铝合金阳极氧化与表面处理技术.docx

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铝合金阳极氧化与表面处理技术

铝合金阳极氧化与表面处理技术

第一章引论

1.铝及铝合金的性能特点

密度低；塑性好；易强化；导电好；耐腐蚀；易回收；可焊接；易表面处理

2.简述铝合金的腐蚀性及其腐蚀形态

1）腐蚀性：

（1）酸性腐蚀：

铝在不同的酸中有不同腐蚀行为，一般在氧化性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐蚀”现象。

局部腐蚀；

（2）碱性腐蚀：

铝在碱性溶液中的腐蚀，碱能与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应生成偏铝酸钠和氢气。

全面腐蚀；（3）中性腐蚀：

在中性盐溶液中，铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或者阳离子的作用发生腐蚀。

点腐蚀。

2）腐蚀形态：

点腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀和层状腐蚀等

点腐蚀：

最常见的腐蚀形态，程度与介质和合金有关

电偶腐蚀：

接触腐蚀，异（双）金属腐蚀，在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较正的金属受到保护的腐蚀现象。

缝隙腐蚀：

两个表面接触存在缝隙，该处充气溶解氧形成氧浓差原电池，使缝隙内产生腐蚀。

晶间腐蚀：

与热处理不当有关，合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极，而构成腐蚀电池。

丝状腐蚀：

丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜的下面。

丝状腐蚀与合金成分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有适度、温度、氯化物；

层状腐蚀：

剥层腐蚀，也叫剥蚀。

3.铝合金表面处理技术包括哪几个方面

表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）

（2）化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）（3）电化学处理（阳极氧化或电镀等）（4）物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其物理表面技术改性）等。

搪瓷珐琅：

将无机物的混合物熔融成不同熔点玻璃态物质。

4.铝合金阳极氧化膜的特性有哪些

有：

耐蚀性；硬度和耐磨性；装饰性；有机涂层和电镀层附着性；电绝缘性；透明性；功能性

第二章铝的表面机械预处理

1.预处理的目的：

（1）提高良好的表观条件和表面精饰质量。

（2）提高产品品级。

（3）减少焊接的影响。

（4）产生装饰效果。

（5）获得干净表面。

2.磨光操作要求

（1）磨料种类和粒度的选择：

根据工件材料的软硬程度、表面状况和质量要求等选用；表面越硬或越粗糙则用较硬及较粗的磨料。

（2）磨光应分多步操作，工件压向磨轮的压力要适度。

（3）新磨轮在黏结磨料前应预先刮削使之平衡后才能粘结磨料。

（4）定期更换新磨料。

（5）根据不同的需要选择合金材料。

（6）选择适当的磨轮转速，一般控制在10~14m/s。

（7）磨光效果取决于磨料、磨轮的刚性和轮子的旋转速度、工件与磨轮的接触压力等因素，以及实践经验和熟练技巧等。

3.磨光和抛光的概念

磨光：

将布轮黏结磨料后的操作。

目的：

去除工件表面的毛刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、气孔等表观缺陷。

；

抛光：

将抛光膏抹于软布轮或毡轮后的操作

4.常见的问题和解决办法：

常见问题：

“烧焦”印。

原因：

（1）磨光轮、磨料和抛光剂的选择不当；

（2）抛光用力不当；（3）磨触时间过长；（4）磨触过热。

措施：

（1）在稀碱溶液中进行轻微的碱蚀；

（2）用温和的酸浸蚀：

如铬酸-硫酸溶液，或者质量分数为10%的硫酸溶液加温后使用；（3）3wt%Na2CO3和2wt%Na3PO4，溶液在40~50℃温度下处理，时间为5min，严重的可延长至10~15min

经上述处理清洗并干燥后，应立即用精抛轮或镜面抛光轮重新抛光。

预防：

采用适当的磨光轮、抛光轮；采用适当的抛光剂；工件与抛轮的磨触时间要适当掌握。

第三章铝的化学预处理

1.铝材的脱脂方法有哪些工艺原理分别是什么

1）脱脂方法：

酸性脱脂、碱性脱脂和有机溶剂脱脂。

目的：

清除铝表面的油脂和灰尘等污染物，使后道碱洗比较均匀，提高阳极氧化膜的质量

2）

（1）酸性脱脂的作用机理：

在以H2SO4、H3PO4和HNO3为基的酸性脱脂溶液中，油脂发生水解反应，生产甘油和相应的高级脂肪酸，达到脱脂的目的。

（2）碱性脱脂的作用机理：

碱与油脂发生皂化反应，生成可溶性的肥皂，用皂化反应消除油脂与铝材表面的结合，达到脱脂的目的。

（3）有机溶剂脱脂的作用机理：

利用油脂易溶于有机溶剂的特性进行，既能溶解皂化油，也能溶解非皂化油，具有很强的脱脂能力，且速度快，对铝无腐蚀性，达到脱脂的目的。

2.碱洗的目的、存在哪些缺陷相应的对策应如何

1）目的：

去除表面的赃物，彻底去除铝表面的自然氧化膜，显露出纯净的金属基体，为后续的表面处理主工序做好准备。

2）碱洗的三大缺陷：

外观粗糙、斑点、流痕。

3）

（1）外观粗糙：

是碱洗法生产砂面铝材时常见问题，常是由原始铝材存在组织缺陷（粗晶或金属间化合物沉淀粒子大）引起；提高原始铝材的内在组织质量才能从源头上解决问题。

原因：

A：

挤压用的铝棒原始晶粒尺寸大。

B：

铝棒加热温度偏高或挤压速度太快。

C：

采用的挤压机吨位偏小。

D：

挤压后淬火不足。

E：

碱洗速度太快。

对策：

选用晶粒度复合国家标准的挤压铝棒；控制好挤压制品的出口温度；加强挤压后的淬火；合理控制碱洗速度等。

（2）斑点：

是铝材表面处理的致命缺陷：

中断后续工序或报废回炉处理。

原因：

A：

熔炼铸棒时加入回收铝的比例太高。

Al2O3熔点高达2050℃，熔炼时不熔化，仅是破碎；碱洗过程中的浸蚀导致雪花状腐蚀斑点。

对策：

控制阳极氧化膜的回收铝的比例，应小于10%；熔体的精炼除渣，铸造前熔体静止约25min和熔体过滤等。

B：

水中氯离子含量高。

当铝材的材质品质较差，而所用水的氯离子含量也较高时，碱洗或碱洗前后水洗都会显露出腐蚀斑点。

对策：

改善原始铝材的材质；采用复合国家标准的自来水；改用硝酸或硝酸加硫酸除灰；在水槽镍加入1~5g/LHNO3也可有效抑制氯离子的腐蚀影响。

C：

大气腐蚀。

铝材在沿海大气环境中放置约3天、腐蚀性气氛熔炼炉旁、阴雨天气等其表面常有腐蚀斑痕或斑点形成。

对策：

缩短原始铝材转入阳极氧化的周期时间；带阳极氧化的原始铝材放置在环境干燥、空气良好的位置；对长时间放置或阴雨天，可对原始铝材进行适当的遮盖处理等。

D：

挤压“热斑”。

铝材与出料台的导热良好的石墨辊相接触，因局部冷速不同，导致铝材内有析出相（Mg2Si相，温度范围400~250℃）形成，呈现间隔状斑点。

对策：

控制挤压出料台的运行速度（应大于铝的挤出速度）；采用导热效果差的其他耐热材料替代石墨辊；借枪风冷淬火力度；快速将挤压出口铝材降至250℃以下。

（3）流痕：

碱洗工艺条件和操作不当造成碱洗流痕缺陷（碱洗速度太快和转移速度太慢）。

对策：

A：

加快转移。

B：

降低碱洗槽液温度。

C：

降低槽液中的NaOH浓度。

D：

铝材装料过密，应适当减少。

3.除灰的目的是什么铝合金表面除灰有哪几种方法

目的：

去除表面挂灰，防止后道阳极氧化槽液的污染，提高氧化膜质量。

方法：

硝酸除灰，硫酸除灰，

4.氟化物砂面处理的缺陷和对策是什么

氟化物砂面处理是利用氟离子使铝材表面产生高度均匀、高密度点腐蚀的一种酸性浸蚀工艺。

缺陷与对策：

（1）上表面有斑痕：

槽内沉淀物较多、氟离子浓度较低时，反应强度较弱，沉淀物在吕爱表面上沉积或停留过久，阻碍氟离子的正常腐蚀。

对策：

清除槽内过多的沉淀物、降低铝材密度、添加适量的氟化氢铵和添加剂，提高氟离子浓度，增加反应强度。

（2）表面不易起砂：

槽液受前道酸脱脂的污染而使PH降低，氟离子和添加剂浓度不足。

对策：

用氨水或氟化铵调节PH值、补加氟化氢铵和添加剂等。

（3）表面沙粒太粗：

槽内氟离子浓度太高或添加剂不足，或处理时间太长。

对策：

采取相应的措施控制。

（4）表面光泽度有差异：

槽工艺条件控制不当，或选用添加剂不适当，或铝材存在问题。

对策：

采取相应的措施控制。

（5）局部不起砂：

局部存在复合氧化膜。

对策：

调整工艺流程，如磨光、抛光、重新酸洗或碱洗等。

第四章铝的化学抛光和电化学抛光

1.简述化学抛光和电化学抛光的机理的异同点。

1）化学抛光：

通过控制铝材表面选择性的溶解，使表面微观凸部比凹部优先溶解，达到表面平整和光亮的目的。

2）电化学抛光，又称电解抛光。

原理与化学抛光相似，依靠选择性溶解表面凸出部分而达到平整光滑，不同的是有外加电流作用，处理时间较短

3）共同点：

抛光机理相同；不同点：

电化学抛光在处理过程中施加了电流，化学抛光使用的是化学氧化剂。

2.化学抛光和电化学抛光具有哪些优点

化学抛光和电化学抛光与机械抛光相比较，具有如下优点：

（1）设备简单，工艺参数易调控，节省成本等以及表面更光亮；

（2）可处理大型零部件或大批量的小型零部件，以及复杂形状的工件；

（3）表面更洁净，无残留的机械抛光粉尘，具有良好的抗腐蚀性；

（4）化学抛光的表面镜面反射率更高，金属质感也较好，表面不会形成粉“霜”。

3.简述化学抛光和电化学抛光的缺陷和对策。

1）化学抛光缺陷及对策（以磷酸-硫酸-硝酸工艺为例）

（1）光亮度不足：

铝材的成分影响、硝酸的含量影响等。

对策：

采用高纯铝、控制硝酸的浓度，抛光前的铝材要干燥。

（2）白色附着物：

铝溶解过多，需控制其在槽液中的含量。

对策：

调整槽液中的溶铝量到正常范围。

（3）表面粗糙：

硝酸含量过高，反应过于剧烈；或Cu含量过高。

对策：

应严格控制硝酸含量；提高材质内部质量、减少添加剂量等。

（4）转移性腐蚀：

化学抛光后转移到水洗过程中迟缓造成；

对策：

应迅速转移至水中进行清洗。

（5）点腐蚀：

绿箭表面气体累积形成气穴而产生；或因硝酸或Cu含量偏低造成。

对策：

应合理装料，增加工件倾斜度，加强搅拌使气体逸出。

清洗表面干净；控制硝酸含量等。

2）电化学抛光缺陷及对策（以磷酸-硫酸-铬酸工艺为例）

（1）电灼伤：

导电借助面积不足、接触不良、工件通电电压上升过快、电流密度瞬间过大等；对策：

注意工件与电夹具接触良好、接触面积满足大电流需要，施加电压升压不宜过快等。

（2）暗斑：

电流密度过低、电力线局部分布不均匀等

对策：

装料量不宜过多、避免电力线分布不到的死角区等。

（3）气体条纹：

气体逸出造成

对策：

装料时使工件的每个面倾斜，装饰面垂直放置且朝向阴极、避免气体聚集等。

（4）冰晶状附着物：

槽液中溶铝量太高或者磷酸含量高而形成磷酸铝沉淀。

对策：

降低槽液中的溶铝量、或降低磷酸含量等

第五章

第六章铝阳极氧化与阳极氧化膜

1.铝阳极氧化膜分类：

（1）壁垒型：

也叫屏蔽型或阻挡层氧化膜，紧靠金属表面，致密无孔、薄，厚度取决于氧化电压，不超过μm，主要用于电解电容器。

（2）多孔型：

由两层氧化膜组成，底层是阻挡层，与壁垒膜结构相同的致密无孔的薄氧化物层，厚度与电压有关；主体部分是多孔层结构，其厚度取决于通过的电量。

（阻挡层：

指多孔型氧化膜的多孔层与金属铝分隔的，具有壁垒膜性质和生成规律的氧化层。

）

2.多孔型氧化膜的厚度、结构和成分

多孔型阳极氧化膜组成：

阻挡层和多孔层；阻挡层的结构和形成规律相当于壁垒型氧化膜；多孔层的生成规律、结构和成分与阻挡层完全不同。

1）阻挡层的厚度：

取决于外加氧化电压，与氧化时间无关。

成膜率或成膜比δb/Va；壁垒型氧化膜的成膜率大于多孔型氧化膜的阻挡层的成膜率。

多孔层的厚度：

总厚度=多孔层+阻挡层；总厚度与电流密度和氧化时间的乘积（即通过的电量）成正比

2）阻挡层的成分：

致密无孔的非晶态氧化物。

多孔层的成分：

非晶态的Al2O3，但不是纯的。

3）阻挡层的结构：

双层结构。

外层：

含有溶液阴离子；内层：

基本上由纯氧化铝组成。

多孔层结构：

外层：

含有γ-Al2O3和α-AlOOH；内层：

非晶态Al2O3，水的渗入氧化膜逐渐转化为假勃姆体α-AlOOH。

第七章阳极氧化工艺

1.硫酸阳极氧化的工艺影响