铝制品的阳极氧化处理的应用.doc

铝制品的阳极氧化处理的应用铝（纯铝）及铝合金（硅铝、镁铝）其表面形成的硬化膜-阳极氧化膜，具有高硬度，其显微硬度为HV=350500KG/平方毫米（比基体硬度提高400倍），厚度为3555m左右。由于氧化膜具有防腐、防护、装饰及具有耐磨性、绝缘性（当膜厚度为35m时，其击穿电压为450V，如采用酚醛树脂封孔，其击穿电压可提高12倍，绝缘电阻值为5001000K）。因而广泛应用于工业（如汽缸筒、活塞）和电子（如超声高频焊头）、电器产品上。又由于氧化膜具有良好吸附性与涂层及有机层能牢固结合，因而常用作于家庭不粘厨具、煲类及煎锅类产品上，在酸性电解液中，以铝为阳极，经过电解使铝表面产生氧化膜的材料保护技术。铝的阳极氧化有多种电解液，但基本上是以硫酸、铬酸、乙二酸或硼酸为主要组分配制的。其中最常用的是硫酸基的。电源可采用直流、交流或交变直流的。电压在 525伏间，温度低于25。电解过程中，氧的阴离子与铝作用产生氧化膜。这种膜初形成时还不够细密，有一定的电阻，使电解液中的负氧离子仍能到达铝表面继续形成氧化膜。随着膜厚度的增长，电阻变大，电解电流变小，而与电解液接触的外层氧化膜同时发生化学溶解，在铝表面形成氧化物的速度渐与化学溶解的速度平衡时，这一氧化膜便可达到这一电解参数下的最大厚度。铝的阳极氧化膜的结构与其他转化膜有所不同,靠近基体金属部分的是0.010.1微米的致密层，其上是许多空心六角柱体所构成的蜂房状层，总厚度为2100微米不等。由各种电解液产生的阳极氧化膜色调不一，有的是整体着色的，多用于建筑工业，有的可以染料着色或利用水解和复分解的方法，使形成的颜料沉积在六角柱的空心部分，增加美感。最后还需要进行封闭和烘干。有阳极氧化铝膜的铝材，抗蚀性有时优于经过铬酸盐处理的铝材。这种铝材除在建筑工业和日用五金产品方面广泛使用外，也用于飞机、汽车、民用船舶。利用低温、溶解力微弱的电解液和较高的电压（100150伏），可形成工程用的硬质阳极氧化膜，用于与纤维、纸张和橡胶接触的机械零件和液压元件。在普通阳极氧化铝层的六角柱体空洞中填充聚四氟乙烯，可以获得摩擦系数极低的零件。铝（纯铝）及铝合金（硅铝、镁铝）其表面形成的硬化膜-阳极氧化膜，具有高硬度，其显微硬度为HV=350500KG/平方毫米（比基体硬度提高400倍），厚度为3555m左右。由于氧化膜具有防腐、防护、装饰及具有耐磨性、绝缘性（当膜厚度为35m时，其击穿电压为450V，如采用酚醛树脂封孔，其击穿电压可提高12倍，绝缘电阻值为5001000K）。因而广泛应用于工业（如汽缸筒、活塞）和电子（如超声高频焊头）、电器产品上。又由于氧化膜具有良好吸附性与涂层及有机层能牢固结合，因而常用作于家庭不粘厨具、煲类及煎锅类产品上在酸性电解液中，以铝为阳极，经过电解使铝表面产生氧化膜的材料保护技术。铝的阳极氧化有多种电解液，但基本上是以硫酸、铬酸、乙二酸或硼酸为主要组分配制的。其中最常用的是硫酸基的。电源可采用直流、交流或交变直流的。电压在 525伏间，温度低于25。电解过程中，氧的阴离子与铝作用产生氧化膜。这种膜初形成时还不够细密，有一定的电阻，使电解液中的负氧离子仍能到达铝表面继续形成氧化膜。随着膜厚度的增长，电阻变大，电解电流变小，而与电解液接触的外层氧化膜同时发生化学溶解，在铝表面形成氧化物的速度渐与化学溶解的速度平衡时，这一氧化膜便可达到这一电解参数下的最大厚度。铝的阳极氧化膜的结构与其他转化膜有所不同,靠近基体金属部分的是0.010.1微米的致密层，其上是许多空心六角柱体所构成的蜂房状层，总厚度为2100微米不等。由各种电解液产生的阳极氧化膜色调不一，有的是整体着色的，多用于建筑工业，有的可以染料着色或利用水解和复分解的方法，使形成的颜料沉积在六角柱的空心部分，增加美感。最后还需要进行封闭和烘干。有阳极氧化铝膜的铝材，抗蚀性有时优于经过铬酸盐处理的铝材。这种铝材除在建筑工业和日用五金产品方面广泛使用外，也用于飞机、汽车、民用船舶。利用低温、溶解力微弱的电解液和较高的电压（100150伏），可形成工程用的硬质阳极氧化膜，用于与纤维、纸张和橡胶接触的机械零件和液压元件。在普通阳极氧化铝层的六角柱体空洞中填充聚四氟乙烯，可以获得摩擦系数极低的零件。工作原理(三):染色前處理Al2O3膜生成后,並不宜立刻染色,因為Al2O3為無機物質,而染料為有機物質,兩者之間結合不易.所以必須於染色前在工件表面覆蓋一層兼具無/有機物質化性的即“界面活性剂,以利Al2O3染料結合好处：防静电 表面镁光！ 赖磨！半导体设备上很多小铝件都要阳极化处理，可能是为了增加硬度，减小磨损。不过最常用的表面处理技术还是化学镀镍，铝件镀镍以后很像不锈钢很漂亮铝阳极氧化的定义按照国家标准是：一种电解氧化过程，在该过程中铝或铝 合金的表面通常转化为一层氧化膜，这层膜具有防护性、装饰性以及一些其他的 功能特性。从这个定义出发的铝的阳极氧化，只包括生成阳极氧化膜的这一部分 工艺过程。顾名思义，铝在电解槽液中应该作为阳极连接到外电源的正极，电解 槽液的阴极连接到外电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反 应。铝在这种阳极氧化过程中同时存在氧化膜形成和溶解的两个对立的反应，最 终的表面状态视上述两个反应速度的相对大小决定的。 铝阳极氧化的分类可以按照铝材的最终用途分为建筑用铝阳极氧化、装饰用 铝阳极氧化、腐蚀保护用铝阳极氧化、电绝缘用铝阳极氧化和工程用铝阳极氧化 （如硬质阳极氧化）等。由于其不同的使用目的和不同的性能要求，应该采用不同 的电解溶液成分、电源特征和工艺参数。另外从阳极氧化工艺控制出发，有定电 压阳极氧化或定电流（密度）阳极氧化两类。从电源波形特征考虑可以分为直流 阳极氧化、交流阳极氧化、交直流叠加阳极氧化、脉冲阳 极氧化和周期换向阳极氧化等。 从事电泳行业的朋友，欢迎来交流，武汉科利尔化工有限公司竭诚为您服务TEL：59308652 FAXQQ:11572407铝合金阳极氧化前处理工艺的改进 原创 2008-01-11 | 发表者: 刘威 铝合金阳极氧化前处理工艺的改进肖作栋、李再亮 （武汉科利尔化工有限公司，湖北 武摘要 常规的铝合金碱蚀工序时间长，易产生“过腐蚀”；处理的温度高，易产生白色班点，碱雾逸出造成环境污染；碱蚀后除去残留碱液和黑色挂灰需进行中和处理，工艺繁杂。为了解决以上问题，将新老工艺的特点进行了比较，提出了在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蚀液（含有添加物K-301酸蚀剂）的新工艺。新工艺可在室温下降去铝合金上的油污和氧化膜，获得光亮、平整、洁净的表面，不用碱液，铝材损耗、槽液沉淀少，减少了污染，有利于环保。同时，还介绍了K-301酸蚀剂的组分、特性和作用。常规碱蚀脱除去阳极氧化膜层工艺，时间长，温度高，碱雾逸出污染严重。新工艺环保型脱膜工艺（K-302酸性脱膜剂），在常温中处理，无任何污染产生。常规“三酸”化学抛光工艺，大量逸出有毒黄烟（硝烟），污染环境，腐蚀厂房，设备。采用环保型添加剂（K-9601无黄烟化学抛光剂），不用硝酸，绝无有毒气体逸出，利于环境保护。关键词铝合金；前处理；新工艺中图分类号 TQ153.6 文献标识码 A 文章编号1001-1560（2004）02-0028-02一、前言铝合金产品的应用广泛（航空、电子、工业型材、建筑型材、汽车装饰另部件，民用装饰五金件等）。铝合金生产的前处理是铝合金生产的关键，它直接关系影响铝合金表面防腐蚀氧化膜层的生成，铝合金表面装饰的效果。目前的铝合金生产采用传统的常规工艺（脱脂碱蚀（化学抛光）中和氧化封孔），使用常规的添加剂。其蔽端是生产工艺繁杂，废水、废液、废渣、废气的处理必须用专用环保处理设备处理。常规工艺生产的槽液必须加热、加温（用电或蒸汽加热加温）才能生产。常规工艺生产中会产生大量的碱雾、硝烟，对厂房、设备的腐蚀性较大，严重污染空气，对人员的身体有极大的危害。常规的铝合金生产的前处理采用碱蚀老工艺，其生产时间长，容易产生“过腐蚀”，处理的温度高（40-700C），易产生白色斑点，碱雾逸出会造成环境污染，碱蚀后除去残留的碱液和黑色挂灰需进行中和处理，工艺繁杂。为解决以上问题，将新老工艺的特点进行比较，改进成在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蚀液（含有添加剂K301酸蚀剂）的环保新工艺。二、新老工艺流程及规范：1、老工艺流程：脱脂（除油）碱蚀（加碱蚀剂）中和除污（出光）氧化封孔。（1）脱脂（除油） H2SO4（98%） 10%-15% 酸性脱脂剂 0.5-1.0g/L 温度 室温 t 3-5min （2）碱蚀 NaOH 40-70g/L 碱蚀剂 20-40 g/L 温度 40-700C t 5-20min （3）中和除污（出光） HNO3 10%-15% H2SO4 10%-15%温度 室温 t 3-5min老工艺使用脱脂剂，碱蚀剂，NaOH、HNO3、H2SO4等。必须在3种不同的槽液中分3道工序完成浸蚀前处理。在老工艺流程中，碱蚀工艺是前处理工序的关键。碱蚀时必须加温，达到工艺规定的温度才能获得良好的碱蚀效果。碱液温度过低，铝材在碱蚀液中浸蚀时间长，可能产生腐蚀不均匀和“过腐蚀”的现象；碱液温度过高，极易产生“过腐蚀”黑色斑点。由于碱液要加温，铝材在碱蚀时反应强烈，并有大量的碱雾逸出，如果飘落在铝材表面，易产生白色斑点。碱雾的逸出对人体健康有害，所以生产场地必须配备良好的排风系统。经碱蚀后的铝材表面必须经HNO3 、（H2SO4）中和除污（出光），去除残留的碱液和黑色挂灰1。含Si,Fe稍高的铝材表面所残留的黑灰（硅灰）难以除去，需用HNO3 : HF的混合酸液去除。（4）新工艺规范 H2SO4（98%） 20%-30% 催化1号 40-50g/L K-301酸蚀剂 20-30g/L温度 室温 t 1-5min新工艺采用同一槽液一道工序完成酸性浸蚀，以替代老工艺的三道工序。3种不同槽液的浸蚀完全可以去除铝材表面的油污，自然氧化膜，不会有残留的黑色挂灰，以获得光亮、清洁的基体。对含Si,Fe稍高的合金铝也有抑制硅灰（黑灰）和漂白作用。用新产品K-301酸蚀剂配制的槽液不需要加热，在室温中进行酸性浸蚀不会有酸雾产生，可以防止“过腐蚀”和“白色斑点”现象的产生。K-301酸蚀剂中含有配体、抑灰剂、缓蚀剂等，水溶性较好。在室温中对铝材进行酸性浸蚀，对铝材的溶解量极少。试验证明，用失量法检测2铝材在浸蚀处理前单位重量为100，浸蚀处理后的单位重量为99.99999.990，即损耗量为0.1%0.3%。按新工艺浸蚀铝材不会有“铝结石”产生，槽液沉淀物较少，不需要经常清槽。三、新老工艺分析1、新老工艺对比表中列出了新老工艺和工序特点。表 新老工艺特点新工艺老工艺工序1道3种槽液1种3种槽液温度室温加温40-70浸蚀时间短（3-5min）长（15-25min）“过腐蚀斑点”不产生极易产生黑色挂灰无有，需用HNO3(H2SO4)中和去除“铝结石”无有（加碱蚀剂可防止）沉淀物极少，不需清槽多，经常清橙，清槽困难有害气体无大量碱雾，易产生“白色斑点”排风系统不需加强排风系统污染少大，需污水处理铝溶解量极少，仅0.1%-0.3%大，约2%-4%2、各组分分析（1）K-301酸蚀剂的组分和作用：K-301酸蚀剂由脱脂剂、强氧化剂、配体、阳离子表面活性剂、缓蚀剂、光亮剂组成。（2）脱脂剂 文献3对比了碱性和酸性脱脂工艺的优缺点，酸性脱脂基材表面平整、光亮、无钝化膜，活性中心均匀。实践证明，酸性脱脂工艺脱脂（除油）彻底，而且可以避免碱雾污染、结垢等。本新工艺的除油标准是：工件除油后，表面能全部被水润湿（即除油率为100%）。在H2SO4（20%30%）的溶液中，加入表面活性物质具有湿润、乳化、增溶等作用，并促使金属表面的油膜起乳化反应，使油膜迅速分解成很小的油珠脱离金属表面，表露出清洁的金属基体。（3）强氧化剂 选用无机类强氧化剂替代强碱，去除脱脂时基体上的残留物和深入基体表面层的油脂、尘埃等污物，腐蚀并去除金属基本表面的自然氧化膜，部分消除挤压痕及其他缺陷，调整和整平基体表面使之均匀一致。（4）缓蚀剂 采用羟基羟酸及其盐作缓蚀剂，使金属基体在强氧化剂的腐蚀作用下，凸凹部的腐蚀速度不一致。铝材表面的溶解在凸处快，凹处慢，达到整平效果，消除部分挤压痕，增加基体光洁度。此结果是缓蚀剂在表面上的微观凸凹部位的吸附量不同所致。另外，能有效地减缓腐蚀强度和速度，杜绝“过腐蚀”现象的产生，使铝的溶解极少。（5）光亮剂 加入适量的有机醇类、磺酰胺类化合物作光亮剂，保持和增加基体表面的浸蚀后的光亮度。（6）抑灰剂 抑制和去除浸蚀后残留在基体表面的黑色挂灰，对含Si，Fe高的合金铝在浸蚀后所产生的硅灰（黑灰）有去除和漂白作用。（7）润湿剂 用阳离子表面活性剂起湿润使用，使酸性浸蚀更均匀，其吸附在裸露的铝基体上也能起到缓蚀使用。四、常规脱除电解氧化膜层工艺（返工生产不合格产品必需脱除去氧化膜层），是在碱蚀槽液中，经过高温，长时间碱蚀脱除，再经中和槽液中和，除去残留的碱液和黑色挂灰，才能进入下道氧化工序。常规工艺脱膜处理，大量消耗碱和碱蚀剂，并逸出大量碱雾，腐蚀厂房、设备、污染空气，返工脱膜时，操作不当，极易产生“过腐蚀”。新工艺环保、节能新产品K-302酸性脱膜剂，完全在常温下处理。能快速、干净脱除阳极氧化膜层，有效保护铝金属机体不受损伤，基本不损耗铝材重量。K-302脱膜剂能完全溶入酸、水中，杜绝有害沉淀物产生。五、对于装饰性的铝合金产品，要想获得铝合金表面优良的，光亮的精饰效果，必须对铝合金基材表面进行化学抛光（或电化学抛光）的处理。常规的化学抛光（或电化学抛光），都是采用“三酸”抛光工艺（磷酸：70%，硫酸：20%，硝酸：10%）进行处理。其最大的危害是在高温（90-1200C）抛光处理中，大量逸出黄色的硝烟（有毒的氮氧化物），其不仅严重腐蚀厂房、设备，也严重污染空气，严重损害人员的身体健康。由此，生产线上必须安装大功率抽风系统，将有毒的黄烟抽排放到室外的空间中（对空气造成污染），生产人员必须戴好防毒烟面具，才能进行正常生产。新工艺，环保型K-9601无黄烟化学抛光剂（也可用于电化学抛光的添加剂），在高浓度的磷酸，硫酸中混合使用。不用硝酸，也就没有黄色的硝烟逸出，生产线上不需安装抽风系统（仅用工业排风扇，外排无色、微量酸气），厂房、设备、无腐蚀，空气极少污染，对环境保护有益。六、结束语：研制开发的最新型环保、节能、低损耗铝合金阳极氧化、着色、电泳、喷涂生产