铝合金阳极氧化与表面处理技术

铝和铝合金的特性1。密度低的铝的密度约为2.7g/cm3，金属结构材料中比镁高的第二种轻金属只有铁或铜的三分之一。2.塑料高铝及其合金的延展性优秀，可以用挤压、轧制或拉伸等压力加工手段制造各种类型、板、箔、管和丝绸。3.易强化的纯铝强度不高，但通过合金及热处理，可以容易强化、高强度的铝合金，强度可以与合金钢相比较。4.导电铝的电导率和热导率仅次于银、金、铜。铜的相对电导率为100，铝为64，铁为16。根据等质量金属电导率计算，铝几乎是铜的两倍。5.防腐铝和氧具有很高的亲和力，在自然条件下在铝表面生成保护性氧化物，具有比钢好得多的耐蚀性6。回收铝的熔体温度低，660左右，废料容易再生，回收率高，可回收能耗只有冶炼的3%。7.焊接性铝合金可采用惰性气体保护法焊接，焊接后机械特性好，耐腐蚀性好，外观美观，满足结构材料要求8。表面处理容易的铝采用阳极氧化着色处理，处理后坚固、耐磨、电绝缘性好，通过化学预处理进一步提高电镀、电泳、喷涂等对铝的装饰和保护，铝的表面加工性，1 .机械预处理的目的a .提供良好的表观条件，可提高表面光洁度质量；提高产品质量。减少焊接的影响。产生装饰效果。得到干净的表面。2.机器预处理常用的机器预处理方法有抛光、喷砂、刷洗、辊光等。具体地说，其预处理取决于产品的类型、生产方法、表面的初始状态和最终抛光水平。3.机械抛光的原理和高速旋转的砂轮由工件和摩擦产生高温，金属表面的塑性变形使金属表面的凸点和凹点变平，同时反复研磨周围大气氧化时瞬间产生的金属表面的极薄氧化膜，光线越来越亮。主要起到去除工件表面毛刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、气孔等表面缺陷的作用。此外，工作表面的细微不均匀部分进一步清除，使光泽度更高，直至镜面效果。4.通过喷砂的原理和作用，精制的压缩空气将干沙流或其他磨粒撒在铝产品表面，消除表面缺陷，展示无光的砂面。主要作用：去除工件表面的毛刺、铸件渣等缺陷和灰尘。提高合金的机械性能；得到均匀的表面消光效果。5.太阳能的原理和作用太阳能利用太阳能的旋转刷去除产品表面的毛刺、灰尘等。铝合金印章是产品的拉丝抛光处理，主要起到装饰的作用。6 .滚筒的原理和作用是将工件放入包含研磨和化学溶液的滚筒中。滚筒的旋转使工件和磨料、工件和工件的相互摩擦得到了研磨的效果。铝的化学预处理，1 .化学预处理的定义和作用是用化学溶液或溶剂预处理铝表面的工艺，通过有效去除原始铝表面的油污染、污染物和自然氧化膜等，可以得到铝湿润均匀的干净表面。2.化学预处理常用的化学预处理方法包括脱脂、碱洗、除灰、氟化物砂表面处理、清洗和其他方法。根据处理中铝的用途，可以使用对表面质量要求不同的化学预处理工艺3。脱脂的原理和作用油在酸性脱脂液中发生水解反应，产生甘油和相应的高级脂肪酸，根据少量润湿剂及乳化剂，油更容易溶解，脱脂效果增加。脱脂处理可以去除铝表面的油和灰尘等，使后肝碱洗更加均匀。4.碱洗的原理和作用是将铝放入以氢氧化钠为主要成分的强碱性溶液中，引起蚀刻反应，进一步去除表面的污垢，彻底去除铝表面的自然氧化膜，为后续阳极氧化处理显示出纯金属基质。5.除灰的原理和作用碱洗后，产品表面经常在碱洗罐上附着一层不溶性金属化合物及其碱洗产物，形成灰褐色或灰黑色挂灰的层。除灰的目的是去除这种不溶于碱液的悬灰，防止电炉阳极氧化工艺的污染。6.氟化物砂表面处理的原理和作用氟化物砂表面处理是利用氟离子生产铝表面高均匀高密度点腐蚀的酸性蚀刻过程，用于去除产品表面的挤压痕，生成平面表面。但是氟化物水处理过程中存在严重的环境污染问题，目前尚未普及和使用。铝(电)化学抛光和化学转化，1 .化学抛光或电化学抛光的作用是提高铝产品装饰效果的高级整理方法，通过去除铝产品表面的一些模痕和划痕条纹，消除机器抛光中可能形成的摩擦条纹、热变形层、氧化膜等，使粗糙的表面变得柔软，从而获得像镜子一样的光亮表面。2.化学式投掷控制铝表面的选择性溶解，使铝表面的微小突起比凹处先溶解，达到表面平坦明亮的目的。投掷电的原理是尖端放电，其他化学投掷类似。3.化学转化的作用化学转化主要用于保护铝及其合金不受腐蚀，可以直接用作涂层，也可以作为有机聚合物的底部解决涂层和铝附着，还可以提高有机聚合物涂层的耐蚀性。4.化学转化原理产生化学处理溶液中金属铝表面和溶液中化学氧化剂反应化学转化膜的化学处理过程，一般化学转化分为化学氧化处理、铬酸盐处理、铬酸盐处理和无铬化学转化。5.介绍化学转化可以从沸水中得到铝致密的保护化学氧化膜。这种方法被称为化学氧化处理，但因为薄膜形成速度和性能没有大规模生产力。铬酸盐处理形成的铬膜是目前耐蚀性最强的铝化学转化涂层，不仅是喷射常用的地板，还可以直接用作铝合金最终涂层，但缺点是环境污染严重。铬酸盐处理对喷射地板和三价铬无毒，目前更多地用于3C产品。无铬化学转化目前，工业生产主要采用含钛或/和锆的氟配合物的无铬处理，无铬处理需要严格的化学预处理，同时无铬膜是无色透明的，肉眼无法断定化学转化的实际效果，因此更加依赖可靠的工艺和工艺的严格控制。摘要化学转化在3C产品中最常用的是磷铬酸盐处理，铝合金的阳极氧化，1 .阳极氧化的定义阳极氧化通常是将具有保护、装饰和其他一些功能性的铝合金表面转换为氧化膜的电解氧化。2.阳极氧化膜的分类氧化膜主要分为两类：壁式氧化膜和多孔氧化膜，壁式氧化膜是靠近金属表面的致密、无孔的薄氧化膜，厚度根据加电压一般不超过0.1um。多孔氧化膜由屏障厚度和与外部电压相关的屏障和多孔层的双层氧化膜组成，这取决于通过的电量。我们最常用的是多孔氧化膜。3.阳极氧化膜的特性a .氧化膜结构是多孔蜂窝状结，膜的孔隙率具有良好的吸附力，可用作涂层的底层也可以染色，提高金属的装饰效果。b .氧化膜的高硬度，阳极氧化膜的高硬度，其硬度在决定氧化膜耐磨性的硬度196-490hv左右为196-490hv。c .氧化膜的耐蚀性，铝氧化膜在空气和土壤中稳定，与基体的结合力也很强，通常氧化后经过染色密封或喷雾处理，可进一步加强耐蚀性。D.氧化膜的结合力，氧化膜在基体金属中有很强的结合力，很难用机械方法分离。即使膜根据金属弯曲，膜仍保持与基体金属的良好结合，但氧化膜的塑性小、脆性大，并且在膜受到大冲击载荷和弯曲变形时发生裂纹，因此这种氧化膜不容易用作机械作用，可以用作漆层的底部。e .氧化膜的绝缘，铝阳极氧化膜的阻抗高，导热性低，热稳定性最高1500度，热导率0.419w/(MK)-1.26w/(MK)。可用作电解电容器的电介质层或电器的绝缘层。铝合金氧化膜生成工艺，1 .阳极氧化的第一阶段多孔层形成阶段，ab段，电源开始断电时间(数秒到数十秒)内电压急剧增加，达到了临界电压(电压的最大值)，这表明阳极表面形成了连续的、没有孔的膜层。多孔层的电阻大，阻碍膜的持续，多孔层的厚度与形成电压成正比，氧化膜与电解质溶解速度成反比。厚度约为0.01至0.1微米。2.阳极氧化的第二阶段多孔层形成阶段，在BC段、膜的最薄部分，孔会首先溶解，电解质可以通过这样的孔到达铝的新鲜表面，电化学反应继续进行，电阻减少，电压减少(降低最高值的10-15%)，膜上出现多孔层。3.阳极氧化的三阶段多孔层变厚，CD段此时电压稳定，慢慢上升。此时，无孔层继续溶解为多孔层，无新孔层的朋友生长。因此，多孔层继续变厚。生成速度和溶解速度达到动态平衡后，薄膜的厚度不再增加。这个时候反应要中断。铝合金阳极氧化工艺，1 .阳极氧化常用的工艺铝合金阳极氧化是硫酸阳极氧化工艺、铬酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺和磷酸阳极氧化工艺。最常用的是硫酸阳极氧化。2.硫酸阳极氧化目前在国内外广泛使用的阳极氧化工艺是硫酸阳极氧化，与其他方法相比，在生产成本、氧化膜特性及性能方面具有很大的优势，其成本低，膜的透明度好，耐蚀摩擦性好，着色性好等优点。以稀硫酸为电解质，使产品阳极氧化，薄膜厚度达5-20um，膜的吸附性好，无色透明，工艺简单，操作方便。3.铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化获得的膜只有2-5um，可以保持工件的原始准确度和表面粗糙度；孔隙率低，染色困难。不用密封也可以使用。薄膜柔软耐磨，但弹性好。耐蚀性强，铬对铝的溶解度小，使针孔和缝隙中的馀额少于零件腐蚀，适合铸件等结构，该工艺常用于军事。如果还检查零件质量，肯定是裂纹发生时褐色电解质流出。4.草酸阳极氧化草酸对铝氧化膜的溶解度小，因此氧化膜孔隙率低，膜耐磨性和电绝缘性优于硫酸膜。但是草酸氧化的成本是硫酸的3到5倍。同时草酸在阴极和阳极上反应，电解质的稳定性下降。草酸氧化膜的颜色容易根据工艺条件变化，因此产品的色差存在，其工艺应用受到限制。但是草酸可用作硫酸氧化添加剂。5.磷酸阳极氧化膜在磷酸电解质中溶解得比硫酸多，因此氧化膜薄(只有3um)，孔径大。磷酸膜防水性强，防止黏合剂用水合作用老化，提高粘合剂接合力，因此主要用于金属板的表面处理和铝工件粘接预处理。铝合金硬质阳极氧化，1 .硬质氧化膜的特性铝合金硬质阳极氧化具有以下特性：氧化膜厚度(普通厚度不小于25um)、硬度高(大于350HV)、耐磨性好、孔隙率低、屈服电压高，表面平整度可能看起来稍差。2.硬质阳极氧化的工艺特性硬质阳极氧化和一般氧化的原理、设备、工艺及测试等各方面没有本质区别。硬氧化想降低氧化膜的溶解度，主要特点是a .罐液体温度低(通常20度左右，硬5度以下)，一般温度低的氧化膜硬度b .罐液体浓度低(一般硫酸浓度20%，硬15%以下)，浓度低，膜溶解度低的c .罐液体中添加有机酸，并且最高100v) e .加电压必须使用分阶段递增电压方法。电压高，电流多，处理时间长，能耗高。同时，硬质合金化经常使用脉冲电源或特殊波形电源。3 .铸造铝合金硬阳极氧化铸造铝合金通常需要硬阳极氧化以提高性能，铸造铝合金通常使用铝/硅合金和铝/铜合金，al-si系统具有良好的铸造性能和耐磨性，广泛应用于接头零件和零件，有时添加铜和镁以提高机械性能和耐热性。铝-铜系也是常用的铸造合金，主要用于大型静态载荷和形状不复杂的砂型铸造。铸造铝合金通常需要改进电解质和功率波形，因为在硫酸中添加特定金属盐或有机酸、硫酸-草酸-酒石酸溶液、硫酸-干油溶液的非金属等元素；电源的形式通常更改为交流/直流叠加、不对称电流、脉冲电流等，其中脉冲效果更好。电铸在氧化之前，要应对夜间向导和除毛刺等，防止电流集中。铝合金Mao(微弧氧化)，1 .微弧氧化技术的原理：微弧氧化也称为微等离子表面陶瓷技术，通过在普通阳极氧化的基础上利用电弧放电加强和激活阳极产生的反应，在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面制作高质量的强化陶瓷膜，用专用的微阳极氧化电源给工件施加电压，与工件表面的金属和电解质溶液相互作用，使工件表面的微电解溶液相互作用。2.microarc氧化的特性a .热处理后，材料表面硬度(HV 1200)大幅提高，超过高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；b .良好的耐磨性；c .良好的耐热性和耐腐蚀性(CASS盐雾试验 480 h)从根本上克服了铝、镁、钛合金材料应用方面的缺点，因此该技术具有广泛的应用前景；d .良好的绝缘特性，最高100M的绝缘电阻。e .过程稳定可靠，设备简单。反应在室温下进行，操作方便，容易掌握。f .陶瓷膜在基板上原位生长，坚固耦合，陶瓷膜致密均匀。3.microarc氧化的应用microarc氧化是一种新的铝合金表面处理技术，它结合氧化铝的陶瓷和铝合金的金属性，使铝合金表面的理化性能更好。但是由于技术经济等原因，目前在我国没有被广泛使用。但是氧化膜的特殊特性是因为它可以应用于航空汽车发动机、石油化工、纺织工业、电子工业等多个领域。Microarc氧化不足：microarc氧化引起火花放电、火花腐蚀，使产品表面粗糙，使用时消除粗糙层，造成浪费。能耗是一般氧化的5倍。铝合金氧化膜的电解着色，1 .铝合金氧化膜的一般着色工艺：铝合金常用的着色工艺主要可分为三类。a .整体着色法：包括自然发色和电解发色剂两种，自然发色是指由于阳极氧化工艺，铝合金中添加了成分(Si、Fe、Mn等)，导致氧化膜着色。电解发色是指电解质的组成及电解条件的变化引起的氧化膜的着色。b .染色法：以氧化膜为标准，用无机颜料或有机染料染色的氧化膜。C.电解着色法：以第一氧化膜为基础，在含金属盐溶液中使用DC或AC的电解着色法对电解着色的耐候性、耐光性和寿命等方面优于染色法，其成本远低于整体着色法，目前广泛应用于建筑用铝型材的着色。国内外工业化的电解着色槽液体基本上是镍盐和锡盐(包括锡-镍混合盐)溶液两大类，颜色大体上是由浅到深的高铜色系。2.电解着色的原理多孔阳极氧化膜的规则的、可控的微孔，通过电解着色将极细的金属和/或氧化物粒子沉积在孔的底部，可以因光散射效果而得到不同的颜色。颜色的着色与沉积粒子的数量相关，即着色时间和附加电压。通常，电解着色颜色与析出粒子的大小分布有关，从香囊、浅、深青铜色到黑色，色调不完全相同。目