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1、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，
2、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
4、。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 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
5、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4050C温度下处理，时间为 5mi n,严重的可延长至1015m in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
6、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
7、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
8、 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。AI2O3熔点高达2050C，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
9、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400250C ）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250C以
10、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
11、。 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
12、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，
13、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
14、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
15、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0.1 um，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5 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 乩 Kn2）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AI2O3,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Y-AI2O3和a-AlO
