铝的表面处理

上传人:博****1 文档编号:470097989 上传时间:2022-09-06 格式:DOCX 页数:7 大小:17.33KB
返回 下载 相关 举报
铝的表面处理_第1页
第1页 / 共7页
铝的表面处理_第2页
第2页 / 共7页
铝的表面处理_第3页
第3页 / 共7页
铝的表面处理_第4页
第4页 / 共7页
铝的表面处理_第5页
第5页 / 共7页
点击查看更多>>
资源描述

《铝的表面处理》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铝的表面处理(7页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。

1、1、引言铝为面心立方结构,有较好的导电性和导热性,仅次于Au、Ag、Cu,延展性好、塑性高,可进 行各种机械加工.铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜,使铝不会进一 步氧化并能耐水;但铝的粉末与空气混合则极易燃烧;熔融的铝能与水猛烈反应高温下能 将许多金属氧化物还原为相应的金属;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸.铝在大气 中具有良好的耐蚀性,但纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种 铝合金.铝合金的突出特点是密度小、强度高.铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好 的耐蚀性,良好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,用于

2、制造油箱、容器、管道、铆钉等. 硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg系和 Al-Cu-Mg-Zn系.新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝减小15%,且 能挤压成形,可用作摩托车骨架和轮圈等构件.Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高 级运动器材.因为在铝中加入3%5%质量分数的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度 比纯铝高20%25%,密度仅2.5t/m3的铝锂合金.这种合金用在大型客机上,可使飞机的重 量减少5t多,而载客人数不减少.将铝与其合金置于适当的电解液中作为阳极进行通电处理,此处理过程称为阳极氧化.经过 阳极氧化,铝表面能

3、生成厚度为几个至几百微米的氧化膜.这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状 的,比起铝合金的天然氧化膜,其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高.采用不同 的电解液和工艺条件,就能得到不同性质的阳极氧化膜.早在1896年,Pollak就提出了在硼酸或磷酸溶液中直流电解,可得到堡垒型氧化膜的专 利.到20年代,这个工艺在工业上用于制造电解电容.阳极氧化最初的商业应用是铬酸阳极氧化.G D Bengough和J M Stuart在研究铝上镀铬时, 因接错线发现了铝表面生成了阳极氧化膜.当时的电解液的组成是250g/L铬酸,2.5g/L硫酸. 后来人们进一步研究发现,这种氧化膜可以被墨水或染料染色,氧化膜厚

4、度为35皿,工作 电压约50V.这种工艺首先用于飞机制造业,用于油漆的底层,防止裂纹和提高耐蚀性.1927年,日本的Kujirai和Ueki首先采用草酸电解液阳极氧化,可以得到15mm以上的氧化 膜,但工作电压比硫酸阳极氧化高.这种工艺先在日本普与,后来传到德国,逐步被欧洲人采 用,用于店面和建筑物的装饰.1927年,Gower、Stafford OBrien和Partners4发表了硫酸阳极氧化的专利,氧化的电流密 度为0.71.3A/dm2,这种电流密度一直延用到现在.硫酸阳极氧化与草酸和铬酸阳极氧化 相比,工作电压更低,电解液成本更小,操作更简单,氧化膜装饰性更强,所以这种工艺很快得 到

5、完善和普与.目前95%以上的阳极氧化是在硫酸中进行的,阳极氧化如果没有特别指明, 通常是指硫酸阳极氧化.2、前处理2.1脱脂和除油铝与铝合金早期是延用钢铁的除油工艺,即:槽液为Na2Co3、Na2SiO3、Na3PO4溶液,操作温 度为4070C,时间为515min.这种工艺性能稳定,寿命长,但槽液成本高,不易洗净,现在 基本不用.20世纪60年代,人们采用NaOH或Na2CO3加Na3PO4、络合剂、非离子表面活性剂、阴离子 表面活性剂,在室温下脱脂,时间为35min.这种工艺除油效率高,成本低,节能,但槽液易 产生絮状沉淀,络合剂、表面活性剂易带入后续槽形成污染.现在少数厂仍在使用.从80

6、年代开始,酸性脱脂槽液逐步普与,槽液为H2SO4或H2PO4,加HF、Fe3+、H202、NO2- 和非离子表面活性剂,室温下操作,时间为35min.这种工艺效率高,不污染后续槽,是较好 的脱脂工艺,现在应用越来越广泛.典型工艺:H2SO410g/LH3PO410g/LHNO310g/LHF10g/L表面活性剂 2g/L过硫酸钠5g/L温度4570C时间10120s 2.2碱腐蚀铝与其合#极氧化之前需要除去致密但不均匀的自然氧化膜,对高硅铝合金,采用HN03、HF 混合溶液,在室温下操作,时间35min,工作时会产生有毒气体.一般不用于其他铝合金,其 他铝合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液,

7、NaOH的浓度为3070g/L,操作温度为4080C, 时间为310min.碱腐蚀工艺维护简单,成本低,腐蚀效果好,易于除去铝合金表面的加工条 纹,是阳极氧化重要的配套工艺.目前单独使用NaOH溶液作碱腐蚀已很少见,往往加入葡萄 糖酸钠、柠檬酸钠等络合剂,防止槽液中Al3沉淀,即所谓长寿碱 .加入硫化物,防止 重金属在铝合金表面发生置换反应,消除流痕也有的加入氟化物和硝酸盐,用于产生无 光砂面效果.2.3电解抛光机械抛光后阳极氧化,往往很难保持抛光后的光泽,这主要是机械抛光的局部表面压力不均, 阳极氧化产生无光表面,所以机械抛光不能直接用于光亮阳极氧化.1934年在英国和美国,几乎同时发明了电

8、解抛光工艺Brytal和Alzak,在碱性Brytal 工艺或氟硼酸Alzak工艺溶液中阳极电解1020min,得到较高反射率的表面,并在阳极 氧化后继续保持下来.电解抛光是利用电流的作用,使铝合金发生电化学反应,在铝合金表面 凸凹不平的部分发生不同程度的溶解,使铝件表面产生光滑的镜面效果.电解抛光的铝件,经 过后续的阳极氧化处理仍能保持大部分光泽.电解抛光的铝件有较好的耐蚀性,即使未经阳 极氧化处理也能在大气中很长时间不锈蚀,保持原有的光泽.二次世界大战,铝的反光镜需求 大,这一期间铝的电解抛光发展很快.高纯铝片99.99%经过电解抛光,可以得到反射率接近100%的镜面效果.铝片的纯度越 高

9、得到的反射率越高.常用的工艺有:磷酸-铬酸型,磷酸-硫酸,铬酸型,高氯酸-醋酸型,磷酸 -硫酸-甘油型,氟硼酸型,碳酸钠-磷酸钠型,氢氧化钾-铬酸型.操作温度为室温至90C,电 流密度1020A/dm2,有的工艺高达150A/dm2.电解抛光的主要污染物是六价铬,近年来,随着环保意识的加强,不含铬酸的电解抛光处理液 逐步盛行.不含铬酸的电解抛光处理液的主要问题是,对有些合金抛光不够亮.另外,铝合金 在这种处理液中抛光后,不通电的条件下亮度会迅速下降,需要立即从处理液中取出、水洗, 这给该工艺的广泛应用带来一定的影响.后来,有人在这种处理液中添加某种添加剂,使这两 个问题有所缓解.电解抛光工艺成

10、熟,污染小,但工作电流大,成本高,目前用于高亮度、高装饰性铝件的加工.2.4化学抛光化学抛光是40年代后期发明的,当时Henley在做磷酸-硫酸型的电解抛光,没有通电时,发现 铝件的腐蚀有光亮效果,接着他仔细研究了这个现象,得到最早的化学抛光工艺:磷酸75% 体积,硫酸25%体积,操作温度为90100C.后来人们发现在上述工艺中加10%的硝酸, 可以得到特别光亮的效果,这时化学抛光才在工业中应用起来,相应的专利陆续公布.光亮阳 极氧化稳定地进入市场,替代了部分钢或铜上镀镍-铬工艺.化学抛光不需要通电,也不需要专用夹具,操作简单,但需要良好的加热和通风设备,使用高 纯铝能得到反射率为100%的效

11、果,普通铝合金也能达到装饰性的光泽度.由于化学抛光比 电解抛光成本低,所以大多数光亮阳极氧化是用化学抛光配套的.最常用的化学抛光工艺是: 磷酸75%体积分数,硝酸150%体积分数,硫酸10%体积分数,操作温度为90110C, 时间为0.53min.有的工艺只有磷酸和硝酸,有些加了醋酸、铬酸或氢氟酸.添加少量的钻 盐、镍盐、铜盐可以增加抛光的亮度.化学抛光最大的缺点是会产生NOX有毒气体,黄色的 NOX气体是强烈的致癌物质,是化学抛光车间难以挥去的黄龙.人们采用了许多办法来解 决这一技术难题,日本的Tajima,采用笼形化合物吸收有毒气体,得到无黄烟化学抛光新 工艺;德国对于纯度达99.99%的

12、铝件,采用16%体积分数的氟化氢铵,13%体积分数 硝酸,25g/L的糊精,操作温度较低,析出气体很少.Kaiser铝和化学品公司发明了类似的工 艺体积分数:2.5%硝酸,0.60%,氟化氢铵,0.6%铬酸,0.6%甘油,0.05%硝酸铜.也有在 磷酸一硫酸配方中加有机硫化物替代硝酸,得到无黄烟抛光工艺.除了酸性化学抛光以外,还有碱性化学抛光工艺,但碱性化学抛光的效果远不与酸性化学抛 光,所以较少应用.典型的碱性抛光配方含:NaOH、NaNO2、NaNO3、Na3PO4、CuNO32等,碱 性化学抛光无有毒气体析出.3、阳极氧化硫酸阳极氧化有以下特点:槽液成本低,成分简单,操作维护简便,一般只

13、需将硫酸稀释到一定的浓度即可,无需添加 其他化学药品,推荐使用化学纯硫酸,杂质较少的工业级硫酸也可采用,所以成本特别低.氧化膜透明度高.纯铝的硫酸阳极氧化膜,是无色透明的,对于铝合金,随着合金元素Si、 Fe、Cu、Mn的增加,透明度会下降.相对其他电解液,硫酸阳极氧化膜的颜色是最浅的.着色性高,硫酸氧化膜透明,多孔层吸附性强,易于染色和着色,着色鲜艳不易退去,有很 强的装饰作用.硫酸阳极氧化操作条件为:H2SO4 体积10%30%温度。C1822Al/g.L-1W20电流密度/A.dm-2 0.63时间/min10603.2草酸和铬酸阳极氧化草酸阳极氧化在日本应用较普遍,草酸氧化膜的特点和硫

14、酸氧化膜相近,孔隙率低于硫酸氧 化膜,耐蚀性和硬度高于硫酸氧化膜草酸的槽液成本和操作电压高于硫酸,有些合金的草酸 氧化膜颜色较深草酸和硫酸阳极氧化都需要良好的冷却系统配套.草酸阳极氧化操作条件为:草酸体积分数2%10%温度/C1535电流密度/A.dm-20.53电压/V4060铬酸阳极氧化膜特别耐腐蚀,主要应用干飞机制造工业,铬酸氧化膜和油漆的附着力强,也用 于作油漆的底层,铬酸阳极氧化膜灰色不透明,一般不用于装饰.铬酸阳极氧化操作条件为:Cr03/g.L-130100温度/C4070电流密度/A.dm-2 0.13电压/VO100时间/min3560 3.3 硬质阳极氧化 在二世界大战后期

15、,为了提高阳极氧化膜的硬度和厚度,把硫酸氧化槽的温度降低至0C,电 流密度提高至2.74.0A/dm2,获得了 2550rm的硬质氧化膜.用草酸加少量硫酸可以 在515C得到硬质氧化膜.有些专利用优化硫酸的浓度,加有机酸或其他添加剂,如苯六羧 酸进行硬质阳极氧化.在苏格兰,Campbell发明了采用交流一直流叠加电源,电解液高速流动,0C,电流密度25 35A/dm2,获得100um的硬质阳极氧化膜.现在,脉冲电流用于硬质阳极氧化时,特别是高铜铝合金一般很难硬质阳极氧化,使用脉冲电 流可以防止烧蚀.还有许多电源用于硬质阳极氧化,交流加直流,各种频率的单相或三相 脉冲电流、反相电流等.传统的直流硬质阳极氧化,电流密度一般不能超过4.0A/dm2,单相整 流脉冲电源,电流的脉冲峰值可以很大,但保持氧化膜厚度的均匀一致是重要的问题.由于硬质阳极氧化膜具有独特的硬度和耐磨性,所以正逐步被航空、航天、自动化、汽车、 计算机设备、电子和其他工业采用.目前正在开发用聚四氟乙烯、二硫化钼等固体润滑剂封 闭,使硬质阳极氧化膜具有自润滑性能,应用前景更加广泛.4、染色和着色4.1整体发色阳极氧化1959年,Kaiser铝和化学品公司开发了 KalcolorTM整体发色工艺,电解液是:磺基水扬

展开阅读全文
相关资源
相关搜索

当前位置:首页 > 学术论文 > 其它学术论文

电脑版 |金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号