磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响_王强

磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响_王强
磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响_王强

第34卷第3期

2014年6月航空材料学报

JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS

Vol.34,No.3June 2014

磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶

封闭性能的影响

强,孙志华,詹中伟,王志申

(北京航空材料研究院,北京100095)

摘要:制备适用于铝合金阳极氧化封闭的溶胶凝胶封闭液,并研究磷酸三乙酯(TEP )对氧化膜层形貌、耐蚀性和漆膜结合力的影响。采用扫描电子显微镜(SEM )观察膜层的微观结构,应用电化学和盐雾试验方法研究了TEP 浓度对于膜层耐蚀性能的影响;使用划格法测试膜层的漆膜结合力。探讨了TEP 对溶胶凝胶封闭液的缓释机理和封闭机理。结果显示封闭液中TEP 的最佳浓度为2%(质量分数),封闭后阳极氧化膜层均匀致密,具有优于传统重铬酸盐封闭的耐蚀性。

关键词:铝合金;磷酸三乙酯;溶胶凝胶封闭;耐蚀性doi :10.11868/j.issn.1005-5053.2014.3.008中图分类号:TG174.3

文献标识码:A

文章编号:1005-

5053(2014)03-0048-09收稿日期:2013-10-22;修订日期:2014-04-07作者简介:王强(1985—),男,硕士,主要从事材料物理化学性质研究,

(E-mai )wangq0204@163.com 。2024铝合金硫酸阳极氧化生成的膜层疏松多孔,必须经过封闭后处理才具有良好的耐腐蚀作用。目前,常用的封闭后处理方法有沸水封闭、重铬酸盐

封闭、稀铬酸封闭和有机物质封闭等[1 5]

。但是,沸水封闭耐蚀性较差,不能满足耐蚀性要求较高的环

境[2]

;重铬酸盐封闭有重金属污染,而且需要排放大量污水,不能满足环境保护要求;有机物质封闭耐蚀性较好,但是却牺牲了阳极氧化膜与有机漆膜结合力良好的优点,而在航空标准中,漆膜结合力是氧化膜的一项重要指标。

经硅氧烷、金属醇盐水解和缩聚反应制备的有机无机杂化溶胶凝胶是一种新型材料,可以与金属、陶瓷或其他无机物质良好结合,具有很强的粘附力,同时该种材料对环境无危害,制备和施工流程简单,得到了广泛研究。有机无机杂化溶胶凝胶封闭阳极氧化膜层的机理主要是,硅氧烷反应生成的硅羟基(Si-OH )可以与铝合金表面的阳极氧化膜发生反应,反应后通过Al —O —Si 键连接,填充氧化膜间

隙,提高膜层的耐蚀性

[6 12]

。结合溶胶凝胶的优点,

使用其作为封闭液来处理阳极氧化膜是近几年的研究热点。周琦[13]

Capelossi [14]、Whelan [15]等尝试使用溶胶凝胶封闭阳

极氧化膜层,但制备的溶胶凝胶仅使用一种或多种硅氧烷作为前驱体,没有提高结合力的金属醇盐和提高耐蚀性的缓蚀剂,溶胶凝胶只是作为填充物,所以氧化膜的漆膜结合力和耐蚀性并不能满足航标使用要求。考虑到磷酸三乙酯所具有的缓蚀作用及自身有机结构特性,另外考虑到有机锆盐良好的水解和缩合反应特性,本研究在原有溶胶凝胶的基础上,通过磷酸三乙酯和正丙醇锆等物质的引入,并优化各成分配比和操作流程,获得具有优良漆膜结合力和耐蚀性的溶胶凝胶封闭工艺。

本研究采用正丙醇锆Zirconium n-propoxide (TPOZ )和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷-(3-glycidoxyproyl )trimethoxysilane (GTMS )作为前驱体,通过添加磷酸三乙酯Triethyl phosphate (TEP )对溶胶凝胶进行改性,分析不同浓度磷酸三乙酯对阳极氧化膜层耐蚀性的影响和溶胶凝胶封闭机理。

2

实验

2.1

实验材料

本研究中采用2024铝合金作为基材,金属试片

的尺寸为50mm ?100mm ?2mm 。试片使用机械打磨,表面粗糙度约为0.8μm 。

溶胶制备采用正丙醇锆Zirconium n -propoxide (TPOZ )(AKZ975,70%(质量分数,下同)正丙醇溶

第3期磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响

液)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷-(3-glyci-doxyproyl)trimethoxysilane(GTMS)(KH-560,分析纯,≥98%,)作为前驱体,磷酸三乙酯Triethyl phos-phate(TEP)(分析纯,≥98%,)作为缓蚀剂。

2.2铝合金阳极氧化膜层的制备

针对2024铝合金基材,采用以下参数利用阳极氧化膜层。

槽液:180g/L硫酸溶液;温度:室温;前处理:按航标要求进行除油、碱洗和出光;氧化电流密度:1.5A/dm2;氧化时间:30min。

对比试样按照航标要求,采用重铬酸钾溶液,加热封闭20min。

2.3溶胶凝胶制备及封闭处理

溶胶体系制备选择水和乙醇的混合物作为溶剂,制备双组分溶胶。组分一包含水和乙醇的混合物、乙酸和GTMS;组分二包含乙醇、乙酸和TPOZ。其中GTMS和TPOZ的摩尔比为3?1,GTMS占溶胶总质量的10%,乙酸和GTMS的摩尔比为1?4,水和乙醇的质量比为3?1。待两个组分的溶胶充分混合1h后,将组分二溶胶缓慢加入组分一当中,并不断搅拌,最后加入质量浓度分别为0%,1%,2%,3%和4%的磷酸三乙酯,充分混合,反应2h。

阳极氧化膜层的封闭采用浸泡方式,浸泡时间为5min,以1mm/s的速率将试片缓慢取出。每个试片浸泡一次,室温干燥。

2.4测试方法

采用扫描电子显微镜(Apollo300,Cam Scan,Britain),在25kV的工作电压下对2024铝合金阳极氧化封闭膜层表面和截面进行微观形貌的观察。

采用电化学工作站(PARSTAT2273,Princeton,America)检测膜层在3.5%NaCl溶液中的电化学性能。测试采用三电极体系,其中辅助电极选用铂电极,参比电极为饱和甘汞电极,试样浸入在电解质中的面积为1cm2。动电位极化测试的扫描速率为1mV·s-1,扫描范围从-0.3V到1.5V。电化学阻抗(EIS)测试在开路电位下进行,频率范围为100kHz 10mHz,共取50个实验点,正弦交流信号的幅值为10mV,EIS测试结果采用ZSimpwin软件进行拟合分析。在进行电化学测试前,先将试样在电解质溶液中浸泡30min以获得稳定的表面状态。采用盐雾试验箱(Q-Fog,Q-Lab,American)检测膜层的耐蚀性能,其中腐蚀介质为5%NaCl溶液。

3结果与讨论

3.1阳极氧化封闭涂层微观形貌

采用不同成分溶胶凝胶封闭后的2024铝合金阳极氧化膜表面微观形貌如图1所示。图1a未加入TEP的溶胶封闭后的膜层与图1b加入TEP (4%)封闭后的膜层表面微观形貌相似,仍看不到缺陷和不平整区域。由此可见,溶胶凝胶可以均匀涂覆于氧化膜表面,表面完整无缺陷。所以看出磷酸三乙酯的加入并不会改变溶胶的涂覆和流动性能,溶胶仍然可以完整涂覆于阳极氧化膜上

图1铝合金阳极氧化溶胶凝胶封闭膜层表面形貌(a)未加入磷酸三乙酯溶胶凝胶封闭;

(b)加入4%磷酸三乙酯溶胶凝胶封闭

Fig.1SEM images of anodized films with sol-gel sealing(a)undoped triethyl phosphate;

(b)doped4%triethyl phosphate

图2显示的是TEP浓度为2%的阳极氧化溶胶

凝胶封闭膜层(图2a)和未封闭阳极氧化膜层(图

2b)的截面形貌。从图中看到两个膜层均紧密的附

着在基体上,厚度约为15μm。针对未封闭膜层可

以清楚看到孔洞和疏松,为腐蚀介质的浸入提供通

道,耐蚀性差。然而经过溶胶凝胶封闭后,膜层致密

均匀,无孔洞和疏松区域,可以有效隔离腐蚀介质,

耐蚀性好。另外,膜层表面未发现残留溶胶凝胶膜,

这主要是由于溶胶凝胶渗透进入裂纹和缝隙当中,

使孔洞和疏松减少的缘故。

94

航空材料学报第34

图2阳极氧化膜层封闭后截面微观形貌(a)溶胶凝胶封闭;(b)未封闭Fig.2SEM image of cross-section result of the film(a)sol gel sealing;(b)not sealed

3.2极化曲线

图3为采用不同封闭方式阳极氧化膜层的动电

位极化曲线,从曲线可以看出,未封闭的铝合金阳极

氧化膜层的阳极极化电流随电位的升高快速上升,

极化电流较大,膜层迅速发生破坏。使用重铬酸盐

封闭的膜层阳极极化电流明显减小,当电位达到1.

5V时未发生膜层破坏。当使用未加入TEP的溶胶

凝胶封闭膜层时,膜层的阳极极化电流随电位的升

高上升较为缓慢,电流远低于未封闭的膜层。当溶

胶凝胶封闭液中TEP加入量达到1%时,阳极极化

电流进一步减小。当TEP达到2%时,阳极极化电

流达到最小值,并且小于重铬酸盐封闭膜层的极化

电流。继续增加TEP的加入量,极化电流逐渐变

大,当加入量达到4%时,膜层的极化电流甚至大于

未加入TEP封闭的膜层电流。因此,TEP的加入可

以显著改善溶胶凝胶封闭效果,其中2%为最佳浓

度,膜层性能优于传统重铬酸盐封闭膜层。但是过

量的TEP浓度,会使膜层性能恶化,这主要是由于

过量的TEP破坏了溶胶凝胶的性能,使封闭后缝隙

内产物的稳定性破坏,进而膜层的耐蚀性减弱

图3不同封闭方式阳极氧化膜层的动电位极化曲线Fig.3Potentiodynamic polarization curves of anodized films with different sealing methods

表1显示的是采用Tafel直线外推法得到的不同封闭方式阳极氧化膜层极化曲线的电化学参数:自腐蚀电位E corr、自腐蚀电流j corr、阳极曲线斜率b a 和阴极曲线斜率b c。从表中可以看到2%浓度的TEP溶胶凝胶封闭膜层的自腐蚀电位显著高于未封闭和其他浓度TEP溶胶凝胶封闭膜层的自腐蚀电位,也高于重铬酸盐封闭膜层的自腐蚀电位。2% TEP封闭膜层的自腐蚀电流同样显著小于其他封闭方式和未封闭膜层的自腐蚀电流。不同膜层的阳极曲线斜率b a和阴极曲线斜率b c值接近,反映了不同封闭方式对于膜层弱极化区的影响不大。综上所述,2%质量浓度是TEP加入量的最佳浓度,该条件下封闭阳极氧化膜层可以在较高电位下仍然有效保护基体。

3.3电化学阻抗谱

未封闭和使用不同封闭方式阳极氧化膜层在3.5%NaCl溶液中浸泡2h和168h的EIS图谱分别见图4和图5。

如图4a所示,在浸泡初期(2h),不同封闭方式膜层的Bode阻抗曲线形状类似,在低频端(0.01Hz)阻抗值满足以下规律:未封闭阻抗值为最低,随着溶胶凝胶中TEP量的增多,阻抗值先增大再减小,2%的TEP质量浓度封闭膜层阻抗值最高,达到106Ω·cm2,甚至高于重铬酸盐封闭膜层的阻抗值。由于低频端的阻抗值可以反映膜层对于腐蚀介质侵蚀金属的阻挡作用,所以可以证实,在浸泡初期,2%质量浓度的TEP溶胶凝胶是最佳的封闭液,耐蚀性能优于重铬酸盐封闭。

如图4b所示,在浸泡初期(2h),不同封闭膜层的Bode相位角图谱形状不同,大致可以分为三类。第一类为未封闭膜层,具有两个时间常数,分别位于低频和高频端,中频端相位角较高;第二类为重铬酸盐封闭膜层,具有一个时间常数,位于高频端,中频端相位角较低;第三类为溶胶凝胶封闭膜层,具有两个时间常数,分别位于低频端和高频端,中频端相位

05

第3期磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响

表1不同封闭方式阳极氧化膜层的极化曲线电化学参数

Table1Electrochemical parameters derived from polarization curves of anodized films with different sealing methods

Sealing methods E corr/(mV)j

corr /(A·cm-2)b

a

/(V·dec-1)b

c

/(V·dec-1)

Not sealed-6743.654?10-60.320.42 Dichromate-7562.235?10-80.310.32 0%TEP sol-gel-7114.362?10-70.210.26 1%TEP sol-gel-7064.056?10-80.340.21 2%TEP sol-gel-3052.412?10-90.260.19 3%TEP sol-gel-7511.036?10-70.360.19

4%TEP sol-gel-6571.235?10-70.260.

42

图4不同封闭方式阳极氧化膜层在3.5%NaCl溶液浸泡2h后的Bode图(a)阻抗曲线;(b)相位角曲线Fig.4Bode diagrams of anodized films with different sealing methods immersed in3.5%NaCl solution for2hours (a)impedance curve;(b)phase angle curve

角较低。未封闭膜层两个时间常数依次对应阳极化膜层电容和中间层电容,表明腐蚀介质已经通过阳极化膜孔洞到达基体表面,即将发生腐蚀;重铬酸盐封闭膜层只有一个时间常数,对应阳极化膜层电容,腐蚀介质不能穿过膜层,可以抑制腐蚀的发生;溶胶凝胶封闭膜层的两个时间常数依次对应溶胶凝胶封闭后残留于表面的膜层电容和阳极化膜层电容,同样腐蚀介质不能穿过膜层,抑制腐蚀的发生。

图5所示为不同封闭方式阳极化膜层浸泡168h后的Bode图谱。观察图5a阻抗曲线可知,低频端阻抗同样满足以下规律:未封闭膜层阻抗值最低,随着溶胶凝胶封闭液中TEP质量浓度的升高,膜层阻抗值先增大后减少,1%和2%TEP浓度膜层的阻抗值高于重铬酸盐封闭膜层阻抗值,其中2% TEP封闭膜层阻抗值最高,基本与浸泡2h相当。实验表明3.5%NaCl浸泡168h对2%TEP浓度溶胶凝胶封闭膜层耐蚀性几乎没有影响,该浓度下封闭效果最好,优于重铬酸盐封闭。

观察图5b Bode相位角图谱,根据形状可以将其分为两类。第一类为2%TEP浓度溶胶凝胶封闭膜层,具有两个时间常数,分别位于高频端和低频端(10-1Hz);第二类是其他膜层,具有三个时间常数,分别位于高频端、中频端和低频端(10-2 Hz)。第一类膜层的两个时间常数仍然对应溶胶凝胶残留膜层电容和阳极化膜层电容,腐蚀介质没有到达基体,未发生腐蚀;第二类膜层的三个时间常数依次对应阳极化膜层电容、中间层电容和双电层电容或者溶胶凝胶残留膜层电容、阳极化膜层电容和双电层电容,其中双电层电容位于低频端(10-2Hz)。双电层电容的出现表明基体已经腐蚀。再次证明2%质量浓度的TEP溶胶凝胶封闭膜层具有最佳的耐蚀性。

15

航空材料学报第34

图5不同封闭方式阳极氧化膜层在3.5%NaCl 溶液浸泡168h 后的Bode 图(a )阻抗曲线;(b )相位角曲线

Fig.5

Bode diagrams of anodized films with different sealing methods immersed in 3.5%NaCl solution for 168hours

(a )impedance curve ;(b )phase angle curve

综上所述,基于极化曲线和电化学阻抗谱分析,2%质量浓度TEP 溶胶凝胶封闭液是最佳封闭液,使用其封闭的阳极氧化膜层体现出优良的耐蚀性。

图6为2%TEP 溶胶凝胶封闭阳极化膜层在3.5%NaCl 溶液中浸泡不同时间的EIS 图谱,可以研究封闭膜层在腐蚀介质浸泡过程电化学性能的变化,并了解其机理。根据阻抗谱的变化,膜层在浸泡过程中的阻抗行为可分为两个阶段。第一阶段(2 336h )膜层浸泡的EIS 曲线形状类似,Nyquist 图谱都有两个半圆,具有两个时间常数。Bode 阻抗曲线的形状也类似,曲线在低频端︱Z ︱随频率的降低迅速上升,当频率为0.01Hz 时,︱Z ︱平台高度满足随浸泡时间增加而减小的规律,除了浸泡168h 时︱Z ︱突然增高。由于Bode 阻抗图谱低频端的︱Z ︱平台高度被认为可以评价膜层的孔洞电阻,上述现象表明随着浸泡时间的延长,膜层的耐蚀性能下降,而168h 低频阻抗的增高可能是TEP 缓

蚀剂起作用的结果。另外,

︱Z ︱随频率的降低迅速上升也表明在第一阶段膜层完好,基体没有发生腐蚀破坏。为了定量描述膜层在浸泡过程中的结构变化,采用等效电路模拟的方法对EIS 数据进行拟合,并提取相关电化学参数,参见图7。膜层第一阶段(2 336h )按照图7a 模拟,其中溶液电阻Rsol ,残留的溶胶凝胶膜层电容Q coat ,孔洞电阻Rpor ,阳极氧化膜层电容C oxide 和电阻Roxide ,双电层电容C dl ,电荷转移电阻Rct 。为了获得更好的拟合效果,溶胶凝胶膜层电容C coat 可用常相位元件Q coat 代替。第二阶段(336 672h )按照图7b 进行模拟,低频端︱Z ︱平台高度显著降低,另外,

Bode 阻抗图谱中低频端随频率的下降︱Z ︱值同样下降,这表明基体耐腐蚀作用减弱,可能已经发生腐蚀。Bode 相位角图谱中672h 曲线共有三个时间常数,其中出现的低频端新时间常数代表双电层电容,这同样意味着基体表面已经发生腐蚀反应

图62%TEP 溶胶凝胶封闭膜层在3.5%NaCl 溶液中浸泡不同时间的EIS 图谱(a )Nyquist 曲线;(b )阻抗曲线;(c )相位角曲线

Fig.6

EIS of anodized films with 2%TEP sol gel sealing during in 3.5%NaCl solution (a )Nyquist curve ;(b )impedance curve ;(c )phase angle curve

2

5

第3期

磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响

图7

膜层浸泡不同时间拟合电路(a )第一阶段(2 336h );(b )第二阶段(336 672h )

Fig.7

The fitting circuit of different films (a )the first stage (2 336h );(b )the second stage (336 672h )

图8是残留的溶胶凝胶膜层孔洞电阻Rpor ,

阳极氧化膜层电容C oxide 和电阻Roxide 随浸泡时间的变化曲线。从曲线中可以看出随着浸泡时间的延长,

除168h 外,

Rpor 和Roxide 逐渐减小,表明膜层的耐蚀性减弱。168h 时电阻增大,这主要是由于TEP 的缓

蚀作用,膜层耐蚀性增加。除168h 外,

C oxide 值随浸泡时间延长逐渐增大,主要原因是膜层发生退化,可能是由于氧化层厚度的减少或者介电常数的增加导致。168h 出现电容减少的现象,同样可以用缓蚀作用来解释

图8Rpor ,Roxide (a )和C oxide (b )随浸泡时间变化曲线Fig.8

Curves of Rpor ,Roxide (a )and C oxide (b )with time

3.4

中性盐雾试验

图9为未封闭和采用不同封闭方式膜层在5%NaCl 中性盐雾中500h 试验后的表面形貌。从图中可以看出盐雾试验500h 后,重铬酸盐封闭膜层、

1%和2%TEP 溶胶凝胶封闭膜层未出现腐蚀,未封闭阳极化膜层腐蚀严重,

0%TEP 溶胶凝胶封闭膜层出现较多点蚀坑,

3%和4%TEP 溶胶凝胶封闭膜层出现少量腐蚀区域。

因此,

1%和2%TEP 浓度溶胶凝胶封闭可以与重铬酸盐封闭达到相同耐蚀效果,都可以显著改善铝合金阳极氧化膜层的耐蚀性。同时可以进一步证实动电位极化和电化学阻抗试验的结论,即TEP 的加入可以有效改善溶胶凝胶封闭膜层的耐蚀性,而过量的TEP 对于封闭效果具有恶化作用,影响溶胶凝胶的稳定性,进而影响其耐蚀性。3.5漆膜结合力

图10为铝合金阳极氧化后采用重铬酸盐封闭和2%TEP 溶胶凝胶封闭后,涂覆无铬高固体份环氧底漆,按照GB /T 9286—1998漆膜划格试验,得到的膜

层漆膜结合力测试结果。试验结果显示,重铬酸盐和溶胶凝胶封闭膜层的漆膜结合力都达到了0级水平,溶胶凝胶封闭与传统封闭方式漆膜结合力水平相当。

因此,溶胶凝胶封闭可以改善铝合金与有机底漆的结合力,其效果与重铬酸盐封闭水平相当,耐蚀性也优于重铬酸盐封闭,可以作为重铬酸盐封闭的替代技术,从而减少重金属的排放和污染。3.6溶胶凝胶封闭机理

图11是溶胶凝胶封闭机理示意图,图12是溶胶凝胶封闭的反应方程。从图11中可以看出,金属锆盐和硅氧烷在催化剂的作用下发生水解反应,反应后的活性物质可以相互反应生成致密的有机-无机杂化物质,反应如图12a 所示,不同活性物质通过缩合反应结合起来。

金属锆盐、硅氧烷和TEP 水解后的活性基团可以与金属基体表面氧化物发生缩合反应形成M —O —Al 键(如图12b ),

强化了基体和氧化膜与溶胶凝胶的结合力。另外,环氧底漆可以与硅氧烷中的有机支链发生缩合反应,同样可以增强溶胶凝胶与有机底漆的结合

3

5

航空材料学报

第34卷力,反应式如图12c 所示,硅氧烷水解产物中的环氧基团与环氧底漆中的环氧基团发生缩合反应

[16]

图9不同封闭方式膜层在5%NaCl 中性盐雾中500h 试验后表面形貌(a )未封闭;(b )重铬酸盐封闭;

(c )0%TEP 溶胶凝胶封闭;(d )1%TEP 溶胶凝胶封闭;(e )2%TEP 溶胶凝胶封闭;

(f )3%TEP 溶胶凝胶封闭;(g )4%TEP 溶胶凝胶封闭

Fig.9

The surface appearance of different films in 5%NaCl neutral salt spray for 500h (a )not sealed ;(b )sealed with dichromate ;(c )doped 0%TEP ;(d )doped 1%TEP ;(e )doped 2%TEP ;(f )doped 3%TEP ;(g )doped 4%

TEP

图10重铬酸盐封闭与溶胶凝胶封闭结合力测试表面形貌(a )重铬酸盐封闭;(b )溶胶凝胶封闭

Fig.10

The surface appearance of binding force test of anodized films sealed with dichromate

(a )or sol gel (b )

通过图12中的三种反应,可以将有机底漆、溶

胶凝胶和金属基体通过化学键连接起来,结合更加牢固。另外,TEP 的加入为膜层引入磷酸根和磷酸酯,可以与金属基体和氧化物膜层之间形成化学阻隔层,进一步抑制腐蚀介质的浸入,起到缓蚀作用

图11溶胶凝胶封闭机理示意图

Fig.11

The schematic diagram of mechanism for sol gel sealing

4

5

第3期

磷酸三乙酯对铝合金阳极氧化膜溶胶凝胶封闭性能的影响

图12

溶胶凝胶封闭反应方程

Fig.12

The reaction equation of sol gel sealing

4结论

(1)采用溶胶凝胶作为封闭液,封闭2024铝合

金阳极氧化膜层,其漆膜结合力达到0级,膜层表面均匀致密。

(2)当封闭液中TEP 含量达到2%时,封闭后膜层达到最佳耐蚀效果,可以有效阻挡外界腐蚀介质的浸入。其耐蚀效果甚至优于传统污染严重的重铬酸盐封闭膜层,是绿色环保的无铬替代技术。

参考文献:

[1]张述林,王晓波,陈世波.LY12铝合金阳极氧化氧化膜

沸水封孔工艺条件的优化[J ].腐蚀与防护,2007,28(6):307-309.

(ZHANG S L ,WANG X B ,CHEN S B.Boiling seal process of anodized films on aluminum alloy LY12[J ].Corrosion &Protection ,2007,28(6):307-309.)[2]赵景茂,段立清,刘俊超.不同方法评价几种工艺封闭

的铝合金阳极氧化膜的耐蚀性[J ].腐蚀与防护,2010,35(5):508-511.

(ZHAO J M ,DUAN L Q ,LIU J C.Corrosion resistance e-valuation of anodic films on aluminum alloys sealed with several processes by different methods [J ].Corrosion &Protection ,2010,35(5):508-511.)

[3]赵鹏辉,左禹.硬脂酸封闭工艺参数对铝阳极氧化膜耐

蚀性的影响[

J ].材料保护,2002,31(1):36-39.(ZHAO P H ,ZUO Y.Effects of stearic acid sealing on cor-rosion resistance of anodized aluminum [J ].Materials Pro-tection ,2002,31(1):36-39.)

[4]费瑞梅.铝合金阳极化二重封闭工艺的研究[J ].材料

工程,

1995,(9):41-45.(FEI RM.Duplex sealing technique of the anodizing film

for aluminum and aluminum alloys [J ].Journal of Materi-als Engineering ,1995,(9):41-45.)

[5]费瑞梅,井玉兰.铝合金阳极化常温封闭工艺研究[

J ].材料工程,

1988,(8):17-20.(FEI RM ,JING Y L.Ambient temperature sealing tech-nology [J ].Journal of Materials Engineering ,1988,(8):17-20.)

[6]ROSERO N C ,PELLICE S A ,DURAN A ,et al .Corro-sion protection of aluminium alloy AA2024with cerium doped methacrylate-silica coatings [J ].Journal of Sol-Gel Science and Technology ,2009,52(1):31-40.

[7]SHI H W ,LIU F C ,HAN E H.Corrosion protection of

AZ91D magnesium alloy with sol-gel coating containing 2-methyl piperidine [J ].Progress in Organic Coatings ,2009,66(3):183-191.

[8]雅菁,徐明霞,徐廷献,等.溶胶-凝胶技术在氧化物薄膜

制备方面的应用[

J ].材料工程,1996,(5):21-23.(YA J ,XU M X ,XU T X ,et al .Application of sol-gel process in manufacturing oxide film [J ].Journal of Materi-als Engineering ,1996,(5):21-23.)

[9]LIU Y ,SUN D Z ,YOU H ,et al .Corrosion resistance

properties of organic-inorganic hybrid coatings on 2024alu-minum alloy [J ].Applied Surface Science ,2005,246(1/2/3):82-89.

[10]ZHENG S X ,LI J H.Inorganic-organic sol gel hybrid

coatings for corrosion protection of metals [J ].Journal of Sol-Gel Science and Technology ,2010,54(2):174-187.

[11]FENG Z ,LIU Y ,THOMPSON G E ,et al .Sol-gel coat-ings for corrosion protection of 1050aluminium alloy [J ].Electrochimica Acta ,2010,55(10):3518-3527.[12]丁新更,陈远,吴春春,等.KH570改性SiO 2复合耐腐

蚀涂层结构及性能[

J ].材料工程,2012(12):72-76.(DING X G ,CHEN Y ,WU C C ,et al .Hydrolyze-polymeri-

5

5

航空材料学报第34卷

zation process and anti-corrosion property of KH570-SiO

2 composite sol[J].Journal of Materials Engineering,2012(12):72-76.)

[13]周琦,贺春林,才庆魁,等.铝合金阳极氧化膜的勃姆石溶胶封闭[J].中国有色金属学报,2007,17(8):1385

-1390.

(ZHOU Q,HE C L,CAI Q K,et al.Sealing of anodized films on Al alloy with boehmite sol[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2007,17(8):1385-1390.)[14]CAPELOSSI VR,POELMAN P,RECLOUX I,et al.

Corrosion protection of clad2024aluminum alloy anodized

in tartaric-sulfuric acid bath and protected with hybrid sol-gel coating[J].Electrochimica Acta,2014,124:69-79.[15]WHELAN M,CASSIDY J,DUFFY B.Sol-gel sealing characteristics for corrosion resistance of anodized alumin-ium[J].Surface and Coatings Technology,2013,235:86

-96.

[16]ZHELUDKEVICH M L,SALVADO I M,FERREIRA M G.Sol-gel coatings for corrosion protection of metals[J].

Journal of Meterials Chemistry,2005(15):5099-5111.

Effect of Triethyl Phosphate on Performance of

Anodized Aluminum Alloy with Sol-Gel Sealing

WANG Qiang,SUN Zhi-hua,ZHAN Zhong-wei,WANG Zhi-shen

(Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)

Abstract:Sol-gel sealing fluids for sealing anodized films of aluminum alloy were fabricated.The effects of triethyl phosphate on per-formance of anodized films with sol-gel sealing on aluminum alloy were studied.The morphology of the films was obtained by scanning electron microscopy(SEM).The effects of triethyl phosphate concentration on corrosion resistance of anodized films was investigated by electrochemical impedance spectroscopy(EIS)and salt spray test.The adhesive force between the coating and the anodized films was estimated by scribe test,and the mechanism of corrosion inhibition and sealing evaluated.The results demonstrate that the optimal concentration of triethyl phosphate is2%(mass fraction),which makes the films uniform and dense;and demonstrate excellent corro-sion resistance.

Key words:aluminum alloy;triethyl phosphate;Sol-Gel Sealing;corrosion resistance

65

铝表面阳极氧化处理方法

铝表面阳极氧化处理方法 一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品,表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷,如灰尘、金属氧化物(天然的或高温下形成的氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(主要成分是脂肪酸和含氮的化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前,用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗,使其裸露纯净的金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。 (一)脱脂 铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。在这些方法中,以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。 表-1 脱脂及主要工艺 脱脂方法溶液组成用量g/L 温度/度时间min 后处理备注 有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适量常温或蒸汽适当无浸蚀 表面活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-80 适当. 水清洗无浸蚀 碱性溶液NaOH 50-200 40-80 0.5-3 水洗后用100-500g/L硝酸溶液中和及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化,硝酸可用稀硫酸+铬酸代替 十二水磷酸钠NaOH硅酸钠40-608-1225-30 60-70 3-5 水清洗NaOH可用40-50g/L 碳酸钠代替,总碱度按NaOH计算为1.6%-2.5% 多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂15.64.84.84.80.3ml0.1ml 60 12-15 水清洗使用前搅拌4个小时 十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂50-7025-353-5 75-85 3-5 水清洗 碳酸钠磷酸钠25-4025-40 75-85 适当水清洗 磷酸钠碳酸钠NaOH 20106 45-65 3-5 水清洗 强碱阻化除油剂40-60 70 5 水清洗除油不净可延长处理时间 酸性溶液硫酸50-300 60-80 1-3 水清洗 硝酸162-354 常温3-5 水清洗松化处理 磷酸硫酸表面活性剂3075 50-60 5-6 水清洗 磷酸(85%)丁醇异丙醇水100%40%30%20% 常温5-10 水清洗溶液组成以体积记 电解溶液阳极氧化用电解质常温适当交流电或阴极电流电解 NaOH 100-200 常温0.5-3 水清洗后中和铝制品为阴极,电流密度为4-8A/dm2 乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水8.0%0.25%0.5%2.25%89% 常温适当水清洗溶液组成以体积记

铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程

铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程(1) 铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程 1、主题内容与适用范围 本规程规定了铝及铝合金阳极氧化、着色、电泳生产的工艺和操作的技术要求及规范。 2、工艺流程(线路图) 基材→装挂→脱脂→碱蚀→中和→阳极氧化→电解着色→封孔→电泳涂漆→固化→卸料包装→入库 3、装挂: 3.1装挂前的准备。 3.1.1检查导电梁、导电杆等导电部位能否充分导电、并定期打磨、清洗或修理。 3.1.2准备好导电用的铝丝,并打磨导电杆 3.1.3检查传送带及相关设备是否正常。 3.1.4核对随料单或生产任务单的型号、长度、支数、颜色、膜厚等要求是否与订单及实物相符。 3.1.5根据型材规格(外接圆尺寸、外表面积等)确定装挂的支数和间距、色料间距控制在型材与型材间3公分左右,白料间距控制在型材与型材间2公分左右。

3.1.6选择合适的导电杆,在保证导电充分的前提下,导电斑痕最小。 3.2 装挂: 3.2.1装挂时应将型材均匀排布在导电杆有效区间、并上紧每一根料. 3.2.2装挂前应打磨净导电杆上的氧化膜,以防型材与挂具间的导电不良而影响氧化、着色或电泳。 3.2.3装挂时,严禁将型材全部装挂在挂具的下部或上部。 3.2.4装挂的型材必须保持一定的倾斜度(>5°)以利于电泳或着色时排气,减少斑点(气泡)。 3.2.5装挂时必须考虑型材装饰面和沟槽的朝向、防止色差、汽泡、麻点产生在装饰面上。 3.2.6易弯曲、变形的长型材,在型材的中间部位增加一支挂具或采用铝丝吊挂以防型材间碰擦或触碰槽内极板,而擦伤或烧伤型材表面。 3.2.7选用副导杆时,优先选用截面小的副杆,采用铝丝绑扎时,一定要间隔均匀,上紧铝丝防止因料移动而引起大面积的擦伤。 3.2.8截面大小、形状悬殊的型材严禁装挂在同一排上。 3.2.9装挂或搬运型材,必须戴好干净手套,轻拿轻放、爱护、防护好型材表面,严禁野蛮操作。

铝及铝合金阳极氧化性能介绍

为什么有些铝材可以阳极氧化着色有些铝材不可以阳极氧化着色? 一、阳极氧化的原理 阳极氧化处理是利用电化学的方法,在适当的电解液中,以合金零件为阳极,不锈钢、铬、或导电性电解液本身为阴极,在一定电压电流等条件下,使阳极发生氧化,从而使工件表面获得阳极氧化膜的过程。按其电解液的种类及膜层性质可分为硫酸(可以着色)、铬酸、(不需着色)、混酸、硬质(不能着色)和瓷质阳极氧化;根据各种阳极氧化膜的染色性能,只有硫酸阳极氧化获得的氧化膜最适宜染色;其他如草酸、瓷质阳极氧化膜(微弧氧化)虽能上色,但干扰色严重;铬酸阳极氧化膜或硬质氧化膜均不能上色;综合所述,要达到阳极氧化上色的目的,仅有硫酸阳极氧化可行。 二、硫酸阳极氧化对铝合金材质的限制 1 、合金元素的存在会使氧化膜质量下降,同样条件下,在纯铝上获得的氧化膜最厚,硬度最高,抗蚀性最佳,均匀度最好。铝合金材料,要想获得好的氧化效果,要确保铝的含量,通常情况下,以不低于95%为佳。 2、在合金中,铜会使氧化膜泛红色,破坏电解液质量,增加氧化缺陷;硅会使氧化膜变灰,特别是当含量超过4.5%时, 影响更明显;铁因本身特点,在阳极氧化后会以黑色斑点的形式存在。 三、铝合金基础知识工业中使用的铝合金有两大类,即变形铝合金和铸造铝合金。 1、变形铝合金不同牌号的变形铝合金具有不同的成分、热处理工艺和相应的加工形态,因此它们分别具有不同的阳极氧化特性。按照铝合金系,从强度最低1xxx 系纯铝到强度最高7xxx 系铝锌镁合金。 1xxx 系铝合金又称“纯铝” , 一般不用于硬质阳极氧化。但在光亮阳极氧化和保护性阳极氧化具有很好的特性。 2xxx 系铝合金又称“铝铜镁合金”,由于合金中的Al-Cu 金属间化合物在阳极氧化时易溶解,因此难以生成致密的阳极氧化膜,在保护性阳极氧化时,其耐腐蚀性更差,因此此系列的铝合金不易阳极氧化。 3xxx 系铝合金又称“铝锰合金”,不会使阳极氧化膜的耐腐蚀性下降,但是由于Al-M n 金属间化合物质点,会使阳极氧化膜呈现灰色或灰褐色。 4xxx 系铝合金又称“铝硅合金”,由于此合金含有硅成分,会使阳极氧化膜呈灰色,硅含量越高,颜色越深。因此也不易阳极氧化。 5xxx 系铝合金又称“铝美合金”,是一种用途较广的铝合金系,耐蚀性也好,可焊性也好。此系列铝合金可以阳极氧化,如果镁含量偏高时,其光亮度不够。典型的铝合金牌号:5052。 6xxx 系铝合金又称“铝镁硅合金”,在工程应用尤为重要,主要用于挤压型材,此系列合金可以做阳极氧化,典型的牌号:6063,6463(主要适用于光亮阳极氧化)。强度高的

铝合金阳极氧化膜的封闭及常见问题

铝合金阳极氧化膜的封闭及常见问题 1.前言 阳极氧化作为铝及铝合金表面应用最为广泛的一种处理技术,可以显著地改善铝及其合金的耐蚀性能,提高铝及其合金表面硬度和耐磨性.封闭是阳极氧化的一种后处理方法,是提高阳极氧化膜腐蚀性的必需工艺,同时它还可以防止染料褪色,提高染色膜的耐光性。本文简要介绍了常用封闭方法及封闭中常见问题。 2.封闭工艺分类 阳极氧化的封闭工艺常按不同方式分类:根据封闭液的成分,封闭温度以及封闭机理。 (1)按成分分类 按封闭液组成,有传统的封闭工艺,包括热水(沸水)封闭,蒸汽封闭,重铬酸钠或钾盐封闭,硅酸盐封闭,醋酸盐封闭及氟化镍封闭。新的封闭工艺有:醋酸钴封闭,三价铬盐(硫酸铬或醋酸铬),醋酸铈封闭,醋酸锆封闭,三乙醇胺基封闭,锂或镁盐封闭,高锰酸钾封闭,聚合物封闭,氧化型缓蚀剂封闭(钼酸盐,钒酸盐,钨酸盐,过硼酸盐等) (2)按操作温度分类 根据操作温度封闭一般分四类:高温封闭,中温封闭,低温封闭,常温封闭。蒸汽封闭,热水封闭和重铬酸盐封闭均在高温范围进行,其它的大多在中温范围,如硅酸盐封闭,二价或三价醋酸盐,三乙醇胺基封闭,氧化型缓蚀剂封闭。采用特殊配方,一些以金属的醋酸盐为基楚的封闭剂可以在低温下进行。由于节能及可以减少封闭灰,常温封闭正日益得到普及。最典型的为氟化镍盐封闭,通常在30度左右进行。

(3)按机理分类 按封闭机理可分为:热封闭,物理或化学浸渍,电化学封闭,缓蚀型封闭。 热封闭是在高于80度下将氧化铝转化成波姆铝。蒸汽封闭,热水封闭以及在中温下进行的金属醋酸盐型封闭都属此类。 重铬酸盐,硅酸盐,氟化镍冷封,聚合物封闭及其它有机封闭都属于化学或物理浸渍,阳极氧化膜的微孔通常被这些封闭成分填塞。 在电化学封闭过程中,有机成分通过电化学反应沉积到微孔中,或在电场作用下,缓蚀性的阴离子迁移到微孔中。电泳封闭是这类的一个典型例子。 缓蚀性封闭是指缓蚀剂通过热运动或扩散吸附到阳极氧化膜的微孔中,许多有机缓蚀剂和无机钝化剂可以帮助提高对外部环境的耐蚀性。 3.常用封闭方法 商业上应用的封闭剂一般由多种成分组成,它们起不同的作用,并且对封闭过程及耐蚀能力有协同作用。在封闭过程中膜孔内同时发生不同的反应。对复配的封闭剂来说,封闭机理是相当复杂的。因此对商业上应用的复配封闭剂来说,从机理上很难明确地进行分类。下面重点介绍工业上目前应用最广的2种封闭方法。 3.1醋酸镍封闭 醋酸镍盐封闭是为克服热水封闭的一些限制而发展起来的。镍醋酸封闭在北美尤其受到欢迎, 这是由于它的高质量。盐雾试验和酸溶解测试显示醋酸镍盐封闭可提供优良的耐腐性。锻铝阳极氧化后用醋酸镍盐封闭至少可通过 2000 小时盐雾测试在酸溶解试验中失重小于 10毫克/平方分米。醋酸镍盐封闭还能防止染料褪

铝合金阳极氧化缺陷明细表

目录 1.铝及铝合金氧化表面处理制品的表面缺陷 (4) Q001手印腐蚀 (5) Q002擦划伤 (6) Q003 粘连 (7) Q004砂粗 (8) Q005砂轻 (9) Q006脱脂不良 (10) Q007氧化气泡 (11) Q008脱膜不净 (12) Q009雪花状腐蚀 (13) Q010氧化白点 (14) Q011电伤 (15) Q012夹渣 (16) Q013氧化膜剥落 (17) Q014黑点 (18) Q015爆膜 (19) Q016封孔起彩 (20) Q017针孔腐蚀 (21) Q018色差 (22) Q019酸碱水腐蚀 (23) Q020封孔起灰 (24) Q021无漆膜 (25) Q022麻点 (26) Q023电泳气泡 (27) Q024氧化膜粉化 (28) Q025 复合膜发黄 (29) Q026凝胶粘附 (30) Q027漆留痕 (31)

Q028水斑 (32) Q029着色气泡 (33) 2.氧化表面处理制品的外观性能缺陷 (35) Q029封孔不合格 (36) Q030氧化膜厚度不达标 (37) Q031漆膜铅笔硬度不达标 (38) Q032漆膜耐腐蚀性不合格 (39) 3.氧化表面处理制品的尺寸精度 (40) Q033扎线痕超标 (41) Q034返工壁厚薄 (42)

前言 1.在铝及铝合金的氧化生产过程中,产生的各种缺陷,主要可分为三类,即氧 化表面处理制品的表面缺陷、氧化表面处理制品的形位尺寸缺陷、氧化表面处理制品的外观性能缺陷。 2.氧化表面处理制品的表面缺陷,在生产现场产生最多,废品率也最高。最主 要的有手印腐蚀、擦划伤、粘连、砂粗、砂轻、脱脂不良、氧化气泡、脱膜不净、雪花状腐蚀、氧化白点、电伤、夹渣、氧化膜剥落、麻点、爆膜、封孔起彩、针孔腐蚀、色差、酸碱水腐蚀、封孔起灰、无漆膜、麻点、电泳气泡、氧化膜粉化等。 3.氧化表面处理制品的尺寸缺陷,在生产中所占废品率不多,主要有返工壁厚 薄、扎线痕超标等。 4.氧化表面处理制品的外观性能缺陷主要有封孔不合格、氧化膜厚度不达标、 漆膜铅笔硬度不达标、漆膜耐腐蚀性不达标等 5.下面以列表的方式对各种缺陷的名称(英文对照按美国AA标准和数据技术 语篇)、起因、定义、特征及对策进行较为全面的说明,供广大技术人员、生产人员、质检人员作为工作和学习参考。

铝及铝合金的钝化

铝及铝合金的钝化 深圳雷邦磷化液工程部编辑 摘要:铝及铝合金工件,无论是化学氧化或阳极氧化得到的氧化膜都是多孔的,易污染的,抗蚀性亦差,即令膜染色后亦应进行钝化戍封闭处理,以提高其耐蚀性。 一、铝及铝合金化学氧化后钝化 铝及铝合金工件化学氧化膜钝化处理见表1。 表1 铝及铝合金化学氧化后钝化液配方及工艺条件 铝及铝合金阳极氧化后钝化膜处理见表2 三、铝及铝合金氧化膜封闭处理 1. 热水封闭 (1)原理 氧化膜表面和孔壁的Al2O3在热水(温度大于80℃)中发生水合反应,生成水合氧化铝,令氧化膜体积膨胀(膨胀率33%~100%),由于膜膨胀而使孔径变小最终封闭。反应式为: Al2O3 + H2O →2AlO(OH) →Al2O3 ·H2O 热水用蒸馏水或去离子水,不用自来水,因自来水易生水垢吸附于孔中令膜透明度下降。普通自来水中的Cl-、SO42+、PO43-、Cu2+均有封孔,因而有害。 (2)工艺 温度:95~100℃。 pH值:5. 5~6 (用乙酸调节)。 时间:10~30min。 2. 蒸汽封闭 (1)原理与热水封闭相同。 (2)特点封闭速度快,不受pH值影响,膜的耐蚀性高。在着色孔封闭时,染料损失比热水封闭时少。缺点是:压力容器费用高;大型工件封闭,不能连续操作,厚氧化膜处理时易破裂,成本较高。 (3)工艺

温度:100~110℃。 压力:0. 05~0. 1 MPa。 时间(按膜厚度计):4~5min/μm。 3金属盐封闭 将阳极氧化膜浸在金属盐溶液中进行封闭,称为金属盐封闭。所用金属盐有铁、钻、镍、辐、锌、铜、铝等醋酸盐,硝酸盐,硫酸盐。其封孔机理是:金属盐水溶液进人阳极氧化膜微细孔发生水解,产生氢氧化物沉淀,将孔封闭,目前常用有重铬酸盐封闭及水解盐封闭。 (1)重铬酸盐封闭 ①原理在重铬酸盐水溶液中,氧化吸附了重铬酸盐后发生化学反应,生成碱式铬酸铝[Al(OH)CrO4]和重铬酸铝[Al(OH)Cr2O7],这些生成物填充进膜孔隙,从而起到封孔作用。 ②溶液配方及工艺条件见表3. a. 工件要求封闭处理前,工件一定要清洗干净,以免将酸带入封闭槽中。此外,应防止工件与槽接触,以免破坏氧化膜。 b. 二对封闭液中杂质进行限制当SO42+ > 0. 2g/L时,可加人适量铬酸钙(CaCrO4)沉淀过滤排除,否则会令封闭工件色变淡且发白;当SO42+ > 0.02g/L时,可添加硫酸铝钾[K2Al2(SO4)4.24H2O]0.1~0.15g/L,否则会令封闭工件发白,耐蚀性下降。当C l- > 1.5 g/L时,封闭液需稀释或更换,否则会对工件氧化膜产生腐蚀。 (2)水解盐类封闭 ①原理利用金属盐被氧化膜吸附后,发生水解作用,生成氢氧化物沉淀,填充在孔隙内,达到封闭目的。常用金属盐有Co、Ni盐类,反应式为: NiSO4 + 2H2O →Ni(OH)2↓+ H2SO4 封孔过程如下。 a. 水合过程产物(透明物)将孔封住。 b. 加水分解。在微孔中产生氢氧化物沉淀。 c. 这些沉淀物与染料分子发生化学反应,形成金属铬合物。 ②水解盐封闭溶液配方及工艺条件见表4。

铝合金阳极氧化常见故障分析及预防

铝合金阳极氧化常见故障分析及预防 [摘要] 重点介绍铝合金硫酸阳极氧化工艺中经常发生的故障,分析故障产生的原因,采取有效预防措施,可以减少故障发生,保证其质量。 0 前言 铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极,以铅板作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解,使其表面生成氧化膜层。其中硫酸阳极氧化处理应用最为广泛。铝和铝合金硫酸阳极氧化氧化膜层有较高的吸附能力,易进行封孑L或着色处理,更加提高其抗蚀性和外观。阳极氧化膜层厚一般3~15μm,铝合金硫酸阳极氧化工艺操作简单,电解液稳定,成本也不高,是成熟的工艺方法,但在硫酸阳极化过程中往往免不了发生各种故障,影响氧化膜层质量。认真总结分析故障产生的原因并采取有效预防措施,对提高铝合金硫酸阳极氧化质量有重要 的现实意义。 1 常见故障及分析 (1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后,发生局部无氧化摸,呈现肉眼可见的黑斑或条 纹,氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。此类故障虽不多见但也有发生。 上述故障原因,一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关,或者与电解液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成,膜的质量也较佳。而铝硅合金或含铜量较高的铝合金,氧化膜则较难生成,且生成的膜发暗、发灰,光泽性不好。如果表面产生金属相的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或者热处理不当所造成各部分组织不均匀等,则易产生选择性氧化或选择性溶解。若铝合金中局部硅含量偏析,则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。另外,如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁等金属杂质离子含量过高,往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹,影响氧化膜的抗 蚀防护性能。 (2) 同槽处理的阳极氧化零件,有的无氧化膜或膜层轻薄或不完整,有的在夹具和零件接触处有烧损熔蚀现象。这类故障在流酸阳极氧化工艺实践中往往较多发生,严重影响铝合 金阳极氧化质量。 由于铝氧化膜的绝缘性较好,所以铝合金制件在阳极氧化处理前必须牢固地装挂在通用或专用夹具上,以保证良好的导电性。导电棒应选用铜或铜合金材料并要保证足够接触面积。夹具与零件接触处,既要保证电流自由通过,又要尽可能减少夹具和零件间的接触印痕。接触面积过小,电流密度太大,会产生过热易烧损零件和夹具。无氧化膜或膜层不完整等现象,主要是由于夹具和制件接触不好,导电不良或者是由于夹具上氧化膜层未彻底清除所致。

铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程

铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程

铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程 1、主题内容与适用范围 本规程规定了铝及铝合金阳极氧化、着色、电泳生产的工艺和操作的技术要求及规范。 2、工艺流程(线路图) 基材→装挂→脱脂→碱蚀→中和→阳极氧化→电解着色→封孔→电泳 涂漆→固化→卸料包装→入库 3、装挂: 3.1装挂前的准备。 3.1.1检查导电梁、导电杆等导电部位能否充分导电、并定期打磨、清洗或修理。 3.1.2准备好导电用的铝丝,并打磨导电杆 3.1.3检查传送带及相关设备是否正常。 3.1.4核对随料单或生产任务单的型号、长度、支数、颜色、膜厚等要求是否与订单及实物相符。 3.1.5根据型材规格(外接圆尺寸、外表面积等)确定装挂的支数和间距、色料间距控制在型材与型材间3公分左右,白料间距控制在型材与型材间2公分左右。 3.1.6选择合适的导电杆,在保证导电充分的前提下,导电斑痕最小。 3.2装挂: 3.2.1装挂时应将型材均匀排布在导电杆有效区间、并上紧每一根料. 3.2.2装挂前应打磨净导电杆上的氧化膜,以防型材与挂具间的导电不良而影响氧化、着色或电泳。 3.2.3装挂时,严禁将型材全部装挂在挂具的下部或上部。 3.2.4装挂的型材必须保持一定的倾斜度(>5°)以利于电泳或着色时排气,减少斑点(气泡)。

3.2.5装挂时必须考虑型材装饰面和沟槽的朝向、防止色差、汽泡、麻点产生在装饰面上。 3.2.6易弯曲、变形的长型材,在型材的中间部位增加一支挂具或采用铝丝吊挂以防型材间碰擦或触碰槽内极板,而擦伤或烧伤型材表面。 3.2.7选用副导杆时,优先选用截面小的副杆,采用铝丝绑扎时,一定要间隔均匀,上紧铝丝防止因料移动而引起大面积的擦伤。 3.2.8截面大小、形状悬殊的型材严禁装挂在同一排上。 3.2.9装挂或搬运型材,必须戴好干净手套,轻拿轻放、爱护、防护好型材表面,严禁野蛮操作。 3.2.10装挂或搬运型材时必须加强自检和互检,不合格的型材严禁装挂,表面沾有油污或铝屑(毛刺)的型材必须采取适当的措施处理干净。 3.2.11剔除不合格型材后,必须按订单支数及时补足。 3.2.12装挂区的型材不宜存放太久,以防废气腐蚀型材表面。 3.2.13认真填写《装挂记录》和《氧化工艺流程卡》上装挂部分的记录,准确计算填写每挂氧化面积,随时核对订单,确保型号、支数、颜色不出差错。 3.2.14认真做好交接班手续和工作区的环境卫生。 4、氧化台生产前的准备工作: 4.1检查各工艺槽的液面高度,根据化验报告单调整各槽液浓度,确保槽液始终符合工艺要求,并经常清除槽液中的污物。 4.2检查行车、冷冻机、整流器、循环酸泵、水泵、转移车、固化炉等设备是否正常,如有异常应及时排除,严禁带病运行。 4.3检查纯水洗槽和自来水洗槽的PH(或电导率)和洁净度、不符合工艺要求的应及时更换或补水溢流。 4.4打开碱蚀、热纯水槽、封孔槽的蒸汽或冷却水,打开氧化槽、着色槽、电泳槽的循环冷却系统,确保槽液均匀、温度达到工艺要求。 4.5检查罗茨风机和抽、排风机,并在生产前开启。 4.6认真核对《氧化工艺流程卡》,明确生产要求,准备好比色用色板。 5、氧化台操作的通用要求:

铝及铝合金阳极氧化

铝及铝合金阳极氧化、着色及封闭的现状和发展趋势 1前言 铝及其合金材料由于其高的强度/重量比,易成型加工以及优异的物理、化学性能,成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。然而,铝合金材料硬度低、耐磨性差,常发生磨蚀破损,因此,铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性,减少磨蚀,延长其使用寿命。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层,以显著改变铝合金的耐蚀性,提高硬度、耐磨性和装饰性能。 阳极氧化是国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及铝合金电解着色所获得的色膜具有良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性,广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀。然而,铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力,容易受污染和腐蚀介质侵蚀,心须进行封孔处理,以提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体。 2铝及铝合金的阳极氧化 2.1普通阳极氧化 铝及其合金经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al2O3膜,使用不同的阳极氧化液,得到的Al2O3膜结构不同。阳极氧化时,铝表面的氧化膜的成长包含两个过程:膜的电化学生成和化学溶解过程。只有膜的成长速度大于溶解速度时,氧化膜才能成长、加厚。普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等,以下介绍一些普通阳极氧化新工艺。 2.1.1宽温快速阳极氧化[1] 硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下,当溶液的温度高于25℃时,氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差,因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进,改进后的溶液配方为: 硫酸(ρ=1.84g/cm3)150-200g/L(最佳值160g/L)CK-LY添加剂20-35g/L (最佳值30g/L)铝离子0.5-20g/L(最佳值5g/L) CK-LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐,前者能提高电解液的工作温度,抑制阳极氧化膜的化学溶解,在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用;后者能增强电解液的导电性,提高电流密度,加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸电解液,对电解液中的金属离子有络合作用,使溶液中铝离子的容忍量提高,氧化液的寿命延长,操作温度可达30℃以上,而普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机;同时减少了氧化时间,并可获得高质量的氧化膜。 2.1.2硼酸-硫酸阳极氧化[2] 硼酸-硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新工艺。硼酸-硫酸阳极氧化溶液的组成为:45g/L H2SO4+8g/L H3BO3。阳极氧化膜退膜溶液:按ASTMB137(美国实验材料标准)规定溶液,即:20g/L CrO3+35mL/L H3PO4。 2.1.3其它方面工艺的改进 巩运兰等对铝在铬酸中高电压阳极氧化进行了研究[3],结果表明,铬酸体系高电压阳极氧化得到的氧化膜多孔,膜孔径极不规整,呈树枝状,浓度对孔径和膜厚都有影响。

铝合金阳极氧化与表面处理技术

铝合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,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、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。

关于铝合金封孔方法

铝型材封孔方法简介 学习和培训过程中对铝型材表面处理过程尤其是阳极氧化,电解着色,表面封孔,电泳涂漆非常的感兴趣,现在结合自己目前所学知识简单的说下铝型材需要封孔的原因和几种常见封孔方法,不足和错误之处恳求指正点拨。 铝合金制品的应用范围非常的广泛,在我们身边日常接触的有门窗型材,幕墙型材,通用型材,工业型材等。但是铝制品有个缺点——容易被腐蚀,为避免铝合金制品的腐蚀,实际工业生产中普遍应用阳极氧化技术,阳极氧化技术就是在铝合金型材的表面形成一层致密的氧化膜来隔离腐蚀介质达到保护铝基和其他表面装饰。经过阳极氧化处理后的铝合金材料具有硬度高,绝缘,绝热,耐腐蚀等优点。 但是还有一个问题,阳极氧化膜是呈现多孔的层状结构,具有较强的物理吸附能力和化学活性,特别是在高腐蚀性环境中,腐蚀介质容易渗透氧化膜孔洞导致底部铝基体的破坏,所以在工业上经过阳极氧化后的铝材不管着色与否,都需要进行封孔的操作,封孔操作不仅可以加强氧化膜抗腐蚀,抗耐磨,隔热的特点,而且能减弱氧化膜对油污和杂质的吸附。 工业上比较常见常用的封孔操作方法有4种:高温封孔,冷封孔,中温封孔,有机物封孔。下面简单介绍下各自的特点。 1、高温封孔,高温封孔又叫沸水封孔,是通过铝制品表面的氧化膜(AL2O3)的水合反应生成勃姆体,勃姆体耐腐蚀性好,而且水合反应时氧化膜分子体积膨胀使氧化膜微孔封闭。该方法工艺简单,封孔质量非常的高。但是能耗非常的大(水温95℃以上),要求水质为纯水,封孔的速度3-5MIN/UM,效率不高,封孔成本相对很高。 2、冷封孔,冷封孔不需要加热,在室温下就可以操作,所以又叫室温封孔。冷封孔一般用氟化镍,主要依靠正二价的镍离子和负一价的氟离子。冷封孔能耗低,1-1.5UM/MIN,封孔速度快,质量良好。不足之处是化学药品消耗大,干扰因素很多,较多的氟化物使后续污水处理困难,在目前环保要求非常严格的情况下不适应形势。 3、中温封孔,中温封孔指的是封孔的温度在高温封孔和冷封孔二者之间的一种封孔技术,由于这种特点,中温封孔具有很多前二者没有的优点。中温封孔温度要求不高,消耗能耗低,1-1.3UM/MIN的封孔速度,效率比较的高,封孔效果也很优良。而且主封孔剂为醋酸镍,稳定性好,容易控制,满足国家的环保要求。 4、有机物封孔,电泳就是有机物封孔的最好例子,即在铝材氧化膜上涂上一层有机聚合物涂层。 以上就是几种封孔方法的简单介绍了,未来封孔技术的发展肯定是朝着低能耗,低污染,高效率,高品质,易操作的方向发展。

铝合金阳极氧化与表面处理技术

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,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、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。 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。

铝型材阳极氧化时封孔工艺优化与封孔槽的维护

铝型材阳极氧化时封孔工艺优化与封孔槽的维护 铝材常温封孔质量的影响因素有:封孔液中的封孔物质镍盐、氟离子、封孔添加剂及其含量,这3个因素是决定铝材封孔质量效果的关键性因素:溶液的PH 值、温度和封孔时间是影响铝型材封孔质量的重要条件因素;而提高槽液的洁净度、减小杂质的含量是铝材封孔质量的重要保证、经过试验表明,保证铝材常温封孔质量适宜生产工艺条件很重要。 封孔工艺的优化 工艺流程一般工业上均采用如下的生产工艺流程:常温脱脂→水洗→碱蚀→水洗→水洗→出光→水洗→水洗→阳极氧化→二次水洗→封孔→二次水洗2.2实验材料与仪器试验用铝合金材料为6063型材料,所用试剂和药品均为一般工厂所用,封孔添加剂为笔者试验研究配制而成。 1.硫酸浓度优化:生产实践表明,当其它工艺条件不变时,随着硫酸浓度的增大,阳极氧化过程中硫酸对氧化膜的溶解作用明显加强,氧化膜孔锥度加大,封孔变得困难,因而封孔时间需要适当延长。一般情况下,硫酸浓度超过185g/L 即对厚膜的染斑试验产生明显影响,但硫酸溶度过低,阳极氧化膜着色性能不佳,故实际生产中,需要权衡控制在合理范围内。 2.镍离子溶度优化:封孔是通过镍离子进入氧化膜孔、水解沉淀得以实现的。镍氟体系常温快速封孔的机理是溶解一沉积反应,反应产物(塞孔物质)主要由Ni(OH)、A1OOH、AlF3组成,是金属盐的水解沉积、水化反应和形成化学转化膜三种作用的综合结果。镍离子填充速度直接影响封孔速度,其含量对封孔质量影响很大,镍离子溶度越高,封孔质量越好。但是常温封孔对坯料挤压色差掩盖作用十分有限,含量过高氧化膜底色发青,色差明显。故镍离子浓度控制在1.0~1.3g/L为宜,实际生产中镍离子在0.9g/L以上即可保证封孔质量。 3.氟离子溶度优化:氟离子对氧化膜起电中和作用,膜表面电性转负,有利于镍离子向孔内扩散和水解。另一方面,氟离子半径小,可以吸附在膜孔内,与孔壁的氧化膜反应生成氟铝络合物,从而使孔内铝离子积累和pH升高,有利于Ni向膜孔内表面的迁移和水解,生产实践表明,氟离子浓度在0.3~0.6g/L为宜,过高易起粉,过低则封孔不良。同时在封孔过程中,氟离子消耗速度比镍离子快,故需经常补充,但不推荐单独添加氟化氨或氟化氢铵,一则易造成槽液老化;二则易引起槽液PH起伏过大;三则添加物易与镍离子起络合反应造成实际补充到槽液中的游离态氟离子十分有限。 4.PH值优化:提高槽液pH值,能有效降低氟离子消耗,促进镍离子的吸收,封孔质量提高。但pH值太高时镍盐易水解,槽液浑浊严重,型材表面容易产生白灰,槽液pH值太低时,不足以造成镍盐水解,达不到封孔效果。依生产实践,新槽PH一般控制在 5.8- 6.2封孔效果比较好,老槽PH控制在6.0-6.5为宜。

铝合金阳极氧化前处理工艺

铝合金阳极氧化前处理工艺是决定产品外观质量的重要环节,型材机械纹的去除、起砂、亚光、增光等多种质量要求均由前处理工艺决定。传统的前处理工艺分为三种:(1)、碱蚀工艺:由除油→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→氧化组成,即型材经除油后,在碱蚀槽中经碱蚀处理去除机械纹和自然氧化膜、起砂,然后经出光槽除去表面黑灰,即可进行阳极氧化。该工艺的核心工序是碱蚀,型材的表面平整度、起砂的好坏等均由该工序决定。为了达到整平机械纹的目的,一般需碱蚀12-15分钟,铝耗达40-50Kg/T,碱耗达50Kg/T。如此高的铝耗,既浪费资源,又带来严重的环保问题,增加废水处理成本。该工艺已采用了100多年,全球大部分铝材厂沿用至今,直到近两年,才由酸蚀逐渐取代。 (2)、酸蚀工艺:由除油→水洗→酸蚀→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→氧化组成。型材经除油后先酸蚀,后碱蚀,出光,完成前处理。该工艺的核心工序是酸蚀,去机械纹、起砂等均由酸蚀决定。不同于碱蚀,酸蚀的最大优点是去机械纹能力强、起砂快、铝耗低,一般3-5分钟即可完成,铝耗几乎是碱蚀的1/8-1/6。从工作效率和节约资源的角度看,酸蚀无疑是碱蚀工艺的一大进步。然而,酸蚀的环保问题更加突出:酸槽的有毒气体HF的逸出及水洗槽Fˉ的污染。氟化物一般都有剧毒,处理更加困难。另外,酸蚀处理后,型材外观发黑发暗,尽管不得已延续了碱蚀和出光,可增亮一些,但仍然很暗,既增加了工序,又损失了光泽,这些问题至今还没有有效的解决方案。 (3)、抛光工艺:由除油→水洗→抛光→水洗组成,型材经除油后即放入抛光槽,经2-5分钟抛光后,可形成镜面,水洗后可直接氧化。该工艺的核心工序是抛光,去纹、镜面都在抛光槽完成。抛光具有铝耗低、型材光亮的优点,但抛光槽的NOx的逸出,造成严重的环境污染及操作工的身体伤害,同时,昂贵的化工原料成本等因素也制约了该工艺的推广。通观上述三种工艺,虽各有特点,但缺点也比较突出,如碱蚀铝耗高、碱渣多、工效低;酸蚀氟化物污染、型材发暗;抛光污染严重,成本过高等等。这些工艺要么污染了环境,要么浪费了铝资源,要么降低了铝材表面质量,亟待进行工艺改进。 二、整平光亮工艺所谓整平光亮工艺,是继抛光、碱蚀、酸蚀之后推出的一项 新的表面前处理工艺,是对碱蚀、酸蚀工艺的深刻改造和变革,它既具有酸蚀铝耗低、去机械纹能力强、起砂快的优点,又具有抛光的亮丽,但却根本杜绝了抛光NOx污染、酸蚀氟化物污染、碱蚀碱渣污染等弊端,是一项颇具前途、具有革命性的新工艺。 (一)、工艺流程整平光亮工艺比酸蚀、碱蚀要简单得多,甚至比抛光工艺都简单,主要由下述工序组成:整平光亮→水洗→氧化。本工艺的核心是整平光亮,整平机械纹、起砂、光亮等均由整平光亮槽完成,整平光亮后即可氧化,省去除油、碱蚀、中和等工序。 (二)、型材外观经过整平光亮技术处理过的型材具有三大特点:1、平整:在整平剂作用下,1-5分钟内,可完全去掉机械纹,表面特别平整。2、细砂:在起砂剂的作用下,型材表面起了一层均匀细砂,是喷砂和酸蚀技术很难达到的。3、光亮:在光亮剂的作用下,型材表面非常光亮,几乎可跟抛光材媲美。 (三)、适用范围1、建筑型材:银白料经整平光亮后,表面非常平整、光亮、砂粒细腻均匀;着色、染色与整平光亮技术的结合,使得型材表面象经过打蜡处理后一样鲜艳;电泳与整平光亮技术的结合能大幅度提高型材档次。2、工业用材:汽车轮毂、自行车圈、自行车架等用铝合金制成的各类工业用材都可用整平光亮技术处理,以取代机械抛光,提高生产效率及产品档次。3、家用电器:很多家用电器铝制外壳,都可借助本技术提高外观质量。灯饰及装饰用材也可借用本技术。 (四)、工艺规范1、开槽:整平光亮液(开槽液) 2、生产:温度:95-110℃时间:1-5min 3、添加:当槽液液面不能满足生产要求时,应及时补充添加液。补充添加液时一定要补充到初始液位。添加后,应充分搅拌槽液,然后开始生产。 4、管理:整平光亮槽管理非常

阳极氧化常见问题分析

铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极,以铅板作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解,使其表面生成氧化膜层。其中硫酸阳极氧化处理应用最为广泛。铝和铝合金硫酸阳极氧化氧化膜层有较高的吸附能力,易进行封孔或着色处理,更加提高其抗蚀性和外观。阳极氧化膜层厚一般3~15μm,铝合金硫酸阳极氧化工艺操作简单,电解液稳定,成本也不高,是成熟的工艺方法,但在硫酸阳极化过程中往往免不了发生各种故障,影响氧化膜层质量。认真总结分析故障产生的原因并采取有效预防措施,对提高铝合金硫酸阳极氧化质量有重要的现实意义。 1常见故障及分析 (1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后,发生局部无氧化膜,呈现肉眼可见的黑斑或条纹,氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。此类故障虽不多见但也有发生。 上述故障原因,一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关,或者与电解液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成,膜的质量也较佳。而铝硅合金或含铜量较高的铝合金,氧化膜则较难生成,且生成的膜发暗、发灰,光泽性不好。如果表面产生金属相的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或者热处理不当所造成各部分组织不均匀等,则易产生选择性氧化或选择性溶解。若铝合金中局部硅含量偏析,则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。另外,如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁等金属杂质离子含量过高,往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹,影响氧化膜的抗蚀防护性能。 (2)同槽处理的阳极氧化零件,有的无氧化膜或膜层轻薄或不完整,有的在夹具和零件接触处有烧损熔蚀现象。这类故障在流酸阳极氧化工艺实践中往往较多发生,严重影响铝合金阳极氧化质量。 由于铝氧化膜的绝缘性较好,所以铝合金制件在阳极氧化处理前必须牢固地装挂在通用或专用夹具上,以保证良好的导电性。导电棒应选用铜或铜合金材料并要保证足够接触面积。夹具与零件接触处,既要保证电流自由通过,又要尽可能减少夹具和零件间的接触印痕。接触面积过小,电流密度太大,会产生过热易烧损零件和夹具。无氧化膜或膜层不完整等现象,主要是由于夹具和制件接触不好,导电不良或者是由于夹具上氧化膜层未彻底清除所致。 (3)铝合金硫酸阳极氧化处理后,氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉,特别是填充封闭后,制件表面出现严重粉层,抗蚀性低劣。这一类故障多发生在夏季,尤其是没有冷却装置的硫酸阳极化槽,往往处理1-2槽零件后,疏松粉化现象就会出现,明显地影响氧化膜的质量。 由于铝合金阳极氧化膜电阻很大,在阳极氧化工艺过程中会产生大量焦耳热,槽电压越高产生热量越大,从而导致电解液温度不断上升。所以在阳极氧化过程中,必须采用搅拌或冷却装置使电解液温度保持在一定范围。一般情况下,温度应控制在13~26℃,氧化膜质量较佳。若电解液温度超过30℃,氧化膜会产生疏松粉化,膜层质量低劣,严重时发生“烧焦”现象。另外,当电解液温度恒定时,阳极电流密度也必须予以限制,因为阳极电流密度过高,温升剧烈,氧化膜也易疏松呈粉状或砂粒状,对氧化膜质量十分不利。 (4)偶然发生铝合金硫酸阳极氧化后氧化膜暗淡无光,有时产生点状腐蚀,严重时黑色点状腐蚀显著,导致零件报废,引起较大损失。

铝合金的阳极氧化

铝合金的阳极氧化 摘要:阳极氧化是指在适当的电解液中,以金属作为阳极,在外加电流作用下,使其表面生成氧化膜的方法。铝及铝合金的阳极氧化所用的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液,铅为阴极,仅起导电作用。本文主要介绍铝合金分别在40min 和60min下进行阳极氧化的实验过程及结果分析。 关键词:铝合金阳极氧化氧化膜厚度 前言 铝合金的阳极氧化处理和表面涂覆技术是铝合金扩大应用范围、延长使用期限的关键,表面技术一直受到我国铝合金材料工业特别关注,并且已经取得了巨大的进步和发展。 阳极氧化是现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。铝及其合金材料广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀,它的易成型加工以及优异的物理、化学性能,成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层,以显著改变铝合金的耐蚀性,提高硬度、耐磨性和装饰性能。 铝合金阳极氧化氧化膜的应用: (1)多孔材料:利用氧化膜的多孔性,可在微孔中沉积功能性微粒,得到功能性材料。多孔结构可使膜层表现出良好的吸附能力,可作为涂镀层的底层,也可将氧化膜染色,提高金属的装饰效果。 (2)耐磨材料:铝氧化膜具有很高的强度,可以提高金属表面的耐磨性。(3)耐蚀材料:铝氧化膜在空气中很稳定,具有较好的耐蚀性。 (4)电绝缘材料:用作电解电容器的电介质或电器制品的绝缘层。 (5)绝热材料:铝氧化膜是很好的绝热层,稳定性可达1500℃,且氧化膜的热导率很低,可防止铝的熔化。 (6)阳极氧化膜与基体金属的结合力很强,很难用机械方法将它们分开。 工艺

除油→热水洗→冷水洗→除锈→冷水洗→阳极氧化→取出热水封闭→检测 实验方案 第一步:样品准备 准备铝合金样品,用游标卡尺测其浸入电解液中的大概面积,计算出阳极氧化时需要控制的电流大小。 第二步:实验试剂配制 1、除油液配制:白猫洗涤剂2~3滴磷酸钠:25g/L 氢氧化钠: 5g/L 硅酸钠:10g/L 2、硝酸:250ml/L 3、硫酸:180g/L 第三步:除油 1、水浴锅加热温度:70℃ 铝合金除油时间:1min 2、热水洗 3、冷水洗 第四步:除锈 酸洗:硝酸250ml/L 室温下:30s 取出冷水洗,最好密封在冷水中防止在空气里氧化 第五步;阳极氧化 将试样取出接上电源做为阳极,用铅做阴极,本次实验中电流大致控制在0.4A 左右,最初的电流会很大,后来电流会变小,实验过程中要调节电源控制好电流。铅—阴极电压:10~22V 电流密度:0.5~2.5A/dm2 阳极氧化膜形成机理: 阳极反应: H2O-2e→O+2H+2Al+3O→Al2O3 阴极反应: 2H++2e→H2↑ 氧化膜的生成与溶解同时进行,氧化初期,膜的生成速度大于溶解速度,膜的厚

相关文档
最新文档