铝合金阳极产品氧化工艺报告参考模板.docx
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铝合金阳极产品氧化工艺报告参考模板
铝合金阳极产品氧化工艺报告
一、铝合金制品的阳极氧化在工业和生活中的应用
1、防止铝制品的腐蚀
2、防护--装饰产品
3、作为硬质耐磨层
4、作为电的绝缘层
5、作为喷漆的底层
二、本公司铝合金阳极产品氧化工艺流程：
铝合金的阳极氧化产品制程主要分为三个步骤：
机械表面处理、前处理、后处理。
三、机械表面处理
机械表面处理是对铝合金胚料的粗糙表面进行机械处理，目的是去除铝合金表面自然形成的氧化膜，使表面平整或达到特定的效果。
机械表面处理主要包括喷砂、抛光、抛丸、振动、刷光等。
一般根据基体材料的不同、基体材料表面被污染的程度和状态、制品的形状以及客户的要求选择不同的处理方式。
1、喷砂
喷砂主要是在净化的压缩空气作用下将干净沙流通过喷砂机的喷嘴高速喷向制品表面，借助沙流对制品表面的强力冲击将制品表面的熔渣、毛刺、氧化物除掉，并呈现一种粗糙度均匀的表面的一种处理方法。
喷砂分为干喷砂和湿喷砂两种，干喷砂主要用的磨料是钢砂、氧化铝、石英砂、碳化硅等；分为机械喷砂和空气压力喷砂。
湿喷砂所用的磨料同干喷砂，即将磨料与水混合成砂浆，磨料占20%--35%（体积比）。
为了防止制品和钢铁制品腐蚀，需在水中加入亚硝酸钠等缓释剂。
我公司目前使用的是空气压力喷砂。
喷砂处理所用的砂粒应该是干燥的，被处理的基体材料表面也要是干燥无油的，否则喷砂效果不良。
压缩空气的压力对喷砂效果也有直接的影响，对质软的材料或较薄的制品（如电脑面板），压缩空气的压力应该低一些，对其它材料压缩空气的压力也不宜过高，否则会产生喷砂变形、影响制品外形等问题。
喷砂中还应该避免漏喷、喷砂不均匀等问题，以免影响成品外观效果。
目前我公司主要使用的是S20砂，喷砂机压缩空气的压力根据材料外形和材质确定，一般为0.2—4个大气压。
2、抛光
抛光的目的是为了消除铝合金制品表面的细微不平，使具有镜面光泽，常用的有机械抛光、电抛光和化学抛光等几种，目前我公司使用的是机械抛光。
机械抛光是利用抛光轮与抛光膏的精细磨料，对制品表面进行细微切削和研磨作用，除去基体材料表面的细微不平，达到提高材料表面光洁度的目的。
抛光膏是由微细颗粒的磨料、各种油脂和辅助材料组成。
常见的抛光膏有氧化钴（绿色）、氧化铁（红色）、氧化铝（白色）等，适用于铝合金等软质材料的是白色抛光膏。
抛光膏在抛光过程中起重要的作用，要不定时的给抛光轮涂抛光膏。
常用的抛光轮有砂轮、麻轮和布轮。
抛光用力不可太大，否则局部温度太高会产生抛光变形等问题，
3、振动
振动是利用装有加工制品和磨料介质的容器上下振动，使制品与磨料相互摩擦达到光饰目的的一种加工方法。
一般振动机用于粗振，振动时需要加入适量的研磨剂和水。
振动光饰机一般用于精振，一般也需要加入适量的研磨剂和水，同时加入一定的光亮剂、润滑剂和清洗剂。
振动抛光设备长期不用应加入亚硝酸钠溶液，以免钢珠表面生锈。
常用的磨料有石英石、钢珠、刚玉、小黄石等。
其中刚玉用于粗振，小黄石用于精振，大青石用于较大制品的精振。
一般太小的制品不适用于振动，振动后不易挑选出制品，较大的制品也不适宜于振动，振动效果不好。
4、刷光（拉丝）
刷光是利用弹性较好的金属丝的端面侧锋切刮制品表面少量的锈、印剂、污物等。
刷光具有不改变制品几何形状的特点，还可以在表面形成一种类似于丝绸和缎的效果。
刷光是在装有刷光轮的刷光机上进行的，刷光轮一般用细钢丝、黄铜丝等材料制成，转动的时候一面与制品接触一面用水冲洗，籍此不断的除掉制品表面的污物、锈、氧化膜等，从而使表面更加平整光亮。
刷光的时候应该使用刷光液，一般使用较稀的磷酸钠溶液。
四、前处理
1、上挂
⑴、挂具的使用：
根据制品的外形、大小、阳极表面要求的不同选择不同的挂具。
⑵、挂具的材质：
钛挂具、铝挂具
a、铝挂具的优点：
导电性好，适用广，成本较钛挂具低。
铝挂具的缺点：
易变形，易损耗，使用寿命短，使用后要退电。
b、钛挂具的优点：
经久耐用，弹性好，不易变形，用后不用做退电处理。
钛挂具的缺点：
成本高，导电性较铝挂具低。
⑶、上挂不良的表现：
a、挂具选用错误或没有做退电处理。
b、制品未合理的放置在挂具上，表现在挂具晃动，上挂后产品变形，碰伤、划伤、掉槽、每挂具上制品数量少等。
⑷、上挂不良导致后的后果：
a、导电不良，生成氧化膜厚度不均匀，造成染色不均。
b、掉槽、划伤、擦伤、制品变形。
c、挂具与制品接触点露白过多，滴酸。
d、挂具上制品与制品接触，导致接触点处产生露白现象。
e、未考虑水流的对流，导致制品表面的酸、碱没有清洗干净，成品中残余的化学药水腐蚀制品表面。
2、脱脂
脱脂的目的是为了除掉制品表面残余的油脂和氧化膜层。
目前公司老生产线使用的是硫酸脱脂，浓度为24%±3%；新生产线使用的是2#碱（氢氧化钠和硝酸钠，硝酸钠起抑制作用）脱脂。
脱脂的温度一般在70℃左右，温度过低，时间过短，脱脂效果不好；温度过高，时间过长，酸和碱容易侵蚀制品。
脱脂时间一般视制品表面状况而定，脱脂后，制品表面应该完全被水浸润，不能有水珠附于制品表面。
3、化学抛光
⑴、化学抛光的原理：
微观状态下，制品表面凸出部分处于一种活化状态，而凹面部分处于一种钝化的状态，在抛光液的作用下，凸出部分较凹面部分的溶解速度快，经过一段时间的作用，制品表面逐渐变的平整，显出镜面光泽。
⑵、化学抛光中各个因素的变化所带来的影响：
a、化抛时间过长，制品被过度腐蚀，表面会出现麻点；化抛时间过短，则无法获得平整而光亮的表面效果。
b、化抛溶液温度过高，同样会对制品产生过度腐蚀，表面出现麻点；化抛溶液温度低，反应时间长，同时也达不到良好的抛光效果。
c、化抛溶液组成成分中，若磷酸含量偏高，硝酸含量偏低，则经过化抛后的制品表面有麻点；反之，若磷酸含量偏低，硝酸含量偏高，则制品表面不能产生较好的亮面效果，并且制品表面会出现白斑、蓝斑、雾面等情况。
⑶、目前生产用的化抛药水有101、102、磷酸和硝酸的混合液三种化抛药水，其标准工艺条件为：
磷酸浓度：
71%--74%；
硝酸浓度：
5.5%--7.0%；
比 重：
1.64—1.70；
温 度：
90℃--105℃；
Al3+浓度＜35g/L。
⑷、除化学抛光外，目前前处理工序中还有1#碱、2#碱、3#碱处理，分别产生不同的表面效果。
各溶液成分及特征如下：
名称
成分
浓度
密度
温度
1#碱
NaOH
15%±4%
1.10—1.20
50±5℃
2#碱
NaOH
NaNO3
8%±2%
20%±4%
1.10—1.20
60—70℃
3#碱
NH4HF
HNO3
6%--9%
2.7%±3%
1.04—1.08
40±5℃
五、后处理
1、阳极氧化
⑴、阳极氧化的目的：
在制品表面形成一层致密的保护膜，防止制品腐蚀，同时在封闭之前，根据需要进行染色。
⑵、氧化槽内工艺条件：
组成成分：
H2SO4、H2O；
浓 度：
15%±1%；
比 重：
1.12—1.14g/L；
温 度：
22--25℃；
电 压：
12.5V；
Al3+浓度＜20g/L。
⑶、阳极氧化处理的工艺条件和影响因素：
目前常用的阳极氧化处理液有硫酸、草酸、铬酸等，最普遍的是使用硫酸作氧化液，通电进行阳极处理。
它的优点是：
除能得到致密的氧化膜外，氧化膜的孔隙率也大，能很好的浸渍涂料，并且适应的铝材范围广，操作工艺简单，成本低，能耗小。
我公司目前即采用硫酸作为阳极氧化液。
采用硫酸阳极氧化液，应该考虑影响氧化膜质量的以下因素：
a、硫酸氧化处理液的浓度 硫酸氧化处理液的浓度对氧化处理过程的影响极大，在较浓的硫酸溶液中氧化膜的生成速度较稀的硫酸溶液中慢的多，因为较浓的硫酸溶液中氧化膜的溶解速度较大；当硫酸溶液浓度升高时，氧化膜的硬度有所下降；在浓度比较高的硫酸溶液中，得到的氧化膜的空隙率大，膜层也比较均匀，但硫酸的浓度也不能太高，否则生成的氧化膜呈粉状，且疏松，易脱落；硫酸的浓度也不能太低，不仅处理液使用时间短，电导率也比较低。
b、水 水作为阳极氧化处理液的一部分，也与氧化膜的质量有直接的联系，通常采用蒸馏水和冷开水，不可使用未经过处理的自来水。
c、氧化处理液的温度 温度是影响氧化膜质量的重要因素。
当氧化处理液的温度降低时，氧化膜的溶解速度下降，氧化膜增厚，增加氧化膜的致密性、光滑性。
如果温度升高，会增大氧化膜的溶解速度，使氧化膜厚度变薄，降低氧化膜的硬度。
d、电压、电流密度与氧化处理时间
如果升高电压，则可以加速氧化膜的形成，但当电压升高时，因为焦耳效应产生剧烈的放热现象，加上氧化膜的生成热，造成制品附近溶液的温度升高，增加了氧化膜的溶解速度，生成的氧化膜软，无光泽，表面呈粉状，严重的可能烧毁制品；电压过小，膜生成的速度小，形成的氧化膜薄且不耐磨。
如果电流密度偏小，氧化膜的生成速度慢，处理时间就增加；如果电流密度偏高，必然因焦耳效应导致过热，从而加速氧化膜的溶解，生成的氧化膜软，无光泽，表面呈粉状，严重的可能烧毁制品。
对氧化处理时间，一般随着氧化时间的延长，氧化膜的厚度增大，但到了一定程度后，氧化膜的生成速度和溶解速度相等，如果不增加电压，氧化膜的厚度实际不增加。
如果延长时间，则氧化膜的硬度降低，经过封闭处理后表面会起粉末。
如果处理时间短，则氧化膜达不到要求的厚度，而且不耐磨。
e、氧化处理液的搅拌氧化膜的质量与氧化液的搅拌速度相关。
我公司目前采用的是压缩空气搅拌。
如果阀门开的太大，溶液的搅拌速度就小，来不及带走氧化处理液附近的热量，会影响氧化膜的质量，甚至烧毁制品；若阀门开的太大，搅拌速度过快，容易造成挂具晃动，造成夹具、制品、电极接触不良，夹具与制品接触处“电磨触”而产生残缺和制品掉槽等负面影响。
f、氧化处理液中杂质的影响
Si随着电极和铝材的侵蚀，其中的Si往往呈黑褐色的细屑并悬浮在氧化液中，表现为阳极上可见的黑褐色粉末沉淀，但起可以冲洗掉，对氧化膜的影响不大。
Cu2+、Fe2+这些离子通常在铅阴极上析出，会使氧化膜出现暗色条纹和黑色斑点。
Cl-Cl-含量过高的时候，往往会导致氧化膜的腐蚀。
Al3+Al3+会使硫酸的浓度变小，氧化能力下降，并造成氧化膜的硬度下降。
2、阳极氧化膜的染色
阳极氧化处理得到的氧化膜具有强烈的吸附性，经过一定的工艺处理后，可以染上各种颜色。
生产中大多使用的是各种有机染料，影响氧化膜染色质量的因素有：
a、氧化膜质量氧化膜应有足够的厚度、空隙率、细小晶粒和最大的透明度。
粗糙的氧化膜吸附能力差，色彩鲜艳程度会降低；空隙率低的氧化膜所吸附的染料少，只适宜染浅色。
b、染料的浓度染色液中染料的浓度随所用染料的不同而有差异，也随染色深浅的不同而改变。
一般染浅色时染料浓度可浅些，而染深色时染料的浓度可大些；但为了增加染色强度，有时候并不是用很浓的染料，而是采用增加染色时间的办法。
该方法可以使颜料充分渗透到氧化膜的孔隙深处，提高色泽的牢固度，而且浓度低的染料易于控制染色，有利于调节制品色泽的均匀性；而使用高浓度的染色液染色时，虽然可以缩短染色时间，但容易产生流色、染色不均等现象，特别是在染色后的清洗和封闭处理时造成流色。
c、染色液的pH值大多数染料的良好吸附作用都限定在一定的pH值内，如果不控制染色液的pH值，会发生染料吸附不良，染上的颜色不牢固，甚至染不上色，大多数的染料溶解好以后，要根据染料的特性来调节它的pH值。
d、染色液的温度在生产中，染色一般分为冷染和热染，采用那种方法要视工艺条件和染料而定。
冷染的染色时间长，但是容易控制色调；热染上色快，但色调和均匀性比较难于控制。
生产中一般将染色液温度控制在40—60℃之间，在这个范围内，色调和均匀度比较容易控制，上色也比较快。
e、其它因素为了提高氧化膜中染料分子和氧化铝的结合力，一定要将氧化膜中残留的酸液清洗干净；为了保持氧化膜的最高吸附能力，应在阳极氧化后立即进行染色，否则氧化膜的吸附性会随着时间的延长而逐渐消退。
如果搁置的时间太久，应该在硝酸池中浸泡数分钟以增加氧化膜的活性，然后再染色。
染色后的制品应马上封闭和干燥，不宜久置于清水中，以免制品表面发生流色发花。
染色液的配制应使用蒸馏水或离子交换软水，不可带入碱土金属或重金属离子，因为这些离子会和染料生成络合物而使染料变质，如果这些被吸附到氧化膜中，则会降低色泽的鲜艳程度。
染料长期不用时，应该加入防霉剂，防止染料发霉变质。
3、封闭处理
由于铝氧化膜具有高的空隙率和吸附性，因此很容易被污染，而且腐蚀介质很容易进入氧化膜的孔中引起腐蚀，形成白色斑点，破坏氧化膜的耐磨性和防腐性。
阳极氧化后的产品都需要进行封闭处理，这样可以增加氧化膜的耐蚀性和绝缘性。
目前使用的封闭方法主要有：
沸水和蒸汽封闭法、重铬酸盐封闭法、水解盐的封闭法。
我公司目前主要使用的是水解醋酸镍来对制品进行封闭处理。
a、水解盐的封闭方法该主要是利用钴盐和镍盐的水解而将氧化膜中的孔隙进行封闭，目前我公司主要是使用醋酸镍。
这些盐被氧化膜吸附后，可以水解成氢氧化镍，反应如下：
Ni（CH3COO）2＋2H2ONi（OH）2＋2CH3COOH，氢氧化镍沉淀在孔隙中就把孔填充了。
由于少量的氢氧化镍几乎是无色的不会影响到制品的色泽，尤其适合已经染色的氧化膜。
b、沸水和蒸汽封闭法该方法主要是利用三氧化二铝的水化作用，反应如下：
Al2O3＋H2OAl2O3·H2O，沸水封闭宜采用蒸馏水或离子交换软水，如果用硬水封闭，则形成的水垢会吸附在氧化膜中，使膜的外观受到影响。
用蒸汽封闭则要控制温度，温度太高，氧化膜的硬度和耐磨性均下降，蒸汽封闭可以避免沸水封闭时产生的流色现象。
c、重铬酸盐封闭法该方法实质是利用填充和水化的双重作用。
当氧化膜吸附了重铬酸盐后氧化膜和重铬酸盐发生化学反应，在孔内形成了一种碱式铬酸铝和重铬酸铝，该种盐填充在孔中，加上氧化膜的水化作用，即可得到封闭的效果。
4、不良品的退电
不良品应重新进行氧化处理，但由于氧化膜不导电，所以应对其进行退电处理，即将其表面的氧化膜退掉。
化学脱膜的方法较多，如果对制品尺寸要求不高，可采用NaOH和Na2CO3组成的混合液；如果对制品的尺寸、光洁度要求较高，可用磷酸和铬酐组成的混合溶液。
使用过的铝挂具也应该退电，否则会有导电不良的情况发生。
我公司目前使用的是用1#碱或2#碱退电。
较为重要的一点是：
当制品经过预处理后，直至进入处理槽进行氧化处理前应浸在清水中，否则会影响氧化膜的质量，出现大块的花斑，原因是因为干燥的铝制品一下子被放进处理液中时，铝制品与氧化液反应，表面有些地方会形成一层气膜，阻碍电流通过，而那些有水润湿的地方电流却优先通过，所以形成花斑。
六、典型不良表现及改善对策
1、来料不良
特征：
①阳极氧化后表面有花斑；
②产品阳极氧化后有针孔及拖尾现象。
原因：
①材料硬度不够；
②材料内部有空缺的地方。
改善对策：
①加强来料检验；
②取样试做，看有无上述现象。
2、抛光不良或漏抛
特征：
①麻轮线较严重；
②材料抛光时部分被烧焦；
③制品表面有没有被抛光的部分；
④抛光变形。
原因：
①过布轮、麻轮时抛光操作不当；
②未上抛光膏或抛光膏过少；
③抛光时用力过大，局部温度过高。
改善对策：
①用麻轮抛光后再用布轮抛光；
②不定时检查，给麻轮上抛光膏；
③加强工人操作熟练程度，控制抛光时的力度，避免因为抛光时用力过大，局部温度过高引起制品变形。
3、喷砂不均或漏喷
特征：
①制品表面有漏喷的地方，阳极氧化后有白班；
②喷砂不均；
③喷砂后变形；
原因：
①喷枪枪口方位不对；
②喷砂压力过大；
③制品放置位置不当。
改善对策：
①根据材料材质和外形选择合适的空气压力；
②不定时检查喷枪的喷嘴方位；
③选择合适的工具放置制品。
4、导电不良
特征：
①从侧面看制品，制品表面有兰色或红色；
②用其它物品在制品表面划过，有划痕；
③染色不均匀。
原因：
①选用挂具不当，挂具与制品固定不牢固，与制品接触点少；
②挂具退电不完全；
③铜杆不干净。
改善对策：
①根据制品外观形状选择合适的挂具；
②上挂时检查挂具是否牢固，制品与挂具是否接触良好，尽量增加挂具与制品的接触面积；
③经常擦拭铜杆，保持铜杆干净，防止产生铜绿。
5、化抛后有麻点、针空
特征：
化抛后的制品表面有麻点、针空
原因：
①化抛温度过高；
②化抛时间过长；
③化抛液中磷酸浓度偏高。
改善对策：
①控制反应时间和温度在工艺条件范围内，温度一般在40----60℃之间，可先打样试做后再量产；
②控制好溶液组分含量，加强化验分析的精确性，根据实验数据添加药水；
6、白斑、蓝斑、雾状
特征：
阳极氧化后制品表面有块状白斑、蓝斑和雾状现象
原因：
①反应温度过低；
②反应时间过短；
③硝酸含量偏高，磷酸含量偏低；
④滴酸。
改善对策：
①控制反应时间、温度在工艺标准范围内；
②控制好溶液组分含量，加强化验分析的精确性，根据实验数据添加药水；
③选择合适挂具，加大水洗力度，
7、氧化膜有麻点、粉末状，制品烧毁
特征：
阳极氧化后的制品表面有麻点、氧化膜呈粉状，甚至制品边角有烧毁的痕迹
原因：
①阳极氧化时间过长；
②阳极氧化电压过高，电流密度过大；
③阳极氧化池温度过高；
④阳极氧化处理液中硫酸密度偏高。
改善对策：
①控制氧化时间、氧化电压、电流密度、处理液温度、浓度等各项工艺参数在标准范围之内，可试做样品后再量产。
②定时检验处理液浓度，根据实验数据添加硫酸。
8、染色后有白色斑点
特征：
染色并封孔后制品表面有白色斑点。
原因：
①阳极氧化后没有水洗干净；
②洗水或染料中有油污。
改善对策：
①阳极氧化后加大酸洗、水洗的力度。
②调整制品上挂方位；
③保持酸洗和洗水的清洁干净。
9、染色不均、流色
特征：
①制品染色不均，甚至染不上色；
②染色后有流色现象；
③颜色不鲜艳。
原因：
①导电不良，氧化膜厚度不均甚至没有氧化膜；
②染色液pH值没有在染料要求范围之内；
③上挂、清洗不当或染色后久置于水中；
④染色液中有杂质。
改善对策：
①选用适当的挂具和上挂方式；
②检测染色液pH值，固定在标准范围之内；
③染色后立即进行清洗和封闭处理，不宜久置水中；
④选用蒸馏水配制染色液，避免杂质的带入。
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