铝锅的表面处理课程设计

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1、铝锅的硬质阳极氧化第一章零件铝锅1.1铝锅图图1铝锅1.2铝锅铝锅主要就是用来烧煮食物，铝锅应该注意锅身挺直圆正，锅底、锅盖及内外光 亮， 没有暗色、黑色斑痕或裂缝。第二章服役条件和性能分析2.1服役条件铝锅在使用过程中经常会和铲子等发生摩擦，很容易有磨痕。而且铝锅要在高温下加热， 煮熟食物。有的铝锅还要用到电，通电加热。2.2性能分析根据铝锅的服役条件，我们可以看出铝锅必须要具有一定的耐磨性，这样我们才能加长 它的使用寿命，不至于因为和铲子的摩擦而减损它的使用寿命。还有就是温度的影响，铝锅 需要具有一定的耐热性。因为铝锅会与电接触，所以它还必须具有一定的绝缘性。最后它还 必须具有一定的耐蚀性

2、和硬度。第三章工艺确定3.1工艺选择硬质阳极氧化铝锅为铝材料制品，对于铝材料的处理有阳极氧化、聚合物涂层、化学转换、喷涂和电 镀等。而不采用化学转换的方法，可能镀上的东西会带入剧毒，不适用铝锅。喷涂工艺对一些棱角的地方很难均匀喷涂膜层，而比较好的电泳涂层也是要采用阳极氧化的。而电镀会保 持铝的导电性，而我们希望得到的是绝缘的铝材料。一般首先主要是防护性，阳极氧化和聚 合物涂层是两种最常用的的方法，而阳极氧化是最广与最成功的，研究的也深入，所以在这 里我们选用阳极氧化的方法来对铝锅进行表面处理。阳极氧化有普通阳极氧化、硬质阳极氧化和微弧氧化。微弧氧化虽然能得到高硬度、高 耐磨性和高绝缘性的铝，但

3、是在技术和能耗问题上有很大问题，并且没有很好的推广，应用 不是很广。硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法，这是一种铝和铝合金特殊的阳极氧化表面处理工 艺。此种工艺，所制得的阳极氧化膜最大厚度可达250微米左右，在纯铝上能获得1500kg/mm2 的显微硬度氧化膜，而在铝合金上则可获得400600kg/mm2的显微硬度氧化膜。其硬度值， 氧化膜内层大于外层，即阻挡层大于带有孔隙的氧化膜层，因氧化膜内有松孔，可吸附各种 润滑剂，增加了减摩能力，氧化膜层导热性很差，其熔点为2050C，电阻系数较大，经封闭 处理（浸绝缘物或石蜡）击穿电压可达2000V，在大气中较高的抗蚀能力，具有很高的耐磨 性，也是一种

4、理想的隔热膜层，也有良好的绝缘性，并具有与基体金属结合得很牢固等一系 列优点。在很多方面都由于普通氧化膜。所以说对铝锅的表面处理我们选用硬质阳极氧化。表1硬质膜与普通膜的物理性质类型膜厚/pm阻挡层厚度/pm孔隙率/%显微硬度/hv电阻率/ cm击穿电压/V适用场合普通膜5200.010.0152030100300109280500装饰硬质膜302500.10.152630060010158002000功能3.2总工艺流程:除油水洗碱洗水洗酸洗水洗硬质阳极氧化水洗封孔喷砂水洗 烘干-性能检测第四章各工艺的作用4.1除油铝材表面接触到油脂或污染物后，会阻碍其表面与处理溶液的充分接触，不能得到润湿

5、 均匀的表面；若油脂或污染物带入随后的处理槽液中，将会破坏槽液的组成。因此，铝材表 面处理过程中首先要进行化学清洗，清除表面的油脂、污染物、污垢、铝的表面氧化膜等，使铝材获得润湿均匀的清洁表面。4.2碱洗碱洗能使铝材宏观上均匀地减薄，能使铝材表面产生均匀散射的浸湿表面。铝材进行碱 浸湿能彻底除去表面在空气中形成的氧化膜，使之形成均匀的活化表面，为以后获得色泽均 匀的表面创造条件；它还能使铝材表面趋于平等均匀，能除去铝材表面轻微的粗糙痕迹。 4.3酸洗主要是除灰处理，除去碱浸蚀后残留在铝材表面的有各种金属间化合物颗粒形成的表面 层，其更重要的功能是使铝材表面获得清洁光亮的钝化表面。4.4硬质阳极

6、氧化硬质阳极氧化是一种厚膜阳极氧化法，这是一种铝和铝合金特殊的阳极氧化表面处理工 艺。使铝得到高耐热性，耐磨性和绝缘性，并且还有一定的耐蚀性和硬度。4.5封孔提高铝材的耐磨腐蚀性和耐污染性。4.6喷砂喷砂使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善， 因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利 于涂料的流平和装饰。第五章各工艺的配方及工艺参数分析5.1预处理5.1.1除油、水洗表2常用除油方法的特点和使用范围比较除油方法特点适用范围有机溶剂除油速度快，能溶解两类油脂，一般不腐蚀零件， 但除油不彻底，需用化学或电化学方法进行 补充

7、除油，多数溶剂易燃或有毒，成本较高用于油污严重的零件或易被碱液腐蚀 的金属零件的初步除油化学除油设备简单，成本低，但除油时间较长一般零件的除油电化学除油除油快，彻底并能除去零件表面的浮灰、浸 蚀残渣等机械杂质，但需要直流电源，阴极 除油时，零件容易渗氢，去除深孔内的油污 较慢一般零件的除油或清除浸蚀残渣铝锅比较简单，可以选用化学除油，简单、便宜、方便管理。可清除表面的油脂、污染 物、污垢、铝的氧化膜等，使铝材获得湿润均匀的清洁表面。常用的化学清洗剂有: 溶剂型化学清洗剂：它只能溶解经试验确认可溶性的润湿剂或污染物 乳化体系化学清洗剂：清洗残留油脂较多的铝工件 碱性化学清洗剂：对大多数金属的清洗

8、都有效 酸性化学清洗剂：在铝材表面产生轻微的浸蚀作用一般选用碱性化学清洗剂来除油(1) 碱性除油配方和工艺参数表3碱性除油配方成分/ (g/l)Na CO2 3Na PO 12H342NaSiO2325302025510时间至油除尽温度8090C除油一般采用水膜连续性来测试，铝材经过化学清洗后，随后进行水洗，水洗后上升至 适宜检测的高度停留30s，铝材表面的水膜应该是连续的，表面完全润湿，不应该出现水膜 破裂或分开的现象。水膜连续性应该至少保持30s及其以上的为合格。水膜在30s内破裂的 为不合格。(2) 各组员的作用 碳酸钠呈弱碱性，水解能生成碳酸氢钠，有一定的皂化能力，并对溶液的PH值起缓

9、冲作用。 磷酸三钠 呈弱碱性，有一定的皂化能力和缓冲PH的作用，它又是一种乳化剂。 硅酸钠呈弱碱性，本身有较好的活化作用，有较强的乳化作用和一定的皂化能力。(3) 工艺参数的确定 时间为保证后面的氧化效果，除油必须除尽为止。 温度 随着温度的上升，铝的除油速度加快，一般选择80至90C在沸水浴中。5.1.2碱洗、水洗(1) 配方和工艺参数表4铝及铝合金碱洗工艺规范溶液组成/ (g/l)NaOH添加剂5070适量时间/min1520温度/C5070(2)各组员的作用 氢氧化钠 铝材浸入热的氢氧化钠溶液中，就会发生非常剧烈的化学反应，铝和表面 的氧化膜与氢氧化钠反应生成可溶性偏铝酸钠。一般不希望氢

10、氧化铝沉淀的产生。 添加剂为了解决结垢问题和延长槽液的使用期。(3)工艺参数的确定 时间浸蚀时间太短不能得到较好的浸蚀效果，若要使铝材获得浸蚀程度比较深的散射 曲面，15至20min是需要的。 温度 随着温度的上升,铝的碱浸蚀速度上升非常快，一般选择50至70C的温度下进行。5.1.3酸洗、水洗常用的酸洗工艺有硝酸除灰和硫酸除灰。硝酸的氧化性的酸，而硫酸是非氧化性的酸， 所以去除黑色挂灰的能力相对弱。硫酸法相对硝酸法来说相同程度的除灰用的时间要长，而 且硫酸对含铝量多的铝件除灰效果也不好。所以一般选用硝酸除灰。(1) 配方和工艺参数表5铝及铝合金酸洗工艺规范硝酸/ (%)温度/C时间/s适用范

11、围1025室温60120所有铝合金(3)工艺参数的确定硝酸浓度在10%至25%的硝酸浓度中腐蚀的速度正好，30%的硝酸速度过快。5.2硬质阳极氧化通常处理的电解液有硫酸、草酸及其它有机酸。但选用硫酸氧化法，较其他氧化方法具 有成本低、操作简单、着色性好、耗电少、废液处理容易等优点。5.2.1氧化膜形成机理铝合金硬质阳极氧化原理，就是在电场的作用下，加速铝合金表面氧化膜的形成即用铅板作阴极，铝合金制作阳极，稀硫酸溶液作电解液，当通过直流电时阳极反应：HO-2e 0+2H+22A1+30 一A1 O23阴极反应： 2H+2e * H t2同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，反应如下： 2A1+6

12、H+ 2A13+3H t2A10+6H+ * 2A13+3H0232氧化膜的生成与溶解同时进行，初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜的厚度不断增加,其电阻也增大，使膜的生长速度减慢，一直到与膜溶解速度相等时，膜的速度才为一定值。 5.2.2配方及工艺参数表6硫酸硬质阳极氧化工艺规范成分及操作条件配方成分及操作条件配方硫酸HSO2420%搅拌机械或空气温度/C-510阴极材料铅电流密度/Adm-223时间/min80左右电压/V810宜用蒸馏水，氯离子含量W10%;镁离子含量W5g/L,否则会影响氧化质量。结束后要用水喷洗。5.2.3工艺参数的确定(1) 硫酸浓度浓度较低时，膜层硬度较高，但由于C

13、uAl金属间化合物的存在，氧2化温度升高，膜的溶解较快，容易烧蚀零件，不宜在低浓度溶液中氧化。所以选择20%高浓 度的硫酸。(2) 温度溶液温度低，氧化膜硬度高，耐磨性好，但不能过低易脆。一般控制在 -510C，温差以+2C为宜。(3) 电流密度 在膜厚相同的情况下，较高的电流密度将取得较硬的氧化膜，但过高时，发热量大，促使膜层硬度下降。(4) 电压 硫酸氧化法一般采用直流电源，开始电流密度为0.30.5Adm-2，初始电 压为810V, 般在25min内多次逐渐升高电流密度至23Adm-2。而后每隔5min调整升高 电压一次，以保持恒定的电流密度。在这里选用直流的原因主要是氧化膜硬度和耐磨性

14、高， 并且用时短，防护和装饰性能好。5.3封孔5.3.1配方和工艺参数表7铝阳极氧化膜的主要封孔方法、工艺条件及其性能特点方法封孔溶液主要封孔条件备注沸水法离子交换水PH=5 8,95 C 以上耐蚀，耐候性好水蒸气法高温加压水蒸气1.2atm以上耐蚀、耐候性好，封孔时间比沸高温常压水蒸气水法短冷封孔法氯化镍等水溶液常温性能同水蒸气法电泳法聚丙烯酸树脂水溶液常温耐蚀、耐候性好尤其污染大气中浸渍法聚丙烯酸树脂有机溶液常温性能同电泳法，膜均匀性较差乙酸镍法乙酸镍或乙酸钻水溶液PH=56,7090C可能带淡绿色，适于染色膜重铬酸钾法重铬酸钾水溶液PH=6.57,9095C带淡黄色，适于2000系铝合金硅酸钠法水玻璃约20% (体积分数)90 C耐碱性好油脂法特殊情况或临时保护用采用沸水封孔法，即将氧化后的铝锅放入沸腾的纯净水中封闭20min。水蒸气封闭机理 基本上与热水封闭相同，效果比热水封闭好，但设备投资大，生产成本高，操作过程麻烦, 较少应用。5.3.2工艺参数的确定(1) 温度 水温保持在95C，若低于80C水合反应的产物耐腐蚀性较差。(2) PH值 最佳的为5.5至6.5，铝在酸性或碱性水中都会发上腐蚀