铝合金表面处理原理讲解

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1、铝合金表面处理原理第一章 概 述一、铝及铝合金表面处理的目的： （主要指阳极氧化）1、防腐蚀天然氧化膜 T 薄，阳极氧化膜-厚10卩m漆膜-耐磨、耐蚀、耐光、耐候2、防护 装饰形成微孔人工氧化膜后，可染成各种颜色和图案。3、功能作用绝缘性100（ 1 m微孔渗渍硫化钼润滑剂-摩擦系数J电沉积磁性金属 - 磁性录音盘、记忆元件等等。二、铝及其合金表面处理的分类机械法、化学法、电化学法、阳极化膜后处理 （见后面附录三、铝型材表面处理产品种类目前市场上常见的有：1 ）阳极氧化（银白、砂白料）2）阳极氧化 +电解着色（浅古铜、古铜、黑色等）3）电泳涂漆4）静电喷漆、氟碳喷漆5）静电粉末喷涂四、铝及铝合

2、金表面处理工艺流程1、建筑铝型材阳极氧化处理和喷涂工艺流程:电泳一固化成膜 电 脱脂一碱蚀一中和出光一阳极氧化（DC法）一电解着色（AC法）一封孔脱脂一酸洗一化学转化一静电喷涂一固化成膜2、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 T脱脂一酸洗一中和出光一阳极氧化-硫酸法（染色）-封孔L-硬质阳极氧化法3、装饰用铝合金部件（汽车装饰部件、照相机部件等）阳极氧化处 理工艺流程:一机械喷砂r染色一印刷（人工修整一振动抛光）一脱脂一化学炮光一 阳极氧化（硫酸法）一封孔电化学抛光一I第二章 铝材阳极氧化前的处理铝合金建筑型材生产工艺流程：铝材装架脱脂水洗碱蚀水洗（二道

3、）- 中和（出光）-水洗-阳极氧化（ DC 法）-水洗-封孔 水洗-着色（ AC 法）- 水洗水洗卸架第一节装架一、方式：横吊式、竖吊式纵吊式特点：1、适合大批量生产：每批可装载大量铝材2、减少装卸工人：减轻了装卸时的劳动力3、降低生产成本：溶液带出量少，减少化学品消耗量，夹具不 浸入处理液 中，减少夹具消耗量。4、减少用水量：带出水量减少，耗水量及废水处理量减少。 适于生产能力在600吨/月以上。目前，一般采用横吊式为多。二、注意事项：（横吊式）1）铝材要有一定倾角（3o 5。）t便于氧化时气泡逸出。2）扎料要紧，导电杆脱模要干净 -保证导电良好。3）每根料之间间距应保证- 防止色差。4）避

4、免不同型号、长度的料扎在一起着色- 防止色差。5）每次上料面积要一定，最好是对极面积的 80%，最大1 00%。 第二节脱脂处理一、 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。油脂种类: 动物油、植物油 T 属皂化油，可与苛性碱发生皂化反应矿物油 T 属非皂化油，不与苛性碱发生皂化反应锯切液三、脱脂方法与原理1）有机溶剂：酒精、煤油、汽油、丙酮、甲苯、三氯乙烯、四 氯化碳 等。利用溶剂对油污很强的溶解能力将油除去。对Al基体无腐蚀性。2）表面活性剂：合成洗涤剂、金属清洗剂等。利用有效成份对 油污的优良的皂

5、化、乳化、分散、渗透能力将油污除去，对 铝基体无腐蚀作 用。3）碱性溶液：NaoH +添加剂（乳化剂） 利用溶液中的某些碱性物质与油污发生皂化或乳化作用来达到除油污之目的。皂化作用除去动、植物油L 乳化作用一-除去矿物油皂化反应：C3H5（G7H35COO） 3+ 3NaOH 3Ci7H35COONa + 3C3H5（OH） 3 硬脂酸苛性钠肥皂甘油乳化作用：略成份及其作用： NaOH :皂化反应，除油作用。 N a2CO3 （碳酸钠）、 N a3PO4 （磷酸三钠）：缓冲剂，保持溶液 PH= 10 11。 硅酸钠（水玻璃）：湿润剂、乳化剂、分散剂，不易水洗去掉4）酸性溶液h2so4、hno3

6、等Al + H 2SO4 = Al2 （ SO4） 3 + H2f利用 H 2小泡包围油珠，离开铝表面层达到除油目的。5）电解脱脂即将制品放在碱性溶液中作为阴极而进行电解处理除去油污。四脱脂工艺制度、轻油级：1) H2SO4150 250g/l常温3-5分钟2)HNO3150 200g/l常温2-3分钟3)HNO3120 150g/lH2SO4120 80g/l常温2-5分钟重油级：1) Na3PO440 60g/l（弱碱性）NaOH8 12g/lNa2SiO320 30g/l50 60C2 3 分钟2)Na3PO430g/lNa2CO320g/l40C2 3分钟3）金属清洗剂20 30g/l

7、 常温 5 8 分钟（根据说明书要求）碱性除油工艺：NaOH 10 15g/l ，添加剂 20 30g/l, 45 60C , 3 7 分钟第三节 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。方法：碱法、磷酸钠法、硫酸铬酸法等。 一般采用强碱热溶液。三、 碱蚀原理：碱蚀过程主要有以下三步化学反应：Al 2O3+ 2NaOH -2NaAlO 2+ H?O2Al + 2NaOH + 2 出 0 2NaAlO2 + 3 哉匸2NaAlO2 + 4 出 0 2Al (OH) 3

8、J+ 2NaOH一 AI2O3 J + 3H2O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 Al 2O3 硬水铝石。 现在工业上普遍使用长寿命 碱蚀添加剂。四、添加剂的作用： 具有防止产生铝石、增光、整平、缓蚀等多种作用。 特 点：八、1) 允许溶存AI3+铝量达100g/l (甚至120g/l)以上，而不会产生硬水铝石，即使偶有发生水解也不结块，易于清除。2) 具有缓蚀整平功能，碱蚀效果更好。3) 铝腐蚀率能保持在 1 2%之间，减少铝溶蚀量及氢氧化钠

9、消耗量。成份： 一般有葡萄糖酸钠、酒石酸盐、柠檬酸盐、羧甲基纤维素等多元 多 组份的混合物。五、碱蚀工艺：NaOH： 50 60 g/l,碱蚀添加剂：视说明书要求，温度：50 70C时间：视 工艺要求第四节 中 和（出光）一、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 等元素的氧化物（挂灰） ，光亮表面。二、方法：1）硝酸法： HNO3150 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：H2SO4150 250g/l，温度：室温，时间：3 5分钟。出 光效果不甚理想，可加

10、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：5070C，时间：110min2）NH4HF + （ NH4） 2SO4溶液（斑点腐蚀）3）NH4F 溶液（斑点腐蚀）浓度：35%,温度：2040C，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：2060C，时间：12min,电流密度： 1030A/dm22) HCI + H2SO4溶

11、液HCI浓度：0.3%, H2SO4浓度：12%温度：7580C，时间：0.51min，电流密度： 70A/dm23) HCI + NH4CI 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%、 HN0310%、 Cu (NO3) 2 或 CuSO4 少量。3抛光质量好，操作简单。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H3PO4 4080%、 H2SO4 415%、 H2CrO40.29%、 H2O 余 温度: 7090C，时间：13min，电流密度：1015A/dm2多用于表面光洁 性要

12、求很高的装饰材料。3、机械抛光设备有扫纹机、布轮等第三章阳极氧化目的：人为在制品表面生成(或加厚)氧化膜。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(0.53 卩 m 而软，耐磨性和着色性较差。因此，一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

13、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、Na2SiF4十酸、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

14、膜的处理方法有： 饱尔一福格耳法(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一一即把铝型材人为阳极置于电解液中， 利用电解 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 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：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：普通膜、硬质膜、瓷质膜、光干涉膜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： Al 3e Al3+60H3 战 0 + 302+2AI3 +302 Al 2O3 + 热量（399 卡）阴极： 2H+ + 2e 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条件：20%H2SO4水溶液，阳极电流密度DA = 1A/dm2,温度22C .2030 40 50