第12教学单元金属表面转化膜技术4--铝及铝合金的氧化处理.doc

冶金与建筑工程系 教 案第 12 教学单元课 题：金属表面转化膜技术4铝及铝合金的氧化处理教学目标知识目标1.铝及铝合金氧化处理的方法2.铝及铝合金阳极氧化处理能力目标能通过查阅相关资料，为铝及铝合金制定氧化处理工艺职业素质目标爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点铝及铝合金阳极氧化工艺教学难点铝及铝合金阳极氧化工艺辅助教学手段采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月 日月 日月 日月 日月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：以一种实验钢为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2学时导 言：新课内容:铝及铝合金虽然在空气中能自然形成一层厚度约为0.010.02m的氧化膜，这层氧化膜是非晶态的，薄而多孔、不均匀，硬度也不高，虽然在大气中有一定的耐蚀性，但是在碱性和酸性溶液中易被腐蚀，不能作为可靠的防护-装饰性膜层。目前，在工业上广泛地采用阳极氧化或化学氧化的方法，在铝及铝合金制件表面生成一层氧化膜，以达到防护-装饰的目的。铝及铝合金氧化处理的方法主要有两种： 化学氧化 氧化膜较薄，厚度约为0.54m，多孔而质软，具有良好的吸附性，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和抗蚀性能均不如阳极氧化膜。 电化学氧化（阳极氧化） 氧化膜厚度约为520m（硬质阳极氧化膜厚度可达60200m），有较高硬度，良好的耐热和绝缘性，抗蚀能力高于化学氧化膜，多孔，有很好的吸附能力。 铝合金氧化处理广泛应用于机械、电子、家庭装饰、生活日用品及IT产品中，如许多数码相机、数码摄像机、笔记本电脑外壳就是用经过氧化处理的铝镁合金制造的。一、 铝及铝合金的化学氧化处理铝及铝合金的化学氧化处理设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，适用范围广，不受零件大小和形状的限制。故大型铝件或难以用阳极氧化法获得完整膜层的复杂铝件（如管件、点焊件或铆接件等），通常采用化学氧化法处理。目前铝及铝合金化学氧化液大多以铬酸盐法为主，按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类，按膜层性质可分为氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸酐磷酸盐膜。1.1铝及铝合金碱性氧化法铝及铝合金碱性铬酸盐化学氧化溶液的配方及工艺条件如表5-5所示。铝及铝合金在碱性氧化液中得到的氧化膜层较软，耐蚀性较差，孔隙率较高，吸附性好，适于作为涂装底层。铝及铝合金碱性化学氧化工艺规范：溶液组成/（g/L）与工艺条件配方1配方2配方3碳酸钠406050604050铬酸钠102015201020氢氧化钠25磷酸三钠1.52硅酸钠0.61.0温度/80100951009095时间/min510810810配方1、2适用于纯铝、铝镁合金、铝锰合金和铝硅合金。膜层颜色为金黄色，但在后二种合金上得到的氧化膜颜色较暗。配方3适用于含重金属的铝合金。加入硅酸钠，起缓蚀作用，膜层颜色为无色，硬度及耐蚀性略高，孔隙率及吸附性略低，在质量分数为2的硅酸钠溶液中封闭处理后可单独作为防护层用。1.2铝及铝合金酸性氧化法铝及铝合金酸性铬酸盐化学氧化溶液配方及工艺条件如表所示。 溶液组成/（g/L）与工艺条件配方1配方2配方3配方4磷酸(d=1.7)10155060(ml/L)22铬酸酐(CrO3)1220252445氟化钠3551.01.2氟化氢氨33.5磷酸氢二氨22.5硼酸0.61.22铁氰化钾K2Fe (CN)60.50.7重铬酸酐钾温度/20253040室温2535时间/min1015281560s0.51.0配方1得到的氧化膜较薄，韧性好，耐蚀性好，适用于氧化后需变形的铝及铝合金，也可用于铸铝件的表面防护，氧化后不需要钝化或填充处理。配方2溶液pH值为1.52.2,得到的氧化膜较厚，约13m，致密性及耐蚀性都较好，氧化后零件尺寸无变化，氧化膜颜色为无色至浅蓝色，适用于各种铝及铝合金氧化处理。在配方溶液中氧化处理后零件应立即用冷水清洗干净，然后用重铬酸钾4050g/L溶液填充处理（pH4.56.5时用碳酸钠调整），温度9095,时间510min，清洗后在70烘干。配方3溶液中得到的氧化膜为无色透明，厚度约0.30.5m，膜层导电性好，主要用于易变形的铝制电器零件。配方4适用于纯铝及防锈铝及铸铝等合金。氧化膜很薄，导电性及耐蚀性好，硬度低，不耐磨，可以点焊或氩弧焊，但不能锡焊；主要用于要求有一定导电性能的铝合金零件。2. 铝及铝合金化学氧化工艺流程铝及铝合金化学氧化的工艺流程为： 热水（50 ）压缩空气吹干烘烤（70 ）压缩空气吹干涂有机保护层烘干 机械抛光化学脱脂清洗中和清洗化学氧化清洗铝及铝合金经化学氧化处理后为提高耐蚀性，应立即清洗，并作填充或钝化处理，工艺规范如表所示。工艺名称溶液配方/（g/L）工艺参数备注填充处理重铬酸钾 30509095，510min用于酸性氧化法钝化处理铬酸酐（CrO3）20室温，515s用于碱性氧化法二、 铝及铝合金的阳极氧化1. 铝及铝合金阳极氧化原理将铝及铝合金放入适当的电解液中，以铝工件为阳极，其它材料为阴极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜，这种方法称为阳极氧化。铝阳极氧化的一般原理 阳极：铝或铝合金制品 阴极：在电解溶液中化学稳定性高的材料 铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。 在阴极上 在阳极上通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度约为几十至几百微米的阳极氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性等都较化学氧化膜有明显改善和提高。采用不同的电解液和工艺条件，就能得到不同性质的阳极氧化膜。阳极氧化膜的微观结构：铝及铝合金的阳极氧化膜这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状的，具有二层结构，靠近基体的是一层厚度为0.010.05m、致密的纯Al2O3膜，硬度高，此层为阻挡层；外层为多孔氧化膜层，由带结晶水的Al2O3组成，硬度较低。 初期应用 表面改性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。 近期应用 精密分离膜：耐热、可调孔径、规整 AAO模板：制作纳米功能材料 2. 铝及铝合金阳极氧化工艺铝及铝合金阳极氧化的方法很多，按电解液的种类可分为硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化和草酸阳极氧化；按氧化膜的性能可分为普通阳极氧化、硬质阳极氧化和瓷质阳极氧化。2.1硫酸阳极氧化在稀硫酸电解液中通以直流或交流电对铝及铝合金进行阳极氧化处理，可获得厚度为520m，吸附性较好的无色透明氧化膜；而且氧化膜易染色，硬度高，耐蚀性和耐磨性好。硫酸阳极氧化溶液稳定，允许杂质含量范围较宽；电解电压低，电能消耗少；操作方便，成本低；几乎可以适用于各种铝及铝合金的氧化处理，但不适于铸件、点焊件、铆接件。目前95以上的阳极氧化是在硫酸中进行的，阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。铝及铝合金硫酸阳极氧化的溶液配方及工艺条件见表。溶液组成/（g/L）和工艺条件直流法交流法配方1配方2配方3硫酸150200160200100110铝离子Al3202020温度 /1326071326阳极电流密度 /（A/dm2）0.81.50.52.512电压 /V122212221624时间 /min206030603060搅拌压缩空气压缩空气压缩空气阴极面积/阳极面积1.5:11.5:11:1配方1和配方3适用范围于一般要求的铝及铝合金；配方2适用于对硬度、耐磨性要求较高的铝及铝合金。2.2铝及铝合金阳极氧化的工艺流程铝及铝合金阳极氧化的工艺流程为：上挂架化学脱脂清洗中和清洗抛