅，铝铜，铝镁，铝锌等，其中以铝硅 系铸造铝合金应用最广.如ZL 10k ZL 105. ZL 108产量人用途广如德国奔驰汽车公司麦庭根 （Meitingen）铸铝厂，年产铸铝件22000t,其中年产汽缸盖12000（.进气管30001,变速箱壳体等压铸件 70001.铝硅系的铸铝合金有良好的铸造性，可加入Cu、M g等元索强化，进一步通过热处理提高机 械性能，铸铝合金大量应用于汽车.摩托车，航天航空、船舶，舰艇等工业，常

2、用作内燃机活塞. 汽缸体汽缸头.特别是作为框架.支架等结构件以及外装零件如机匣壳体等一直以来，铸铝工件未经任何表面处理，直接应用到社会各个角落，但是，随着社会的发展. 特别是出口产量越来越大.人们对铸铝表面性能要求越来越髙.如其耐蚀性.尤其是外观装饰；如 果铸铝工件未经表面处理或者只是喷砂（喷丸），在潮湿的空气里，其表面会很快变黑甚至岀现白色 斑点.同时，未经处理的铸铝件表面本身也存在颜色不一致、发黑、锈蚀等缺陷.直接影响产品外 观质堀L因此.铸铝零件加工成型后，近几年来一般要求对其表面进行农面处理由于铸铝合金冬 件表面状况各处不同，有的部位是非机加表面，铸造时表面产生了氧化皮膜.污迹油灰依然

3、存在. 而有的部位则是经过了机加工，农面状况良好在对其表面除油时.易腐蚀，很难保持表面均匀一 致又由于铸造铝合金，特别是硅和铜含量较高的铸铝合金，虽然硅和铜的加入大大提高了铝合金的 强度，但硅和铜的加入又使其表而处理増加了很多的困难有些型号的铸铝合金是不能直接进行电 镀或普通阳极氧化等处理.比如对于含Cu 2%35%,Si7%13%的铸铝合金，耍保证化学氧化，电 镀或阳极氧化等顺利进行，往往要进行特殊的前处理.2铸铝目前采用的几种表面处理工艺2.1化学氧化处理化学紇化处理是一种较为简单的保护工艺，因其有多孔性，故能增加底层与涂料的结合力及提 高涂层的防腐性能或提供一种要求不高的防护膜，如铸铝件

4、室内的防护等.A 工艺流程：a. 喷丸前验收一一喷丸一一除垢处理一一水洗一一化学氧化处理一一水洗一一热水洗一一烘 干 检验入库b. 零件一化学除油冷水洗一碱蚀一水洗除垢处理一冷水洗化学氧化处理一一水洗一一 热水洗一一烘干一一检验入库c. 零件化学除油一冷水洗一碱蚀水洗一抛光一一水洗一一除垢处理冷水洗一化学氧化处理 水洗热水洗烘干检验入库d. 零件酸性化学除油一冷水洗一一除垢处理一冷水洗化学氧化处理一一水洗一一热水 洗一一烘干一一涂装B 各工序具体操作：喷丸：喷丸处理对铸铝合金零件表面起净化活化和强化作用，为辂酸盐化学氧化成膜等做好前处理准 备。采用玻璃球对铸铝零件表面进行喷丸强化处理，能够较有

5、效地去除零件表面的污迹.氧化皮起 到净化、活化表面的作用.又由于玻璃球呈球状，喷射到零件表面，可形成许多微小半圆形凹面且具 有金属光泽。喷丸还可以对零件表而产生压应力，有效地提高其表面疲劳寿命，降低了零件对应力腐 蚀的敏感性，增强了表面强度。喷丸强化处理使用的玻璃球直径选150250mm,压缩空气必须经 油水分离器过滤净化压缩空气的压力通常控制在5kg/mm2左右为宜喷射角确定65° ±5°较好. 喷嘴与工件之间的距离控制在250350mm范围。喷丸处理前应对工件外观检査后轻轻将其摆放在 喷丸室内，喷丸吋应均匀，顺序喷射，避免局部区域长时间喷射，造成农面过热或产生

6、变形等缺陷。 玻璃球可多次循环使用，但多次喷射后应筛选去除粉末，以保证喷射质屋。另外：还有几种常用的喷丸材料：抛铝丸：抛丸机采用抛丸直径为12nun的铝丸抛铸钢丸：一般直径为0.4-0.75mm的铸钢丸抛不锈钢丸：一般直径为0.40.75mm的不锈钢丸.后两种是工厂中使用较多的方法及材料。(2)化学除油铸铝件在前处理中除油是较关键的一步，假如油污去不净将会影响下一步工序的进行.铝属两 性金属，囚此，用碱性清洗剂其碱性必须较低，同时具有缓饱性，这样在淸洗过程中可防止金属受化 学侵蚀。理想的清洗剂具有的特点1)所有盐类应容易溶解在水中，并具有一定的稳定性和良好的冲洗 性能。2)工作液的PH值应在9

7、11之间并加缓冲剂以保持清洗剂的稳定性，减少对基体金属的侵 蚀。3)选用的乳化剂应有良好的乳化、渗透、润湿、扩散作用，从而达到良好的去油污效果对污垢 小颗粒有反絮凝作用使其分散在溶液中 5)清洗剂应具有软化水的作用，防止在金属表面有盐类沉 淀物形成。一般配方及工艺条件：NaOH2 4g/LNa2CO330 40g/LNa3PO440 50 g/LOP乳化剂510 g/L温度5070C时间18 min破蚀碱蚀的目的(1)除去残留的自然氧化膜及脱脂工序腐蚀铝基体的残留物;(2)除去渗入铝基体表面 层的汕脂等污物;(3)除去型材表面的变质合金层;(4)消除挤压、模具痕.划伤及其它表面缺陷，并且调 整

8、和整平基体表面使其均匀一致;(5)通过适度腐蚀以获得哑光、细沙面、麻而等特殊效果，以提高产品 的装饰性.碱蚀处理是制备转化膜的关键步骤，经过碱蚀处理可以去除铝材表面的油污和自然氧化膜，活 化金属的表面;碱对铝有很强的腐蚀性，碱腐蚀可以不同程度地减少和消除挤压模痕，获得平滑光洁 的表面随着碱蚀液浓度的提高，基体表面腐蚀程度加深，浓度过高，基体表而易产生过腐蚀，当碱 蚀液的浓度增加到NaOH为60 g/L时，基体表面形成许多针孔，这就说明破蚀程度加深另外, 碱蚀时间及温度对基材表面也有影响适当的延长碱蚀时间及提高温度，可提高基体农面的粗糙度， 温度太髙时，反应速度太快，易造成基体表面腐蚀不均匀;碱

9、蚀时间太长，易造成过腐蚀因此，适当 的处理温度及时间，对基材表面的均匀性及外观是至关霓要碱蚀工艺条件为：NaOH40 g/LEDTAg/L温度28 C时间3 min.Or碱蚀工艺条件及配方：NaOH（游离）4060 g/L添加剂30g/LA 1 “<130g/L温度60±59时间1 8m i n抛光三酸抛光.即把浓磷酸(85% )、浓硫酸(98%)、浓硝酸(68%)按照一定比例配置成抛光液，在特定温度下将需要抛光的制品在抛光液里沒蚀一定时间，获得光亮平整的表面釆用三酸化学抛光的铝及铝合金制品具有耐蚀保光性能好.不易混入杂质等特点。化学抛光工艺设备简单、操作方便， 抛光成本低廉因

10、此长期以来在工业领域得到广泛应用. 三酸抛光的效果与合金的种类和合金元 素的含楚密切相关.一般来说铝的纯度越高三酸抛光质屋越好，反射率也越高所以高纯铝 工业纯铝.铝镁合金、铝镁硅建筑型材有良好的抛光效果;而含锌、铜元素较高的铝合金三酸抛光效 果比较差;对于髙硅铝合金来说则完全不适合三酸化学抛光.常用的三酸化学抛光配方及工艺：H3PO4H2SO4HNO3温度时间70%20%10%10012091_一3分钟三酸抛光工艺适用于工业纯铝.Al-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Mg-Zn系合金.Al-Mg-Cu 系合金等.但是要求ZnV8%, CuV5%, Siv%.二酸抛光是一种无黄烟化学抛

11、光.以磷酸一硫酸为基液实现无黄烟化学抛光，在基液中添加一些特定的化合物，用以取代硝酸配方如下*H3PO4(85%):H2SO4(98%)2:1Al"0.20.6mol/L添加物10-I5g/L温度90-110eC时何13 min除灰(垢)处理常用铸铝合金的牌号有:ZU04、ZL105、ZL108等。但因铝为两性金属，在多种介质中都不稳定， 抗蚀性能较差;同时，铝合金的表面硕度低、不耐磨。从商硅铸铝材料成分组成可知，该材料含有较高 的硅和铜,猛等.在化学除油液.碱蚀，抛光等工序中是不溶解的，并残存在工件的表面，形成一层 浅灰色至黑色疏松膜这层銃松膜.必须用含氟的酸溶液进行浸蚀抛光或除垢

12、.使合金表面鉛出光 亮的基体.国内一般用以下配方及工艺条件：750 ml/L250 nil/L 室温 3一5 sHNO3 (65 %)HF(48 %)温度新型除垢剂是采用磷酸加硫酸体系，加入少许添加剂.减少硝酸和氢氟酸对环境的污染和对人 体的伤害(6) 酸性化学除油硫酸：氟化物温度时间(7) 化学剥化处理时间60150g/L1015g/L 室温2-5分钟3.0 3.5 g/L35 g/L0.50.8 g/L3.5±012 室温 35m in 08 1.0 g/L 0.250.50 g/L经前处宦的铸铝零件应及时进入化学氧化溶液中进行化学氧化.老工艺一般使用铠酸盐溶液氧 化法，在室温下

13、进行处理时间因氧化溶液的不同而有差别.化学氧化通常可以选下述工艺配方及 参数进行1 )Na2C2O7CrO3 NaF pH 氧化温度 时间2)K2Cr2O7HF (40%)非离子表面活性剂适量pH2.7 35氧化温度20409时间3090 s3)较为特殊的铸铝本色氧化工艺A 工艺流程喷丸一除油一水洗一水烫学抛光一水洗一除垢一水洗一本色氧化一水洗_水烫后处理Or喷丸_本色氧化一水洗一水烫后处理a 除油槽：方法同上b抛光槽：方法同上c 除垢槽：方法同上d 氧化槽：氧化剂：200ml/L温度:50一一60C时间： 58min为了减少污染，国内正在开发三价钮氧化工艺，并推广应用.2.2阳极氧化处理高硅

14、铸铝材料因硅、铜、铉含量高，表面处理较为困难，为了提高材料的使用寿命，必须对高硅铸 铝表而进行强化处理，目前国内最常见的是采用硕质阳极氧化工艺，表面硬质氧化膜的硕度为 HV300400如果用普通的硫酸槽氧化工艺.有可能造成铸铝合金零件基体与电解液激烈反应，导致 基体腐蚀，外表深灰色，挂灰严垂。工艺流程：碱性脱脂f水洗f碱蚀f水洗f除垢处理一水洗一阳极氧化水洗一热水洗一成品Or：酸性脱脂一水洗一除垢一水洗一阳极氧化一水洗一热水洗成品乩碱性脱脂：方法同上b碱蚀处理：方法同上c 除垢处理：方法同上d 酸性脱脂：方法同上阳极氧化工艺：硫酸(H2SO4) 添加剂 铝离子(AL3 +) 温度(9) 电压(

15、V) 电流密度 时间阴极吋料：160 200 g/L10 15g/L <20 g/L_5_+512-221-3.5 A/dm3060min铅或铝锡合金板53 铸铝合金常用的表面处理工艺阴极面积比阳极面积：2 : 1搅拌:压缩空气搅拌# 铸铝合金常用的表面处理工艺2.3微弧氧化工艺：(I)溶液成分微弧氧化的溶液成分相对比较简单.目前以碱性槽液为主(<l%NaOH)f其溶液常加入硫酸钠, 铝酸钠磷酸钠等.为了得到不同的颜色可以加入不同的金属盐.微弧氧化电解液的成分成分12345氢氧化钾(钠)2.51.52.52.5硅酸钠7-1110铝酸钠3六偏磷酸钠335磷酸三钠2510硼砂一710.

16、5单位：g/L温度23259.电流密度5A/dm2,终电压22ZOOV(2) 电源微孤氧化电源的特点是高电压与大电流.输出波形有直流.交流和脉冲三大类，电流结构有电 容器式，变压器式，可控硅式等.(3) 工艺参数工艺参数首先是外加电压.外加电压在工艺过程中不断升高，外加电压通常是升压过程的最终 电压，此电压决定了微弧氧化的膜厚，而起始电压与溶液成分.金属类型与状态有关.在某些工艺 中，终电压可达450-600V微弧氧化前处理较简单无需脱脂，碱性和中和等，只需去除表面的油污和尘土.2.4化学镀银处理工艺流程脱脂f水洗f碱蚀水洗一除垢处理f水洗二次置换锌水洗化学镀银一磷合金水洗f 热处理f成品Or

17、脱脂-水洗一碱蚀-水洗一除垢处理一水洗一预处理一水洗化学镀银一磷合金水洗 热处理f成品a. 脱脂处理：方法同上b. 碱蚀处理：方法同上c. 除垢处理：方法同上d 浸锌工艺经硝酸氢氟酸浸蚀处理后，立即将铸铝材料放在碱性溶液中浸锌没锌工艺为：NaOH ZnO100- 160g/L;10-30g/L;FeCl? 6H2OI - 3g/L;NaNO3lg/L;KNaC4H406 .4HQ 40- 60gL;温度20259沒锌时间越短，锌镀层表面覆盖率越低"当浸锌时间为5m in时，在高硅铸铝材料表面已经形成 了一层均匀致密的浸锌层，锌粒分布均匀，尺寸基本一致，效果较好同时在没锌过程中，由于没

18、锌 55 铸铝合金常用的表面处理工艺液中杂质元索不断汇集，会产生明显的晶界，在后处理工艺中垠易发生腐蚀或导致结合力降低，因 此 浸锌时间的选择也很垂要。e 预处理：是一种较新的工艺，只经过一道处理，直接可以镀酸性化学線，镀层结合力好，该溶液中含有 铜离子。工艺条件：温度：室温时间:1-2分钟f化学镀傑磷工艺和其他表面处理类似，化学镀也需先进行清洗油污和浸酸活化再置于化学镀槽液中浸镀。目 前，在化学镀领域中髙温酸性屮磷镀液体系足主流（约占化学谍产疑的80 %以上），它是在8590 r 的硫酸線。次亚磷酸钠及添加剂的酸性（pH值4.550）溶液中，利用基材的自催化还原反应來获得 線磷合金镀层的一种

19、方法化学镀层的性能，如2磷量、耐蚀性、硬度、结合力、孔隙率、镀速、应力等与溶液中各化学 组分、淑度、pH值、工件表面预处理状态、粗糙度、镀后热处理与否及温度等有关.因此，化学镀 工艺的操作是简单的，在选择好工艺配方的前提下，只要在施镀过程中严格控制温度和pH值,并依据 镀液線离子浓度的变化而及时补充添加剂就可获得一致质量的合格镀层化学镀银配方及工艺参数：25- 30g/L;28- 35g/L;40- 50mL/L;0. 5- ImL/L I- 6mL/L;4. 4- 4. &85 90'CN iSO4 6H2O NaH2PO2 H2O 络合剂 稳定剂 添加剂pH值温度2.5电镀

20、表面处理：以较成熟的铝轮穀电镀为例热沒除腊工艺流程： 线外前处理超声波除腊_ # _铸铝合金常用的表面处理工艺_ # _铸铝合金常用的表面处理工艺70 9（TC 510分钟60 7591 3分钟上挂具A线水洗 品质检査水洗擦洗_ # _铸铝合金常用的表面处理工艺_ # _铸铝合金常用的表面处理工艺57 铸铝合金常用的表面处理工艺除油（弱腐蚀）2040匸15-30 秒室温13分钟沉铤 120 25912分钟水洗水洗-酸活化室温5%硫酸30秒 1分钟水洗20 25923ASD50-90分钟水洗室温柠檬酸24弟升30秒 1分-热水洗下挂具拋光线外除腊一弱酸中和一品质检査上挂具 » B线#

21、铸铝合金常用的表面处理工艺59 铸铝合金常用的表面处理工艺B线# 铸铝合金常用的表面处理工艺# 铸铝合金常用的表面处理工艺水洗一下挂具一酸活化4or0.52ASD （选择性）30秒1分钟活化室溫38 52910 15安培/平方分米30秒1 2分钟回收水洗锯还原亚硫酸氢钠20 50克/升20秒1分钟水洗热水洗下挂具# 铸铝合金常用的表面处理工艺# 铸铝合金常用的表面处理工艺&化学除油：同上处理b电化学除油铝屈于两性金属，在酸、碱中都不稳定，处理不好容易被腐蚀。因此，除油时要严格控制吋间及氢氧化钠5 10g/L碳酸钠2030 g/L磷酸钠2030 g/L硅酸钠3 5 g/L电流密度5 10A/dm2温度5070C时间0"-lm in（阴阳极交替）c 除垢处理：方法同上d 浸锌合金.浸锌線合金时，因锌合金层线膨胀系数比锌低，接近于铝合金基体，这有助于改善金属与金属之 间的结合力，具体工艺如下：130 g/L13g/L15 g/L10g/L2g/L2g/L氢氧化钠氧化锌氯化银酒石酸钾钠(或酒石酸氢钾)亚硝酸钠或硝酸钠三氣化铁1845r 1030 s温度时间铸铝件没入强碱性的锌银合金溶液，表面迅速发生反应:首先是铸铝件表面的极薄氧化膜从基体 上溶解下来，接着无氧化膜的铸铝基体表面进行着锌、铁、银的化学沉积反应进行较慢，使沉积层 均匀致密。同时，铝基体同强碱也发生反应、