铝材常温封孔质量影响因素的探讨

铝材常温封孔质量影响因素的探讨铝材常温封孔质量影响因素的探讨 铝阳极氧化膜在氧化后为了保证其质量 适应于长期铝阳极氧化膜在氧化后为了保证其质量 适应于长期 使用必须进行封孔处理 封孔的目的是为了提高铝材的耐使用必须进行封孔处理 封孔的目的是为了提高铝材的耐 蚀性 其表面抗污染能力及其着色膜的色泽度和耐光 耐蚀性 其表面抗污染能力及其着色膜的色泽度和耐光 耐 候性 因此封孔是十分重要的技术环节候性 因此封孔是十分重要的技术环节 1 1 目前国内外普 目前国内外普 遍使用的工艺是以氟化镍为主体的常温封孔工艺 但除了遍使用的工艺是以氟化镍为主体的常温封孔工艺 但除了 封孔溶液的成分外 其封孔工艺条件 如封孔温度 封孔封孔溶液的成分外 其封孔工艺条件 如封孔温度 封孔 时间 溶液时间 溶液 PHPH 所用水的洁净度等因素对其封孔质量的影 所用水的洁净度等因素对其封孔质量的影 响非常大 这些条件往往由工厂技术工人控制与调整 如响非常大 这些条件往往由工厂技术工人控制与调整 如 果生产过程中操作不善或不加以注意 则无法保证铝材的果生产过程中操作不善或不加以注意 则无法保证铝材的 封孔质量 从而影响了生产的铝材质量 为此 本文对影封孔质量 从而影响了生产的铝材质量 为此 本文对影 响铝合金型材封孔质量的因素进行了探讨 为生产中控制响铝合金型材封孔质量的因素进行了探讨 为生产中控制 和调整其封孔工艺条件和影响因素 提高铝材质量提供参和调整其封孔工艺条件和影响因素 提高铝材质量提供参 考 考 2 2 实验实验 2 2 1 1 工艺流程工艺流程 一般工业上均采用如下的生产工艺流程 一般工业上均采用如下的生产工艺流程 常温脱脂常温脱脂 水洗水洗 碱蚀碱蚀 水洗水洗 水洗水洗 出光出光 水洗水洗 水洗水洗 阳极氧化阳极氧化 二次水洗二次水洗 封孔封孔 二次水洗二次水洗 2 2 2 2 实验材料与仪器实验材料与仪器 试验用铝合金材料为试验用铝合金材料为 60636063 型材料 所用试剂和药品均型材料 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 为一般工厂所用 封孔添加剂为笔者试验研究配制而成 试验装置有可控硅整流电源 恒温水浴装置 试验装置有可控硅整流电源 恒温水浴装置 2 2 3 3 硫酸阳极氧化工艺规范硫酸阳极氧化工艺规范 硫酸硫酸 170g L170g L 铝离子铝离子 10g L10g L 消泡剂消泡剂 18g L18g L 25 25 j j 1 1 5 5 A dm2A dm2 t t 1818 minmin 2 2 4 4 封孔封孔 封孔工艺规范 封孔工艺规范 封孔剂封孔剂 4 4 g Lg L pHpH 6 6 0 0 Ni2 Ni2 1 1 2 2 g Lg L F F 0 0 6g L6g L 3030 t t 1515 minmin 溶液刚纯水配制溶液刚纯水配制 当探讨某一影响因素时 只改变这一因当探讨某一影响因素时 只改变这一因 素 其它因素则固定在上述工艺条件值 素 其它因素则固定在上述工艺条件值 2 2 5 5 封孔质量检测封孔质量检测 铝材封孔质量采用氧化膜失重分析方法来检测 其原理铝材封孔质量采用氧化膜失重分析方法来检测 其原理 是未封闭的氧化膜迅速溶于酸性腐蚀介质中 封孔良好的是未封闭的氧化膜迅速溶于酸性腐蚀介质中 封孔良好的 氧化膜能长期在酸性腐蚀溶液中浸泡而不发生明显的腐蚀 氧化膜能长期在酸性腐蚀溶液中浸泡而不发生明显的腐蚀 方法 铝材经封孔方法 铝材经封孔 36h36h 后 切取待测试样 具面积后 切取待测试样 具面积 S S 约为约为 1dm21dm2 放入丙酮溶剂中 洗去油污 风干后将试样称重 放入丙酮溶剂中 洗去油污 风干后将试样称重 m0 m0 精确至精确至 0 0 1 1 mg mg 然后在温度为 然后在温度为 38 1 38 1 的腐蚀液中的腐蚀液中 浸泡浸泡 1515 minmin 腐蚀液组成为 腐蚀液组成为 2020 g Lg L 铬酐铬酐 CrO3 CrO3 35mL L35mL L H3PO4 w H3PO4 85 H3PO4 w H3PO4 85 取出水洗 风干室温取出水洗 风干室温 干燥后称重干燥后称重 mimi 失重失重 m0 mi S m0 mi S 失重越小 封孔效果越好 失重小于失重越小 封孔效果越好 失重小于 3030 mg dm2mg dm2 为合格 为合格 3 3 结果与讨论结果与讨论 3 3 1 1 Ni2 Ni2 含量对封孔质量的影响含量对封孔质量的影响 日前多数选用日前多数选用 Ni AC 2Ni AC 2 作为主封孔物质 作为主封孔物质 Ni2 Ni2 是封孔溶是封孔溶 液中最主要的离子之一 封孔是通过液中最主要的离子之一 封孔是通过 Ni2 Ni2 进入氧化膜孔进进入氧化膜孔进 行水解沉淀得以实现的 镍氟体系常温快速封孔的机理是行水解沉淀得以实现的 镍氟体系常温快速封孔的机理是 溶解溶解 沉积反应 其反应产物沉积反应 其反应产物 塞孔物质塞孔物质 主要由主要由 Ni OH Ni OH 2 2 AlOOHAlOOH AlF3AlF3 组成组成 2 2 是金属盐的水解沉积 水化反应 是金属盐的水解沉积 水化反应 和形成化学转化膜和形成化学转化膜 3 3 个作用的综合结果 个作用的综合结果 Ni2 Ni2 填充速度直接影响封孔速度 其含量对封孔质量影填充速度直接影响封孔速度 其含量对封孔质量影 响很大 图响很大 图 1 1 是是 Ni2 Ni2 含量对氧化膜失重的影响 结果表明含量对氧化膜失重的影响 结果表明 Ni2 Ni2 质量浓度控制在质量浓度控制在 1 1 1 1 1 1 3g L3g L 较好 较好 3 3 2 2 氟化物含量对封孔质量的影响氟化物含量对封孔质量的影响 金属离子的水解反应中阳极化膜是带正电荷的 浸入封金属离子的水解反应中阳极化膜是带正电荷的 浸入封 孔液后负电性很强的氟离子对膜起了电中和作用 改变了孔液后负电性很强的氟离子对膜起了电中和作用 改变了 膜表面的电荷分布 由正电性变成了负电性 这有利于镍膜表面的电荷分布 由正电性变成了负电性 这有利于镍 离子向孔内扩散和水解离子向孔内扩散和水解 4 4 另一方面 另一方面 F F 半径小 可以吸半径小 可以吸 附在膜孔内后中和氧化膜孔表面的正电荷 并与孔壁的氧附在膜孔内后中和氧化膜孔表面的正电荷 并与孔壁的氧 化膜反应生成氟铝络合物 从而使孔内化膜反应生成氟铝络合物 从而使孔内 A13 A13 积累和积累和 pHpH 升高 升高 Ni2 Ni2 AlF63 AlF63 与与 OH OH 作用生成作用生成 Ni OH 2Ni OH 2 Al OH 3Al OH 3 混合物沉混合物沉 淀 有利于淀 有利于 Ni2 Ni2 向膜孔内表面的迁移和水解向膜孔内表面的迁移和水解 5 5 因此 因此 F F 也是封孔溶液中主要的离子 图也是封孔溶液中主要的离子 图 2 2 是是 F F 含量对氧化膜矢重含量对氧化膜矢重 的影响 结果表明的影响 结果表明 F F 质量浓度在质量浓度在 0 0 5 5 0 0 8 8 g Lg L 为宜 为宜 镍氟含量比例失衡是封孔度差的主要原因 生产中镍氟含量比例失衡是封孔度差的主要原因 生产中 F F 与与 氧化膜反应而消耗 其消耗速度比氧化膜反应而消耗 其消耗速度比 Ni2 Ni2 快 生产过程中 快 生产过程中 Ni2 Ni2 和和 F F 含量比例失衡是必然存在的 因此对含量比例失衡是必然存在的 因此对 Ni2 Ni2 F F 含含 量要注意分析 控制量要注意分析 控制 Ni2 Ni2 l l g Lg L F 0 F 0 5 5 0 0 8 8 g Lg L 随槽液老化 随槽液老化 F F 含量需用上限 当含量需用上限 当 Ni2 Ni2 足够而足够而 F F 含含 量不够时可单独补加氟化物 量不够时可单独补加氟化物 3 3 3 3 封孔添加剂含量对封孔质量的影响封孔添加剂含量对封孔质量的影响 添加剂是由一些有机物和无机物组成 其作用是既能协添加剂是由一些有机物和无机物组成 其作用是既能协 助镍盐封孔 又能增强膜层耐蚀性能 并能阻止铝材基体助镍盐封孔 又能增强膜层耐蚀性能 并能阻止铝材基体 的氧化和腐蚀 与氟离子生成能封孔的反应物 的氧化和腐蚀 与氟离子生成能封孔的反应物 Al2O3Al2O3 与与 F F 反应生成反应生成 Al3 Al3 Al3 Al3 发生水化反应产生水合发生水化反应产生水合 AlAl H2OH2O 63 63 其含量达到一定值时 离子间发生缔合 水解和浓缩 其含量达到一定值时 离子间发生缔合 水解和浓缩 最后转化为稳定相最后转化为稳定相 AlOOH AlO3 3 AlOOH AlO3 3 封孔剂中加有促进水 封孔剂中加有促进水 解和水化的金属离子和助剂 以利水化反应在常温下进行 解和水化的金属离子和助剂 以利水化反应在常温下进行 Al3 Al3 还能与封孔剂中的有机物如极性溶剂分子形成有保护还能与封孔剂中的有机物如极性溶剂分子形成有保护 作用的化学转化膜 图作用的化学转化膜 图 3 3 是封孔添加剂含量对氧化膜失重是封孔添加剂含量对氧化膜失重 的影响 结果表明 封孔添加剂质量浓度的适宜范围为的影响 结果表明 封孔添加剂质量浓度的适宜范围为 3 3 5 5 4 4 5 5 g Lg L 使用时最好在 使用时最好在 4 4 0 0 g Lg L 左右 左右 3 3 4 4 封孔液封孔液 pHpH 值对封孔质量的影响值对封孔质量的影响 根据根据 pHpH 值对封孔质量的影响试验 可得到如图值对封孔质量的影响试验 可得到如图 4 4 所示所示 结果 由图结果 由图 4 4 可知 随溶液可知 随溶液 pHpH 值的上升 值的上升 Ni2 Ni2 的吸收量升的吸收量升 高 封孔质量提高 但高 封孔质量提高 但 pHpH 值太高 型材表面容易产生白灰 值太高 型材表面容易产生白灰 这主要是因为镍盐失去稳定性 大量水解 这主要是因为镍盐失去稳定性 大量水解 pHpH 值太低 不值太低 不 足以造成镍盐水解 达不到封孔效果 足以造成镍盐水解 达不到封孔效果 pHpH 值对封孔的作用值对封孔的作用 原理是其对金属盐水解沉积起制约作用 通过膜孔中沉积原理是其对金属盐水解沉积起制约作用 通过膜孔中沉积 镍盐的水解物来达到封孔的目的 而水解物沉积量的多少镍盐的水解物来达到封孔的目的 而水解物沉积量的多少 直接影响封孔的效果 直接影响封孔的效果 PHPH 值在值在 5 5 5 5 6 6 5 5 之间镍盐水解的之间镍盐水解的 沉积量较多 可达到封孔的目的 沉积量较多 可达到封孔的目的 pHpH 值在值在 6 6 0 0 左右时封孔左右时封孔 效果最好 而这时的酸度也较容易控制 效果最好 而这时的酸度也较容易控制 3 3 5 5 封孔液温度对封孔质量的影响封孔液温度对封孔质量的影响 根据不同温度下的封孔试验 可得到如图根据不同温度下的封孔试验 可得到如图 5 5 所示结果 所示结果 由图由图 5 5 可知 当温度处于可知 当温度处于 3030 35 35 时 封孔质量较好 当时 封孔质量较好 当 温度升高时 金属离子力扩散速度加快 水解速度加快 温度升高时 金属离子力扩散速度加快 水解速度加快 氟化膜中的镍质量浓度增加 当温度高到一定程度时 形氟化膜中的镍质量浓度增加 当温度高到一定程度时 形 成钝化膜的成钝化膜的 Ni2 Ni2 质量浓度减少 这样势必会影响封孔效果 质量浓度减少 这样势必会影响封孔效果 并且也会增加能耗 温度太低时 并且也会增加能耗 温度太低时 F F 与氧化膜反应弱 不与氧化膜反应弱 不 足以引起镍盐水解 封孔效果则较差 足以引起镍盐水解 封孔效果则较差 3 3 6 6 杂质离子对封孔质量的影响杂质离子对封孔质量的影响 在生产过程中不断带进杂质离子 造成杂质的积累 在生产过程中不断带进杂质离子 造成杂质的积累 含含 Ca2 Ca2 Mg2 Mg2 增多 增多 F F 消耗加快 或清洗不干净时 着色消耗加快 或清洗不干净时 着色 液和硫酸带入封孔槽内 造成交叉污染 液和硫酸带入封孔槽内 造成交叉污染 PHPH 值下降 而需值下降 而需 用氨水调溶液用氨水调溶液 pHpH 值等等 这些因素都会导致值等等 这些因素都会导致 SO42 SO42 和和 NH4 NH4 积累 从而导致封孔中积累 从而导致封孔中 F F 的活性降低 不利于金属离子进的活性降低 不利于金属离子进 入微孔 在其中发生沉淀反应 而且溶液中的其它金属离入微孔 在其中发生沉淀反应 而且溶液中的其它金属离 子杂质可能优先于子杂质可能优先于 Ni2 Ni2 吸附 干扰吸附 干扰 Ni2 Ni2 的吸附 使封孔质的吸附 使封孔质 量下降 因此 控制配槽用水和把好清洗关至关重要 另量下降 因此 控制配槽用水和把好清洗关至关重要 另 外 溶液外 溶液 pHpH 过低时 可用氢氧化钠调节溶液的过低时 可用氢氧化钠调节溶液的 PHPH 值至值至 6 6 左右 不要用氨水来调节 这样可有效阻止左右 不要用氨水来调节 这样可有效阻止 NH4 NH4 的带入 的带入 3 3 7 7 封孔时间对封孔质量的影响封孔时间对封孔质量的影响 温度影响化学反应速度 一般是每升高温度影响化学反应速度 一般是每升高 10 10 化学反应化学反应 速度提高速度提高 l l 倍 封孔时间可缩短倍 封孔时间可缩短 1 1 倍 当封孔温度在倍 当封孔温度在 3030 35 35 时 封孔速度约时 封孔速度约 1 1 m min m min 此时 要根据氧化膜 此时 要根据氧化膜 性质性质 6 6 7 7 厚度 封孔温度确定封孔时间 一般对于一 厚度 封孔温度确定封孔时间 一般对于一 定厚度的氧化膜 封孔温度与时间关系为 时间定厚度的氧化膜 封孔温度与时间关系为 时间 温度常数温度常数 0 0 8 8 1 1 2 x2 x 膜厚 膜厚 由此可知 一般封孔时间在由此可知 一般封孔时间在 1010 20min20min 要注意 时间太短 要注意 时间太短 封孔不完全 时间太长 易引起过封孔 型材表面起灰严封孔不完全 时间太长 易引起过封孔 型材表面起灰严 重