铝制品阳极处理制程知识简介.doc

鋁制品陽極處理制程知識簡介目的: 使大家对本公司氧化流程有所了解;对品质不良原因有深层认识. 要求: 对氧化产品不良现象能找到不良原因及纠正措施内容:1.除油目的及原理； 2.碱蚀,中和目的及原理； 3.阳极目的、原理及皮膜形成过程； 4.染色,封孔目的及原理； 5.常見不良现象,原因分析及改善對策；課時安排：五課時陽極類產品工藝流程：脫油-水洗-鹼蝕-水洗-中和(化拋-水洗-中和)-水洗-陽極-水洗-染色-水洗-封孔-水洗-吹水-烘烤第一课时:除油目的及原理1. 名词解释:表面张力: 在液体和空气接口上,液体表面的分子受到液体内部分子的引力的引力大于受到空气的引力,由此液体表面上的收缩作用叫表面张力.(水珠)表面活性剂:在低浓度下能降低水和其它溶液体系的表面张力或接口张力的物质.2. 表面活性剂的分类及作用:分类:根据能在水中降低表面张力的部分分阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂作用:表面活性剂能起到润湿、 分散、 乳化、渗透、 增溶、发泡及洗涤等作用3. 除油目的:除去材料裁剪，剖沟，切割等前工序的油污4. 除油原理:非皂化油(化學除油):表面活性剂的乳化作用降低界面张力间接加强了除油液对金属表面的润湿性,增大接触面,促使油污膜破裂脱落而变成小油滴.而吸附在小油珠上的乳化剂,则定向排列亲水基向着溶液,疏水基(亲油基)则向着油珠,形成定向吸附乳化油珠如圖2疏水基亲水基油溶液 表面活性剂分子符图2(乳化油珠) 金属表面小油珠分散在溶液中形成混合的乳浊液从而达到将矿物(非皂化油)从零件表面除去目的.脱离了零件表面的乳化珠因有定向吸附的乳化剂膜包围,故即便在外力相互碰撞的情况下也不致重新凝聚形成膜,再度污染零件.5. 附各种除油方法及特点除油方法特 点适 用 范 围有机溶剂除油除油快,对皂化和非皂化油脂均能溶解,一般不腐蚀零件.但除油不彻底,需用化学或电化学方法补充除油,多数有机溶剂易燃有毒,成本较高.可对形状复杂(接缝、盲孔状)的小零件,色金属件,油污严重的零件及易被酸碱腐蚀的金属零件进行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除油电化学除油除油快而彻底,能除去零件表面的浮灰,浸蚀残渣等机械杂质,但需直流电源,进行阴极除油时,零件容易渗氢,深孔内的油污去除较慢一般零件的除油或阳极去除浸蚀残渣擦拭除油设备简单,操作灵活方便,不受零件限制,但劳动强度大,工效低大型零件或其它方法不易处理的零件滚筒除油工效高,质量好,但不适合于大型零件和易变型的零件.精度不太高的小型零件6. 脫油槽的主要成份：水、脫脂劑、硫酸 7. 影响脱油效果的主要因素:药水浓度、脱油时间、温度等。8. 判断脱油效果的方法:产品经水洗后观察产品表面的水若沿着产品表面纹路方向成线状流下，则判定脱油OK；若成水珠状滴落，则判定NG为脱油不完整；注意事項：一般脫脂齊皆屬於酸性或鹼性，因此需注意避免直接接觸人體眼睛，如不甚接觸時即刻用清水洗凈送醫治療。另所有的脫脂劑皆含有界面活性劉，幫對於排放水之處理要謹慎以免有環保問題。第二课时 碱蚀,中和目的及原理1. 名詞解釋：通常所謂的鋁材表面粗化，即為梨地處理，其利用荷性納：俗稱蘇打Soda，一般鹼，進行鋁材表面的一种化學侵蝕的前處理程序，在鋁與鹼進行化學的侵蝕反應中，會在素材表面上形成一不規則的梨面狀，此一過程即為梨地處理。2. 碱蚀目的（梨地处理）:碱蚀是铝型材氧化之前最关键的预处理工序.其目的是为除去残存的自然氧化膜,脱脂溶解基体的残留物,深入基体表面层的油脂等污物,除去型材表面的变质合金层,消除模痕.划伤等其它表面缺陷,调整和整平基体表面使其均匀一致3. 碱蚀原理:Al2O3 + 2 NaOH = 2NaAlO2 + H2O2Al + 2NaOH + H2O = 2NaAlO2 + 3H2 NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaOH4. 碱蚀槽的成分与工艺条件的影响：鹼蝕槽的主要葯水成份：水、氫氧化鈉、銷酸鈉。4.1氢氧化钠 碱蚀槽中的苛性碱系指游离含量.其含量对于保障碱蚀质量防止水解均起重要作用.有长寿碱存在时40克/升以下碱蚀速度随氢氧化钠的升高而加快,几乎是成线性关系;50-60/克升速度基本相同;大于70克/升碱蚀速度又随浓度升高而加快.4.2温度 随温度升高,碱蚀速度呈线性升高,温度大70易产生过腐蚀,出现砂面亚光等现象.温度过高还会导致晶间腐蚀加剧.温度低于40碱蚀速度很慢,挤压丝纹不易消除.不用时也应保温,防止温度低偏铝酸钠水解生氢氧化铝沉淀.4.3时间 碱蚀时间受碱浓度、温度、铝离子溶存量的影响而定；4.4溶存铝离子影响 碱蚀液中有一定的铝离子存在时才能正常工作,新配槽液要加一些铝屑滘于液中,铝离子小于30克/升碱蚀时间要特别控制,这时易发生过腐蚀;30-45克/升时碱蚀操作最容易,碱蚀质量好.铝离子更高时缓蚀作用显着,不易发生过腐蚀,整平性能提高,碱蚀时间可延长,适合于得亚光和砂面层.本公司加硝酸钠起缓蚀作用防止过腐蚀. 附表铝离子溶存量/g.l-1碱蚀现象与效果0-10304560以上90以上120以上碱蚀控制最困难,最易产生过腐蚀,碱蚀时间宜短能获得最理想的碱蚀效果获细平滑表面获粗平滑颗粒表面碱蚀整平效果最佳, 在温度较高,时间稍长的条件下可得到砂面和麻面5. 中和目的去除鋁材表面因梨地粗化后所產生的黑膜，使鋁材表面形成一潔凈的表面,亦可因此一程序使未完全流失的梨地粗化劑徹底的洗凈並使之中和活化产品表面有助于阳极氧化皮膜的生成.6. 中和原理(酸鹼中和)：NaOH + HNO3 =NaNO3 + H2O7. 中和槽的主要藥水成份：水、硝酸、鉻酸釬。中和時在常溫下作業即可，浸泡時間在30秒-1分鐘之間。不可將鋁品在此溶槽中浸放太久，以免造成酸對素材表面的侵蝕，另亦影響光澤，如果欲等待進行下一程序，應將鋁材徹底水洗擺放凈水中。第三课时 阳极目的、原理及皮膜形成过程1. 阳极目的:铝材本为活泼金属,易于空气中受氧氧化,使铝材腐蚀,表面较柔软易受外物撞受伤,使对象毁损.如是之故阳极电解即成为改善铝金属材料表面的必备工程,铝材经电解产生氧化保护皮膜.2. 硫酸阳极氧化电极反应铝阳极反应相当复杂,至今有不少问题未弄清楚,.这有两种关点,但不是定论早期观点认为阳极上产生的活性氧直接氧化铝 H2O 2e2H+ + 【O】 2Al + 3【O】Al2O3 +399cal 现代应用电子显微镜,示踪原子等手段研究后对氧化膜形成过程,生成氧化膜的观点提出了新的观点. 在阳极上铝原子失去电子而氧化 Al 3e Al3+与铝结合的氧原子来源于哪个原子团或离子呢?仍不得而知,一种假说认为是由OH电离而来 6OH- 3H2O +3O2- Al3+ +3O2- Al2O3 + 399cal目前，最為廣用的方法為直流電硫酸法，因此法所形成的氧化膜具無色透明的特點，且也適合著色作業的操作。配液條件如下：標準條件硫酸190g/l220 g/l鋁含量5 g/l15 g/l溫度190C20C電流密度75A/M2125 A/M2電壓12V20V電流直電流膜厚3.530m時間6分45分(根據產品的顏色而設定)氧化膜为双层结构,内层为致密无孔的Al2O3,外层是由孔隙和孔壁组成的多孔层.3. 氧化膜的生成过程氧化膜的生成是在生长和溶解这对矛盾运动中发生和发展的通电瞬间,由于氧和铝有很大的亲和力,在铝上迅速形成一层致密无孔的阻挡层.其厚度取决于槽电压.它具有很高的绝电阻.由于氧化铝比铝原子体积大很多故发生膨胀,阻挡层变得凹凸不平,这就造成电流分布不均匀,凹处电阻较小而电流大,凸处则相反,凹处在电场作用下发生电化学溶解,凹处加深逐渐变成孔穴,继而变成孔隙,凸处变孔壁. 陽极處理后，需充分徹底的水洗，方可進行下一作業程序，但水洗的時間不可過長，以防止早期封孔現象。注意：陽極後產品不可經過熱水清洗，因熱水足以將產品進行早期封孔，從而影響後工序染色處理。第四课时:着色,封孔目的及原理1.着色目的: 只是增加外观色彩.铝制品表面由单一枯燥换上了色彩绚丽美观大方的外观,从而使铝制品提高身价. 2.染色原理: 经过阳极氧化的氧化膜,通常是无色透明的.这层氧化膜孔隙多,吸附能力强,可以染上各种颜色.染色机理是多孔氧化膜通过物理吸附化学吸附作用而带色的. 着色分类; 着色种类特点及适用范围化学浸渍着色包括有机染色和无机盐浸渍着色;该法具有工序少、工艺简单操作性好、成本低、色种多且色泽艳丽、装饰性好等特点.无机盐着色鲜艳度远不及有机染色.浸渍着色由于色素体存在于多孔层的表层,故耐光、耐晒、耐磨性差,不宜作室外和经常受摩擦零件的表面装饰,只用于室内装饰小五金着色.电解整体着色阳极氧化同时也被着色.色素体存在于整个膜壁中.色素体可以是合金或电解质残留物.具有耐光、耐晒、耐磨等特,点曾广泛用于建筑铝材的装饰.但该法有色种少,色调深暗、成本高、废水处理困难等缺点,已被电解着色法取代.电解着色该法是在阳极氧化之后,再在含金属盐的电解液中进交流电解.金属离子在氧化膜孔底部还原析出而显色,其特点是改变金属盐种类或电源波形,可方便地获得各种调,能耗少成本低、着色膜耐晒、耐气候、耐磨性很好广泛用于建筑装饰和其它功能用途.涂装着色略化学着色机理:铝阳极氧化膜有20%-30%的孔隙率(硫酸膜),故有巨大的比表面积和化学活性,染料分子通过氧化膜的物理和化学吸附积存于内表层而显色.靠染料分子或离子的吸附叫物理吸附,吸附力取决于氧化膜的表面电荷和染性质.在弱酸性染色液中氧化膜带正电荷,对阴离子型的染料如酸性染料有较强的物理吸附力.与化学吸附相比,物理吸附力较弱且受温度影响大.,所以化学着色的色牢决于化学吸附.化学吸附指氧化膜与色素体通过化学键、共价键或形成络合物形式结合,所经吸附力强.3.封孔目的: 铝阳极氧化膜具有很高的孔隙率和吸附力,容易污染和腐蚀介质浸蚀,因经,氧化膜无着色与否,用于何种场合都必须进行封孔处理.为提高耐蚀性、提高防污染能力和固色素体.4. 封孔原理与种类4.1利用水化反应产物体积膨胀而堵塞孔隙,如水蒸气法,沸水法是将具有高化学活性的非晶质氧化膜充成钝态的结晶质氧化膜的过程Al2O3 +n H2O Al2O3n H2O水化反应在常温和高温下都能进行，水化反应结合水分子的数目为13个，依反应温度而定，水温低于80是发生：Y-Al2O3 H2O 2AlOOH +2H2O r-Al2O3.3H2O这种水化氧化膜稳定性差，具有可逆性，水温愈低可逆性愈大。当水温80,而接近沸点时发生Y-Al2O3 H2O 2AlOOH r-Al2O3. H2O这种大晶体的水化氧化铝是稳定而不可逆的,在腐蚀环境Al2O3. H2O比r-Al2O3.3H2O稳定,所以高温封孔一定要达到95以上才好.被水化的结晶氧化膜体积膨胀,将膜孔堵塞.4.2 利用盐的水解作用吸附阻化封闭,如无机盐封孔(高温封孔和常温封孔)水化作用及金属盐的水解作用生成微溶物或不溶物将膜孔堵塞.例如醋酸镍法,镍离子水解生成氢氧化镍不溶物.4.3.我司常用的為封孔劑法(熱封和冷封)，染色类产品多采用热封,一般陽極本色類產品可以應用冷封，但需用時間較長；陽極染色類產品不可使用冷封作業，因需用時間長，易造成產品脫色不良。5.封孔槽的主要藥液成份：水、封孔劑。(药液需加热,温度控制在6580)6.影响封孔的因素:高温封孔: 药液温度、药液濃度、封孔時間、药液PH值、水质。 微量杂质会毒化水化反应导致封孔失效,水越纯越好. 藥液PH值不宜过高也不宜过低,偏高易产生沉着,偏低水化速度慢，最佳5.5-6.5;时间在5-20分鐘之間(封孔时间根據產品顏色不同而設定)。陽極後產品的特征：抗腐蝕能力增強，產品硬度提高、陽極後產品不導電。陽極皮膜越厚不代表產品抗腐蝕能力越好，在其它參數不變的條件下，陽極皮膜越厚相對其抗腐蝕能力越好。第五课时：不良现象,原因分析及纠正措施对照表. 不良现象,原因分析及纠正措施对照表故障现象可能产生的主要原因及纠正方法表面粗糙或化学熸伤(1)坯料材质不好(1)碱蚀条件控制不当或碱蚀液老化应检查碱蚀工艺(3)从碱蚀到水洗之间时间过长过腐蚀(出现腐蚀斑点)(1)碱蚀浓度高,温度高或碱蚀时间长(2)水洗槽中碱性强且停留时间长,定期换水氧化膜疏松,粉化.脱落(1)氧化液温度过高.电流过大或时间过长,控制氧化条件(2)溶液浓度过高氧化膜光泽差.发暗(1)碱蚀时间太长(2)氧化电解液浓度过高(3)氧化过程中经常断电(4)氧化电解液浓度过低氧化膜有白色斑痕(1)硫酸浓度太高(2)电解液温度过高(3)阳极电流密度高(4)铝离子大于20g/l，应换部分新液(5)如果铝材表面等距离出现对称白斑，这是型材挤压出模后冷却太慢造成的氧化膜有黑斑黑条纹(1)零件上油污未除净(2)如果是型材也许是碱蚀液中含锌杂质多，应加硫化物处理(3)电解液中有悬浮物(4)电解液含铜离子、铁离子多，低电流电解处理(5)零件清洗不净就封闲(6)溶液中氯离子高，零件在水中停留时间长工件与夹具接角处烧伤(1)挂具表面氧化膜未除凈造成接触不良(2)零件与挂具接触不良或接触面积小氧化膜厚不足(1)氧化时间短或电流密度低(2)同一挂具厚度不均是由于电接触松紧不同造成的(3)紧绑型材的导线过小(4)电解液温度过高(5)挂具氧化膜未除凈,造成接触不良氧化膜呈彩虹色(1)氧化膜太薄,氧化电流低或时间太短(2)零件与挂具接触不良氧化膜呈灰色(1)铝材中硅含量大于5%(2)铝合金相组织不均匀,重新进时效处理氧化膜上有泡沫状或网状花纹(1)脱脂不凈,有残留油污(2)化学除油后未出光;残留水玻璃在氧化液中形成了硅酸所致(3)化学除油后清洗不凈氧化膜发脆或有裂纹(1)阳极电流密度太高(2)溶液温度太低(3)封孔温度或干燥温度太高零件表面局部有腐蚀点(1)电解液含大量氯离子.应更换新液(2)零件焊缝和深凹处积藏溶液未清洗干凈氧化膜耐磨性差(1)电解液