铝合金表面处理阳极工艺.ppt

报告 单位 iphone技术服务部2013年1月9日 阳极工艺 阳极 1 阳极简介及工艺流程 2 主要工艺参数 3 品质要求 5 工艺问题分析 4 阳极设备及挂具 阳极氧化简介 1 阳极氧化 铝及其合金等工件做阳极 铅或石墨等耐腐蚀导电材料做阴极 在一定浓度 如硫酸 草酸 铬酸等 的导电溶液中 通过外加电压 电流作用 使其表面生成一层一定厚度 8 12um 具有良好的力学性能 硬度 耐腐蚀 耐磨性 绝缘性 吸附性等特性的氧化铝膜 阳极线工艺流程 脱脂 预浸 化抛 剥黑膜 退遮蔽 脱脂 剥黑膜 阳极氧化 酸洗 染色 封孔 烘干 阳极前预处理阶段 1 通过脱脂 化抛 剥黑膜等处理 去除其表面的油污 脏物 氧化皮 重金属杂质等 使铝基体裸露出来 为阳极氧化创造良好的环境 脱脂 预浸 化抛 剥黑膜 退遮蔽 脱脂 剥膜黑 脱脂 也称除油 1 为什么进行脱脂处理 在机械冷加工过程中使用的切削油 冷却液 磨削用的油膏等附着在工件表面 造成阳极氧化槽液的污染 也造成氧化膜成长不均 疏松 质量大大下降 同时会影响后面的染色不均 染不上色等等问题 2 脏污来源分析 脱脂 操作条件 1 脱脂槽液浓度55 5g L 2 温度 55 5 3 时间 1 5 0 5min 4 药品R105 硼砂 Na2B2O4 25 焦磷酸钠 Na3PO4 45 注 硼砂 焦磷酸钠既是助洗剂 也作为缓蚀剂 可抑制金属表面被腐蚀 步骤 1 脱脂 时间3min 2 水洗 时间30 5s 3 水洗 时间30 5s 注意 脱脂后要用水将工件表面清洗干净 否则残留的油污会影响阳极氧化膜的质量 脱脂原理1 皂化作用 皂化反应是皂化油与除油液中的碱性物质发生化学反应而生成肥皂和甘油的过程 RCOO 3C3H5 3NaOH 3RCOONa C3H5 OH 3若R 17 即为硬脂酸钠 肥皂 硬脂酸钠能溶于水 是一种表面活性剂 对油脂溶解起促进作用 2 乳化作用 矿物油或其他不可皂化油是不能用碱皂化的 但它们在表面活性剂的作用下能被乳化而形成乳浊液而除去 乳化是使两种互不相溶液体中的一种呈极细小的液滴分散在另一种液体中形成乳浊液的过程3 易溶原理 油污易融进有机溶剂里达到除油效果 1 脱脂方式有哪些 重点分析水机乳化清洗剂除油 乳化是使两种互不相溶液体中的一种呈极细小的液滴分散在另一种液体中形成乳浊液的过程水基乳化剂是一种混合物 包含 表面活性剂 助洗剂 缓蚀剂 2 表面活性剂 1 阴离子表面活性剂 在水中电离出带负电的活性基团 常见有 油酸钠C17H33COONa 十二烷基磺酸C12H25SO3Na 十二烷基本磺酸钠C12H25 SO3Na 2 阳离子表面活性剂 铵盐 季铵盐 去污较差 但杀菌强 高效抗静电剂 3 两性表面活性剂 4非离子型表面活性剂 不电离 稳定性好 在金属表面不吸附 容易清洗 残留液少 水洗性好 最理想的金属工件清洗剂 化抛 操作条件 1 槽比重1 68 1 74 磷酸浓度85 2 温度 82 5 3 时间 50 100S 4 化抛后光泽管控 55 70 步骤 1 预浸 处理时间10s 常温 槽液为旧的化抛槽液 2 磷酸化抛 注意控制温度82 5 3 热水洗 时间15 5s 4 水洗 时间30 5s 5 水洗 时间30 5s 化抛原理 AL2O3 2H3PO4 2ALPO4 3H2O2AL 2H3PO4 2ALPO4 3H2作用 用磷酸进一步去除铝及其合金表面的污物 并将铝合金表面自然氧化膜去掉 使铝基体裸露出来 方便后来的阳极氧化 同时 化抛还有整平的作用 可以使喷砂过来的工件表面进一步整平 是表面纹理更好 铝的抛光处理 化抛又名化学抛光 通过化学处理 出去产品表面的杂质 自然氧化膜 脏污 同时可以使一定粗糙度的表面变得更加光滑平整 获得一定的光泽度 机械抛光包括磨光 抛光 镜面抛光以及滚光 刷光等机械操作 电化学抛光又称电解抛光 是一种常用的获得光亮平整的方法 尤其适合铝合金零部件的镜面抛光 关于化抛的应用 剥黑膜 操作条件 1 HNO3浓度 体积比25 35 注 硝酸浓度在80 一下 不和铝发生反应 2 时间 60s3 温度 常温步骤 1 剥黑膜 1min 2 水洗 30 5S 3 水洗 30 5S 4 光泽抽测 光泽度管控55 70 1 作用原理在磷酸化抛后 会使工件表面残留一层黑灰色的膜 铜 镍 锰 铁 硅等不溶于磷酸的金属 之后用硝酸处理 3A 8HNO3 3A NO3 2 2NO 4H2O A代表铜 镍 锰 加入铬酸处理 除去反应过程中产生的NO气体 工艺 1 硝酸 200 350mL L 铬酐 5 15g L 1 3min2 硝酸 300mL L 氢氟酸 100mL L 5 15s3 铬酐 100mL L 硫酸 10mL L 1min 退遮蔽 操作条件 1 退遮蔽清洗剂 S 02 脱漆剂 2 温度 80 2 3 时间 17 5 2 5min 4 PH值 1 3 5 超音波开启 步骤 1 去遮蔽 17 5 2 5min 2 热水洗 15 5S 温度70 5 3 水洗 30 5S 4 水洗 30 5S 作用去除logo iphone上面覆盖的油墨层 方便后面的阳极氧化 使用药品 S 02除油除蜡剂 成分 三乙醇胺 调整PH值 乙二醇单丁醚 醋酸 柠檬酸 10 注意 去遮蔽后要先用热水清洗 阳极前预处理问题点分析 1 脱脂未脱干净 工件表面仍有油污 会造成阳极氧化时氧化膜酥松 质量下降 致使后面染不上色或造成大块白斑 2 脱脂后水洗不足 工件上有残留液 也会造成氧化膜质量下降 染不上色 块状白斑出现 3 化抛后光泽度无法达到管控要求 原因 化抛槽液的浓度太低或者槽液已经变质 更换槽液 4 剥黑膜后水洗一定要将残留的酸液清洗干净 否则残留的NO3 会污染阳极槽液 使氧化膜变得疏松 阳极氧化 操作条件 一阳 1 硫酸 H2SO4 浓度 200 5g L2 温度 19 1 3 时间 30min4 电压 15V5 电流密度 1A dm2步骤 1 氧化前水洗 2 阳极氧化 30min 3 水洗 30 5S 4水洗 30 5S 5水洗 30 5S 阳极氧化原理铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下 由于外加电流的作用下 在铝制品 阳极 上形成一层氧化膜的过程 阳极氧化如果没有特别指明 通常是指硫酸阳极氧化 1水电解 2 阴极 3 阳极 注意 这个反应很快 在通电几秒钟就可以生成一层很薄无孔 致密的 附着力很强且具有高绝缘性的氧化膜 膜厚约0 01 0 1um 持续通电 膜层不断增厚 这一过程伴随着膜的溶解 使铝表面形成大量的小孔 Al2O3 3H2SO4 Al2 SO4 3 3H2O3 氧化膜的成长示意图电流密度一定 电压随时间的关系 阳极氧化膜的生长过程铝及铝合金在阳极氧化过程中 氧化膜的电化学生成和化学溶解是同时发生的 1 开始阶段 膜的生成速率 溶解速率 膜层不断变厚 2 慢慢的 由于生成的氧化膜具有绝缘性 电阻增大 电流密度减小 膜的生成速率减慢 当生成速率 溶解速率时 膜层不在增厚 分析致密的无空层A区 多孔层C区的形成 图二中A区 在通电后几秒中 就会在铝表面生成一层致密无孔的氧化膜 也称之为阻挡层 特点 坚硬 牢固 图二中C区 氧化膜孔隙的形成可通过电渗现象来解释 图一 部分孔壁水化氧化膜带负电 新鲜的酸溶液从孔中心直人孔底 在孔底处因酸溶液的溶解而形成富Al3 的液体 带正电 在电场作用下发生电渗流 使富Al3 液体只能沿孔壁向外流动 而新鲜溶液又从中心向底部补充 使孔内液体不断更新 结果孔底继续溶解而加深 沿孔壁向外流动的高Al3 液体对膜已失去溶解能力 因此随氧化时间的延续 使孔不断加深 逐渐形成多孔层 图二 图一 新鲜的酸溶液 富Al3 的液体 负电 图二中B区膜孔的出现阳极电压达到最大值后开始有所下降 这时由于阻挡层膨胀而变得凹凸不平 凹处电阻较小而电流较大 在电场作用下发生电化学溶解 以及溶液侵蚀的化学溶解 凹处不断加深而出现孔穴 这时电阻减小而电压下降 氧化膜的孔隙作用 1 多孔膜 具有良好的吸附性 阳极后可染成各种颜色 获得良好的装饰性外观 2 多孔膜的厚度可达0 5 250um 孔隙率12 30 面密度大约 4 5 108个 mm2 注 从上面的数据中可以得出结论 1 与其它酸相比 采用硫酸阳极时 膜孔隙数多 吸附性好 2 当条件一定时 电压越低 生成的膜的孔隙数越多 吸附性越好 从电子显徽镜观察证实 阳极氧化膜由阻挡层和多孔层所组成 阻挡层是薄而无孔的 而多孔层则由许多六棱柱体的氧化物单元所组成 形似蜂窝状结构 每个单元的中心有一小孔直通铝表面的阻挡层 孔壁为较致密的氧化物 氧化物单元又称膜胞 图26 3所示是铝在4 磷酸中120V电压下形成的氧化膜结构模型 阳极后处理 通过染色 封孔等工艺 获得良好的外观及质量 染色前处理 染色 封孔 烘干 染色前处理 操作条件药品 R400浓度50 5g L温度 25 2 PH值 1 8 3R400成份 氨基磺酸50 烟酸20 醋酸钠25 碳酸氢钠5 步骤1 超音波染色处理 5min 2 水洗 30s 3 重复 一阳重复1 2两次 二阳重复一次 4 水洗 30s 1 为什么要进行染色前处理 Al2O3膜生成后 並不宜立刻染色 因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 2染色前处理原理 染色 操作条件1 温度40 2 2 PH值5 2 5 53 染料浓度BK420 BK411 1 1 g L 4 PH稳定剂5ml L步骤1 染色120 360s 2 水洗30s 3 检查色差 4 水洗30s 5 水洗30s 染色工艺分析1 严格控制PH值5 2 5 5 过酸过碱都可能使染料变性 2 染色槽温度因保持稳定 3 注意及时补充染料 保证浓度 4 染色应该在阳极后立即进行 不能间隔太久 在氧化后 要仔细用冷水 避免温度升高 膜自动封孔 清洗掉残留酸液 5 染色前不得用手接触工件 任何油污 液体吸附在氧化膜上都会影响染色的质量 封孔 操作条件1 药品 R500浓度7 12g L2 温度 95 5 3 PH值 5 64 封孔时间25min步骤1 封孔 25min 2 水洗30s3 水洗30s 抽检色差 4 超音波热水洗 60 10 2min 封孔原理1 高温沸水封孔 氧化铝结合水分子形成水合物 形成晶体 80 生成AL2O3 H2O Al2O3十H2O 2AlOOH Al2O3 H2O 80 生成AL2O3 3H2OAl2O3十3H2O 2AlOOH十2H2O Al2O3 3H2O水合物体积膨胀 增加33 或100 从而使膜孔封闭 2 醋酸镍封孔剂的填充 在80 100 的沸水中 CH3COO 2Ni发生水解 生成氢氧化镍Ni OH 2沉淀 填充并附着在膜孔上 从而达到封闭效果 封孔工艺分析 1 温度影响 80 生成AL2O3 H2O 生成AL2O3 3H2O 前者的稳定性 耐磨性优于后者 2 PH值的影响 PH 5 5 封闭速率急剧下降 PH 4时 几乎无封闭作用 但PH 6 5 就容易在其表面产生白色粉状沉淀 PH值可用氨水 氢氧化钠 醋酸等来调节 3 采用蒸馏水的封闭要比自来水封闭效果好得多 自