铝表面阳极氧化处理方法

铝表面阳极氧化解决办法(一)一、表面预解决无论采用何种办法加工得铝材及制品,表面上都会不同程度地存在着污垢与缺点,如灰尘、金属氧化物(天然得或高温下形成得氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(重要成分就是脂肪酸与含氮得化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微得划擦伤等。因此在氧化解决之前,用化学与物理得办法对制品表面进行必要得清洗,使其裸露纯净得金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽与厚度都满足规定且含有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能得人工膜、(一)脱脂铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几个脱脂办法及重要工艺列于表—１。在这些办法中,以碱性溶液特别就是热氢氧化钠溶液得脱脂最为有效。表—1脱脂及重要工艺脱脂办法溶液构成用量g/L温度/度时间min后解决备注有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适量常温或蒸汽适宜无浸蚀表面活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-８０适宜。水清洗无浸蚀碱性溶液NaOＨ50-20040—800。5—３水洗后用100—５０0ｇ／L硝酸溶液中与及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化,硝酸可用稀硫酸+铬酸替代十二水磷酸钠NaＯH硅酸钠４0—６08-1225—３060—7０3—５水清洗NaOH可用4０—5０g/L碳酸钠替代,总碱度按NaOH计算为1.6%—2。５％多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂１5、64。84、８4、80.3ml0。1ml６012－１5水清洗使用前搅拌４个小时十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂50-7025-３53—５75—853-5水清洗碳酸钠磷酸钠25－４０2５－４075—85适宜水清洗磷酸钠碳酸钠ＮａOH6４5－65３—5水清洗强碱阻化除油剂40-60705水清洗除油不净可延长解决时间酸性溶液硫酸50—3０060－8０1-3水清洗硝酸1６2-3５4常温3—5水清洗松化解决磷酸硫酸表面活性剂30７５50－6０５-６水清洗磷酸(85％)丁醇异丙醇水1０0%４0％3０％20%常温5－10水清洗溶液构成以体积记电解溶液阳极氧化用电解质常温适宜交流电或阴极电流电解NaOH１０0-20０常温0、5-3水清洗后中与铝制品为阴极,电流密度为4—８A/ｄｍ2乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水8、０%0.25％0、5%2.25%89％常温适宜水清洗溶液构成以体积记有机溶剂就是运用油脂易溶于有机溶剂得特点进行脱脂,惯用得溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有机溶剂仅用于小批量小型得或极污秽得制品脱脂解决、表面活性剂就是某些在很低得浓度下,能明显减少液体表面张力得物质、惯用于脱脂得表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等、碱性脱脂溶液得配方非常多,传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠与硅酸钠,其中磷酸钠与硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用,溶液加热与搅拌有助于获得最佳得脱脂效果。油脂在酸得存在下也能进行水解反映生成甘油与对应得高级脂肪酸。电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。在碱性溶液中阴极电流脱脂,阳极最佳为镀镍钢板。其在铝及铝合金表面解决中不惯用、乳化脱脂所用得溶液为互不溶解得水与有机溶剂构成得两相或多相溶液,并添加有减少表面张力及对各相都有亲与力得去污剂。(二)碱蚀剂碱蚀剂就是铝制品在添加或不添加其她物质得氢氧化钠溶液中进行表面清洗得过程,普通也称为碱腐蚀或碱洗。其作用就是作为制品经某些脱脂办法脱脂后得补充解决,方便进一步清理表面附着得油污赃物;去除制品表面得自然氧化膜及轻微得划擦伤。从而使制品露出纯净得金属基体,利于阳极膜得生成并获得较高质量得膜层。另外,通过变化溶液得构成、温度、解决时间及其她操作条件,可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态得蚀洗表面。蚀洗溶液得基本构成就是氢氧化钠,另外还添加调节剂(NaＦ、硝酸钠),结垢克制剂、(葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等)、多价螯合剂(多磷酸盐)、去污剂。碱洗溶液构成往往依铝制品得用途来拟定几个碱洗办法列于表—2、表—2碱蚀洗溶液构成及工艺溶液构成用量%温度/度时间min备注NaOＨ３。5-9５0—7０3—10腐蚀量10-5５g/m2,铝离子含量〉30-80ｇ/ＬNaOH葡萄糖酸钠或柠檬酸钠4、5-５。50。１5５5±１8—1０腐蚀量20μm,铝含量5—２5g/LNaOH庚酸钠润湿剂50。1０.25５—701—10普通清洗用ＮaOHNａF多聚磷酸钠润湿剂1020、２0、２55-701—１０表面无光浸蚀NaOＨ硝酸钠庚酸钠5４0、１５5-601－10表面平滑清洗NａOＨ磷酸钠3－7、5５—10常温适宜加入氟化钠获光泽白色表面铝表面阳极氧化解决办法(二)(三)中与与水清洗铝制品蚀洗后表面附着得灰色或黑色挂灰在冷得或热得清水洗中都不溶解,但却能溶于酸性溶液中,因此经热碱溶液蚀洗得制品都得进行旨在除去挂灰与残留碱液,以露出光亮基本金属表面得酸浸清洗,这种过程称为中与、光泽或出光解决。其工艺过程就是制品在300-４00g／Ｌ硝酸(１4２0kｇ/立方米)溶液中,室温下浸洗,浸洗时间随金属构成得不同而有差别,普通浸洗时间3-5分钟、含硅或锰得铝合金制品上得挂灰,可用硝酸与氢氟酸体积比为３:1得混合液,于室温下解决5—1５秒。中与解决还能够在含硝酸3０0-400g／Ｌ与氧化铬5—１５g／L得溶液或氧化铬100ｇ／L加硫酸(1840kg/立方米)10ｍｌ/L溶液中于室温下进行、各道工序间得水清洗,目得在于彻底除去制品表面得残留液与可溶于水得反映产物,使下道工序槽液免遭污染,确保解决效率与质量、清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后得制品普遍采用热水紧接着就是冷水得二重清洗。热水得温度为40-6０度。中与解决后得制品经水清洗就能够进行氧化解决,因此这道清洗应特别认真,以避免清洁得表面受污染。否则前几道工序得有效解决可能会因最后得清洗不当而前功尽弃、经中与、水清洗后得制品应与上进行氧化解决。在空气中停留得时间不适宜过长,如停留30—40分钟,制品就需要重新蚀洗与中与。二、阳极化解决铝制品表面得自然氧化铝既软又薄,耐蚀性差,不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜重要就是应用化学氧化与阳极氧化。化学氧化就就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中,部分基体金属发生反映,使其表面得自然氧化膜增厚或产生其她某些钝化膜得解决过程,惯用得化学氧化膜有铬酸膜与磷酸膜,它们既薄吸附性又好,可进行着色与封孔解决,表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比,膜薄得多,抗蚀性与硬度比较低,并且不易着色,着色后得耐光性差,因此金属铝着色与配色仅介绍阳极化解决。表—3铝制品化学氧化工艺序号溶液构成用量g／Ｌ温度/度时间ｍin应用范畴、膜色备注１碳酸钠铬酸钠氢氧化钠451428５—1０01０-20纯铝、Aｌ—Mg、Ａｌ—Mn合金、灰色膜层较疏松2磷酸铬酐氟化钠硼酸551５3１室温１0—１5多个铝合金、浅绿色膜层较1得好3重铬酸钠铬酐氟化钠3、5－43－３．50。8室温2—3多个铝合金、深黄或棕色溶液pH=１、5膜层较１得好４碳酸钠铬酸钠32１59０－100３—5纯铝及含Mg、Mn与Ｓｉ得合金、也可用于含Ｃu量少得合金、灰色可做油漆底层５碳酸钠铬酸钠硅酸钠４714０。0６－１90—100１０-15纯铝、Al—Mn(淡透明银色)、Al-Mg—Si硬状态、硬得Al—Si与Al—Mg合金,鲜明金属色空隙少,不能较好得着色,不适宜做油漆底层6铬酸钠氢氧化胺0、1２9、６7０-8020－50多个铝合金、灰色有斑点膜层似搪瓷７碳酸钠重铬酸钾20、459０—10０10—1８多个铝合金、灰色可在酸溶液中发白铝表面阳极氧化解决办法(三)(一)阳极氧化解决得普通概念１、阳极氧化膜生成得普通原理以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,运用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜得过程,称为铝及铝合金得阳极氧化解决。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高得材料,如铅、不锈钢、铝等、铝阳极氧化得原理实质上就就是水电解得原理。当电流通过时,在阴极上,放出氢气;在阳极上,析出得氧不仅就是分子态得氧,还涉及原子氧(O)与离子氧,普通在反映中以分子氧表达。作为阳极得铝被其上析出得氧所氧化,形成无水得氧化铝膜,生成得氧并不就是全部与铝作用,一部分以气态得形式析出。2、阳极氧化电解溶液得选择阳极氧化膜生长得一种先决条件就是,电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在全部存在溶解作用得电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成得氧化膜性质相似、合用于阳极氧化解决得酸性电解液见表—4。表-4氧化解决得酸性电解液酸类电离常数形成电压基膜颜色硫酸2×1０—２(第二次电离得Ｈ+)12-２0透明、无色铬酸30—40不透明、带白色磺基水杨酸40-7０透明带灰色氨基磺酸３0—４0带灰色磷酸1。１×10—2(第一次)7.5×10-8(第二次)4、8×10—1３(第三次)３0—40透明带白色焦磷酸1、４×１0－1(第一次)１。1×１0-2(第二次)2、9×10—７(第三次)3。6×10－4(第四次)70—100带白色磷钼酸100以上阻挡层硼酸6.4×10－１00-６0０阻挡层草酸6、5×1０－2(第一次)6。１×10—５(第二次)4０－60带黄色丙二酸1.６1×１0-3(第一次)2。1×10-6(第二次)8０-110带褐色丁二酸６。6×１0—５(第一次)２.8×１0-6(第二次)１20以上白色到黄色顺式丁烯二酸1、5×1０—５(第一次)２。6×10—7(第二次)150—２25灰黄色柠檬酸８。4×１0—1(第一次)1、8×1０-５(第二次)４.0×10—６(第三次)1２0以上黄褐色酒石酸1.1×10—3(第一次)6.9×1０-5(第二次)1２0以上黄褐色苯二酸1.26×10—3(第一次)３、1×1０-6(第二次)１0０以上阻挡层亚甲基丁二酸麻蚀,４０干涉膜乙醇酸(羟基醋酸)1、54×10－４麻蚀苹果酸(羟基丁二酸)4×１０-4(第一次)９×10-6(第二次)麻蚀,40干涉膜3、阳极氧化得种类阳极氧化按电流形式分为:直流电阳极氧化,交流电阳极氧化,脉冲电流阳极氧化。按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸与以磺基有机酸为主溶液得自然着色阳极氧化。按膜层性子分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用得阻挡层等阳极氧化。铝及铝合金惯用阳极氧化办法与工艺条件见表－5、其中以直流电硫酸阳极氧化法得应用最为普遍。表-5铝及铝合金惯用阳极氧化办法系列名称电解液构成电流密度A/dｍ2电压Ｖ温度/度时间min颜色膜厚μｍ备注硫酸Alｕｍilite(美)硫酸,10％-２０％DC１—2１０－２０2０—3010-３０透明5－3０易着色,耐蚀硫酸交流法硫酸,12%－15％ＡC3-4.５17—2８１3—2520-40透明1０－25作油漆底层硫酸硬质膜硫酸,１0％－20％DC2-4。523－１0０±260以上灰色34-1５0耐磨隔热草酸英美法草酸,5％－10％DC１—1、550-65３０１０—30半透明15氧化铝膜(日)草酸,5%—１０%AC1－280—12０20－２920-6０黄褐色6—1８日用品装饰,耐蚀,耐磨DC0、5-125－30半透明EｌoxalＧｘh(德)草酸,3％-5％DC1-240—601８—20４0-６0黄色10－20用于纯铝耐磨EloxaｌGxh(德)DC1—２３0—453520-30几乎无色６-10膜薄、软,易着色EｌｏxalWx(德)AC２－340—６025-3540－60淡黄色１０—20合用于铝线ＥｌｏxalWGx(德)AC２—3３0-6020—301５-30淡黄色6—20Ａl—Mn合金DC1－240-60硬质厚膜草酸AC1-2０80—２003—560以上黄褐色约２0以上较硫酸膜厚约在60０μm下高耐磨DＣ1-2０40－604、阳极氧化膜构造、性质阳极氧化膜由两层构成,多孔得厚得外层就是在含有介电性质得致密得内层上上成长起来得,后者称为阻挡层(也称活性层)。用电子显微镜观察研究,膜层得纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直得管状孔,它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面得阻挡层。以各孔隙为主轴周边就是致密得氧化铝构成一种蜂窝六棱体,称为晶胞,整个膜层就是又无数个这样得晶胞构成。阻挡层就是又无水得氧化铝所构成,薄而致密,含有高得硬度与制止电流通过得作用。阻挡层厚约０、0３-０、0５μm,为总膜后得0.5％-2。0%。氧化膜多孔得外层重要就是又非晶型得氧化铝及小量得水合氧化铝所构成,另外还含有电解液得阳离子、当电解液为硫酸时,膜层中硫酸盐含量在正常状况下为13％—17％、氧化膜得大部分优良特性都就是由多孔外层得厚度及孔隙率所觉决定得,它们都与阳极氧化条件亲密有关。(二)直流电硫酸阳极氧化1、氧化膜成长机理在硫酸电解液中阳极氧化,作为阳极得铝制品,在阳极化初始得短临时间内,其表面受到均匀氧化,生成极薄而有非常致密得膜,由于硫酸溶液得作用,膜得最弱点(如晶界,杂质密集点,晶格缺点或构造变形处)发生局部溶解,而出现大量孔隙,即原生氧化中心,使基体金属能与进入孔隙得电解液接触,电流也因此得以继续传导,新生成得氧离子则用来氧化新得金属,并以孔底为中心而展开,最后汇合,在旧膜与金属之间形成一层新膜,使得局部溶解得旧膜犹如得到“修补”似得、随着氧化时间得延长,膜得不停溶解或修补,氧化反映得以向纵深发展,从而使制品表面生成又薄而致密得内层与厚而多孔得外层所构成得氧化膜、其内层(阻挡层、介电层、活性层)厚度至氧化结束基本都不变,位置却不停向深处推移;而外早一定得氧化时间内随时间而增厚。2、氧化膜厚度计算阳极氧化生成得氧化膜厚度从理论上可按法拉第第二定律推导得公式进行计算。σ=Ｋit式中σ为阳极氧化膜厚度(μm),Ｉ为电流密度(A／dm2),ｔ为氧化时间(ｍiｎ),K为系数(当氧化铝密度γ＝kｇ／立方米则K=0。309)、上述公式计算得前提就是以认为通过得电量全用于氧化铝析出,同时也把氧化铝及膜得密度视为纯净得氧化铝密集得值、但实际状况并非完全如此,为了使Ｋ值更切合实际,应将电流效率与在这种工艺条件下所生成膜得密度或孔隙度考虑在内,即:Ｋ=1。5７η/γ式中η为电流效率(电极上实际析出得物质量与又总电量换算出得析出物质量之比)。K实值各国取值大小各异,美国有取0。3２８、0、285—０。35５,日本有取0.３5２、0.3６4、0、25,中国、俄罗斯取0.25。铝表面阳极氧化解决办法(四)(三)其她阳极氧化1、草酸阳极氧化对硫酸阳极氧化影响得大部分因素也合用于草酸阳极氧化,草酸阳极氧化可采用直流电、交流电或者交直流电迭加、用交流电氧化比直流电在相似条件下获得膜层软、弹性较小;用直流电氧化易出现孔蚀,采用交流电氧化则可避免,随着交流成分得增加,膜得抗蚀性提高,但颜色加深,着色性比硫酸膜差、电解液中游离草酸浓度为3％—10%,普通为3％－５%,在氧化过程中每A？h约消耗0.13-0、1４g,同时每A？h有0、08—0。０9g得铝溶于电解液生成草酸铝,需要消耗5倍于铝量得草酸、溶液中得铝离子浓度控制在20ｇ/L下列,当含30g/Ｌ铝时,溶液则失效、草酸电解液对氯化物十分敏感,阳极氧化纯铝或铝合金时,氯化物得含量分别不应超出０.０4－0。０２ｇ/Ｌ,溶液最佳用纯水配制。电解液温度升高,膜层减薄。为得到厚得膜,则应提高溶液得ｐH值。直流电阳极氧化用铅、石墨或不锈钢做阴极,其与阳极得面积比为(1:2)－(1:１)之间。草酸就是弱酸,溶解能力低,铝氧化时,必须冷却制品及电解液。草酸膜层得厚度及颜色依合金成分而不同,纯铝得膜厚呈淡黄或银白色,合金则膜薄色深如黄色、黄铜色、氧化后膜层经清洗,若不染色可用3.４3×10得4次方Pａ压力得蒸汽封孔３0—６０分钟。２、铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化工艺见表—４。氧化过程中应经常进行浓度分析,适时添加铬酐、电解得阴极材料可用铅、铁、不锈钢,最佳得阳阴面积比为(5:１)-(10:１)。当溶液中三价铬离子多时,可用电解得办法使其氧化成六价铬离子。溶液中得硫酸盐含量超出０。5%,阳极氧化效果不好,硫酸根离子多时可加入氢氧化钡或者碳酸钡使其生成硫酸钡沉淀。溶液中氯化物含量不应超出０、2g/L、溶液中铬含量超出７０g/L时就应稀释或更换溶液。铬酸阳极氧化有电压周期变化得阳极氧化办法或恒电压阳极氧化法(快速铬酸法)两种、３、硬质(厚膜)阳极氧化硬质阳极氧化就是铝及铝合金表面生成厚而坚硬氧化膜得一种工艺办法、硬质膜得最大厚度可达2５0μm,纯铝上形成得膜层微硬度为１２000-15０00MＰa,合金得普通为４000—6000MＰa,与硬铬