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1、1铝合金制品的表面处理铝合金制品的表面处理编写:神金编写:神金 第一章第一章 概概 述述一、一、 铝及铝合金阳极氧化表面处理的目的:铝及铝合金阳极氧化表面处理的目的:1、防腐蚀防腐蚀天然氧化膜薄 0.05m,阳极氧化膜 厚10m漆膜 耐磨、耐蚀、耐光、耐候2、防护防护 装饰装饰形成微孔人工氧化膜后,可染成各种颜色和图案。3、功能作用功能作用绝缘性二、二、 铝及其合金阳极氧化处理的分类铝及其合金阳极氧化处理的分类1、通用工业用铝合金部件(机械部件、电器部件等)阳极氧化处理工艺流程:草酸法脱脂碱洗酸洗中和出光阳极氧化(硫酸法)(染色)封孔硬质阳极氧化法 2、装饰用铝合金部件(汽车装饰部件、照相机部
2、件等)阳极氧化处理工艺流程:化学炸砂 染色印刷 (喷砂,拉丝,抛光,研磨)脱脂化学抛光 阳极氧化(硫酸法)封 孔电化学抛光 2第二章第二章 铝材阳极氧化前的处理铝材阳极氧化前的处理第一节第一节 机械处理机械处理机械处理种类1.研磨原理:利用石块和产品表面相互摩擦。作用:去除产品毛边和麟角2.拉丝原理:利用砂带在产品表面快速划过,产生纹路。作用:装饰需要,去掉表面瑕疵。 3.抛光原理:通过布轮或砂轮高速旋转,再与产品相接处,使产品表面平整作用:去掉表面瑕疵,表面平整,表面光滑等4.喷砂原理:利用砂石在气压的作用下冲击产品表面。作用:去掉表面瑕疵,表面效果。第二节第二节 脱脂处理脱脂处理一、一、
3、目的:目的:除去制品表面的工艺润滑油、防锈油及其他污物,以保证在碱洗工序中,制品表面腐蚀均匀和碱洗槽的清洁,从面提高氧化制品质量。二、二、 油脂种类:油脂种类:动物油、植物油属皂化油,可与苛性碱发生皂化反应矿物油属非皂化油,不与苛性碱发生皂化反应3锯切液第三节 碱 蚀一、 目的:1)除去铝材表面的自然氧化膜,使金属基体暴露出来,活化表面,有利于氧化着色。2)整平基体表面,使其均匀一致。3)调整金属光泽。4)进一步除去铝材表面污物。二、 方法:碱法、磷酸钠法、硫酸铬酸法等。一般采用强碱热溶液。三、三、 碱蚀原理:碱蚀原理:碱蚀过程主要有以下三步化学反应:Al2O3 2NaOH 2NaAlO2 H
4、2O2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H22NaAlO2 4H2O 2Al(OH)3 2NaOHAl2O33H2O第一步反应是除去铝材表面的天然氧化膜;第二步是铝基体与碱反应,起整平表面的作用;第三步是前二步反应所生成的偏铝酸钠不断水解,生成胶状的氢氧化铝和苛性钠,氢氧化铝进而脱水变成 Al2O3硬水铝石。4现在工业上普遍使用长寿命碱蚀添加剂。四、四、 碱蚀工艺:碱蚀工艺:NaOH:50 60 g/l,碱蚀添加剂:视说明书要求,温度:50 70时间:视工艺要求 第四节 中 和(出光)一、一、 目的:目的:中和残碱,防止污染氧化槽。洗去残留在表面的Cu、Fe、Zn、Si、Mn 等元
5、素的氧化物(挂灰) ,光亮表面。二、二、 方法:方法:1)硝酸法:HNO3 150 250g/l,温度室温,时间:1 3 分钟为氧化性酸,出光效果较好,但成本高,易污染氧化槽,烟雾大。2)硫酸法 :H2SO4 150 250g/l,温度:室温,时间:3 5分钟。出光效果不甚理想,可加入少量氧化剂(HNO3、H2O2) ,以增强其氧化性,或加入添加剂。不污染氧化槽,成本低。3)硝酸 + 氢氟酸(3 :1 体积比)用于高硅铝合金、铸造铝合金。第五节 特殊要求预处理一、消光处理1、化学方法:1)NaOH 溶液(全面均匀腐蚀)浓度:525%,温度:5070,时间:110min2)NH4HF +(NH4
6、)2SO4溶液(斑点腐蚀)53)NH4F 溶液(斑点腐蚀)浓度:35%,温度:2040,时间:15min2、电化学方法(电解消光处理法):1)HCl 溶液浓度:5 20%,温度:2060,时间:12min,电流密度:1030A/dm22)HCl + H2SO4溶液HCl 浓度:0.3%,H2SO4浓度:12%,温度:7580,时间:0.51min,电流密度:70A/dm23)HCl + NH4Cl 溶液3、机械方法:喷砂处理等等二、抛光处理1、化学抛光最常用的是三酸抛光:H3PO4 75v/v(体积比)、H2SO415、HNO310、Cu(NO3)2 或 CuSO4 少量。抛光质量好,操作简单
7、。缺点是成本高,污染重。代替方法是碱性抛光技术。2、电解抛光H3PO44080%、H2SO4 415%、H2CrO40.29%、H2O 余温度:7090,时间:13min,电流密度:1015A/dm2多用于表面光洁性要求很高的装饰材料。63、机械抛光设备有扫纹机、布轮等第三章第三章 阳极氧化阳极氧化一、一、 目的:目的:人为在制品表面生成(或加厚)氧化膜。二、二、 方法:方法:化学氧化、阳极氧化第一节 化学氧化化学氧化是在一定的温度下,使清洁的铝表面与氧化溶液中的氧发生反应而生成氧化膜的方法。化学氧化膜与自然氧化膜相比,厚度要大 100 一 200 倍。与阳极氧化膜相比,具有以下特点:(1)膜
8、的生成速度快;(2)处理设备简单,生产成本低;(3)涂料附着性良好,耐蚀性优良;(4)膜薄(0.53m)而软,耐磨性和着色性较差。因此,般只用作防蚀涂漆膜的底层。在工业上,化学氧化常用于形状复杂的零件、室内装饰品以及屋面材料的氧化处理。一、化学氧化原理在一定温度下,在含有氧化剂(常用铬酸盐)和活化剂(常用碳酸盐)的溶液中,通过化学作用使铝离子和氧化溶液中的氧相互作用在制品表面生成一层致密氧化膜的方法。溶液一方面应具有氧化能力,能使铝表面产生氧化膜,另一方面也应具有使氧化膜部分溶解而产生针孔的作用,促进氧化膜成长7和厚度增加。但要使氧化膜在溶液中的生长速度必须大于溶解速度。一般所采用的酸有 HF
9、、Na 2SiF4十酸、铬酸、酒石酸、磷酸等;采用的碱性盐为铬酸盐、磷酸盐等。化学氧化所采用的溶液的种类是很多的,最常用的是含有碳酸钠作为活化剂的溶液中进行化学氧化处理。二、化学氧化处理法现代一般广泛使用的铝及铝合金的化学氧化膜的处理方法有:饱尔福格耳法(BV 法)、MBV 法、E.W 法、派卢明法、阿尔罗克法、阿洛克罗姆法等。按溶液的组成可分为:(1)以碳酸钠为主体; (2)以铬酪或重铬酸盐为主体;(3)以氟化物为主体(4)以磷酸为主体。作为铝合金建筑型材粉末喷涂前的预处理,常用的化学氧化膜有铬酸膜、磷酸膜和新开发的无铬膜。第二节 阳极氧化所谓阳极氧化即把铝型材人为阳极置于电解液中,利用电解
10、作用在制品表面形成多孔性的氧化薄膜。一、 阳极氧化的种类阳极氧化的种类8按电流形式分有:按电流形式分有: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:按电解液分:硫酸、草酸、磷酸、铬酸、混合酸及以磺基有机酸为主的自然着色阳极氧化。按膜层性质分:按膜层性质分:普通膜、硬质膜、瓷质膜、光干涉膜二、 阳极氧化原理阳极氧化原理铝氧极氧化的原理实际上就是水电解的原理。阳极: Al3e Al36OH3H2O 3O22Al33O2 Al2O3热量(399 卡)阴极: 2H2e H2 氧化膜的生成规律,可通过氧化过程的电压一时间曲线来详细说明。条件: 20%H2SO4 水溶液,阳极电流密度 D
11、A1A/dm2,温度 22.9第一段(曲线 ab 段):在通电十几秒内电压急剧上升,这是由于铝表面形成了连续的、无孔的氧化膜,叫做活性层。由于它具有半导体整流作用,所以又叫阻挡层。第二段(曲线 bc 段):当电压达到一定数值后,开始下降,一般比最高值下降 10 15%,这是由于电解液对氧化膜的溶解作用所致,使铝表面产生无数微观孔穴,从而保证电流能够顺利通过。第三段(曲线 cd):阳极氧化经过 20 秒以后,电压下降至一定数值就趋于稳定,然后以缓慢的速度上升。这时无孔层的生成速度和溶解速度达到平衡,其厚度不再增加。但氧化反应并未停止,在每个孔穴底部,活性层通过溶解、再生,随时间延长而向纵深发展最
12、后形成了六梭体蜂窝状氧化膜结构,即多孔质层。活性层厚度约为 15109m,针孔内径为 1015109m,壁厚 1215109m,针孔密度大约为 45 亿个/m2,硫酸阳极氧化膜的孔隙率为 20 30%。 10五、 影响阳极氧化膜质量的因素:影响阳极氧化膜质量的因素:1、硫酸浓度硫酸浓度2、电流密度电流密度3、槽液温度槽液温度槽液温度(如 05)氧化膜发脆, 膜层透明度与染色性能(即吸附性能) 。槽液温度(如25)氧化膜疏松, (呈蜂窝状晶体,壁厚减薄) ,甚至起白粉。理想的温度为 202。恒温方式:加热蒸汽,冷却冷冻机或加添加剂。4、杂质的影响杂质的影响(1)合金成份:Mg 2% 膜变暗浊色。
13、Si 0.8% 膜光泽2%呈灰黑色,出现斑点。Cu%膜色调深暗或灰黑色。Zn膜呈灰暗色。Mn 即便0.1% 膜也带色与无光。参数名称通常使用范围最佳条件H2SO4含量150200g/l180g/lAl3+离子含量20g/l5g/l温度182220电流密度12A/dm21.21.5A/dm2时间按膜厚要求而定30 分钟 10m60 分钟 18m电压16 21V17 19V极比阴极工件=12.51111(2)槽液杂质: Cl 、F(氟冷却液)出现孔蚀现象。Fe3暗花纹和黑色斑点。Cu2+正弦曲线状暗条纹。最好使用纯水配电解液(3)Al3+ 离子:Al3+ (0.1g/l 时), 电解液溶解能力过强
14、,膜厚生成困难,耐蚀、耐磨、染色等性能配槽时, 添加硫酸铝或部分老溶液。Al3+电解液电阻,槽电压,易产生白斑点,膜的耐磨、耐蚀性,透明性要求 Al3+ 20g/l。5 5、搅拌(循环)、搅拌(循环)为了降温,采用槽内排管进行热交换、槽外热交换器进行热交换、压缩空气搅拌。膜层“烧焦” 、 “起粉” 。第三节 其它阳极氧化工艺一、一、 硬质阳极氧化硬质阳极氧化生成硬度高、耐磨性好的厚氧化膜。纯 Al 上的氧化膜硬度 HB = 12001500kgf/mm2(超过了淬火工具钢和铬镀层的硬度)Al 合金上的氧化膜硬度 HB = 250500kgf/mm2膜层最大厚度可达 250300m工艺条件: 二
15、、二、 瓷质阳极氧化(膜灰白色)瓷质阳极氧化(膜灰白色)12第四章第四章 铝及铝合金电解着色铝及铝合金电解着色根据其显色色素体所在的位置不同,着色方法有:化学染色法、自然发色法、电解着色法、有机涂层着色法和复合着色法。第一节 化学染色法化学染色法是最早用于铝阳极氧化膜着色的方法。一、一、 特点:特点:工艺简单,作业性好,效率高,成本低,色域宽,色泽鲜艳。二、二、 方法:方法:分两大类一液法无机染料染色法 二液法化学着色 酸性有机染料水溶性染料 有机染料染色法 碱性有机染料油性染料 三、三、 化学染色的机理化学染色的机理化学染色是色素体靠氧化膜多孔层的物理和化学作用吸附于表面层内侧。铝阳极化膜具有 30%的孔隙率,有巨大的比表面积和化学活性。靠染料分子或离子的静电力进行的吸附叫物理吸附,吸附力取决于氧化膜的表面电位和染料性质。13所谓化学吸附指氧化膜与色素体以化学键、共价键或形成络合物等形式结合。与化学吸附相比,物理吸附较弱,且受染色液温度的影响较大,所以化学着色的色牢度取决于化