铝合金阳极氧化与表面处理技术.docx

1、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

2、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

3、、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.

4、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1014m/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

5、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4050温度下处理，时间为5min，严重的可延长至1015min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

6、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

7、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

8、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15g/L HNO3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、

9、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400250）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：

10、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：

11、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）

12、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

13、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

14、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

15、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m，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b/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-Al2O3和-AlOOH；内层：非晶态Al2O3，水的渗入氧化膜逐渐转化为假勃姆体-AlOOH。 第七章 阳极氧化工艺1. 硫酸阳极氧化的工艺影响