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铝及铝合金阳极氧化、着色及封锁的近况和生长趋向
2017-06-20 08:24admin
1.媒介 铝及其合金材料因为其高的强度/分量比,易成型加工和杰出的物理、化学机能,成为今朝产业中操纵量仅次于钢铁的第二大类金属材料。但是,铝合金材料硬度低、耐磨性差,

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1.媒介
铝及其合金材料因为其高的强度/分量比,易成型加工和杰出的物理、化学机能,成为今朝产业中操纵量仅次于钢铁的第二大类金属材料。但是,铝合金材料硬度低、耐磨性差,常发生磨蚀破坏,是以,铝合金在操纵前去往需颠末响应的外表处置以知足其对情况的顺应性和宁静性,削减磨蚀,耽误其操纵寿命。在产业上愈来愈普遍地接纳阳极氧化的体例在铝外表构成厚而致密的氧化膜层,以较着转变铝合金的耐蚀性,进步硬度、耐磨性和装潢机能。
阳极氧化是国古代最根基和最通用的铝合金外表处置的体例。阳极氧化可分为通俗阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及铝合金电解着色所取得的色膜具备杰出的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性,普遍操纵于古代修建铝型材的装潢防蚀。但是,铝阳极氧化膜具备很高孔隙率和吸附能力,轻易受净化和侵蚀介质侵蚀,心须停止封孔处置,以进步耐蚀性、抗净化能力和牢固色素体。
2 铝及铝合金的阳极氧化
2.1 通俗阳极氧化
铝及其合金经通俗阳极氧化可在其外表构成一层Al2O3膜,操纵差别的阳极氧化液,取得的Al2O3膜布局差别。阳极氧化时,铝外表的氧化膜的生长包罗两个进程:膜的电化学天生和化学消融进程。只要膜的生长速率大于消融速率时,氧化膜能力生长、加厚。通俗阳极氧化首要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等,以下先容一些通俗阳极氧化新工艺。
2.1.1 宽温疾速阳极氧化[1]
硫酸阳极氧化电解液的温度请求在23℃以下,当溶液的温度高于25℃时,氧化膜变得松散、厚度薄、硬度低、耐磨性差,是以在原硫酸溶液中插手氧化增添剂对原工艺停止改良,改良后的溶液配方为:

硫酸(ρ=1.84g/cm3)150-200g/L(最好值160g/L)
CK-LY增添剂      20-35g/L (最好值30g/L)
铝离子         0.5-20g/L (最好值5g/L)
CK-LY氧化增添剂包含特定的无机酸和导电盐,前者能进步电解液的任务温度,按捺阳极氧化膜的化学消融,在较高的温度下对按捺氧化膜松散有杰出的感化;后者能加强电解液的导电性,进步电流密度,加速成膜速率。该增添剂溶于硫酸电解液,对电解液中的金属离子有络协感化,使溶液中铝离子的容忍量进步,氧化液的寿命耽误,操纵温度可达30℃以上,而通俗硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机;同时削减了氧化时候,并可取得高品质的氧化膜。
2.1.2 硼酸-硫酸阳极氧化[2]
硼酸-硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新工艺。硼酸-硫酸阳极氧化溶液的构成为:45g/L H2SO4+8g/L H3BO3。
阳极氧化膜退膜溶液:按ASTMB137(美国尝试材料标准)划定溶液,即:20g/L CrO3+35mL/L H3PO4。
2.1.3 别的方面工艺的改良
巩运兰等对铝在铬酸中高电压阳极氧化停止了研讨[3],成果标明,铬酸系统高电压阳极氧化取得的氧化膜多孔,膜孔径极不规整,呈树枝状,浓度对孔径和膜厚都有影响。
在磷酸中接纳直流恒压电解的体例对铝试样停止阳极氧化处置。尝试标明,跟着电解电压的下降,反对层厚度、多孔层胞径和孔径均呈线性增添,其缘由与离子迁徙等紧密亲密相干。此项手艺发源于本世纪30年月,因为磷酸氧化膜具备很强的粘协力,是电镀、涂漆的杰出底层,是以取得愈来愈普遍的操纵。
2.2 铝及铝合金的硬质阳极氧化
铝及其合金经硬质阳极氧化处置后,可在其外表天生厚度达几十到几百微米的氧化膜,因为这层氧化膜具备极高的硬度(铝合金上可达400-6000kg/mm2,纯铝上可达1500kg/mm2),杰出的耐磨性、耐热性(氧化膜熔点可达2050℃)和绝缘性,大大进步了材质自身的物理机能、化学机能和机器机能,在国防及机器制作范畴取得了普遍操纵。
2.2.1 硫酸硬质阳极氧化
硫酸法成份简略不变,操纵轻易,高温氧化可取得数十至数百微米的硬质膜。硫酸硬质阳极氧化的首要缺点是通俗要在高温下停止,并且受铝合金构成的影响很大。
2.2.2 夹杂酸常温硬质阳极氧化
夹杂酸常温硬质阳极氧化是指以硫酸为主,插手少许草酸等二元酸,以取得较厚的膜,同时扩展操纵温度的下限,可许可将阳极氧化温度进步到10-20℃之间,所取得氧化膜的特点与硫酸阳极氧化膜类似。在10-20℃下电解,能取得耐磨性好的氧化膜和高招色率;实行高电流密度的夹杂酸电解,可防止氧化膜消融,可在较高的温度下实行,下降出产本钱,使膜层加倍光滑、光亮、精密,厚度更大,硬度更高。
2.2.3 脉冲硬质阳极氧化
脉冲硬质阳极氧化接纳中断电流或瓜代的凹凸电流停止氧化,胜利防止了烧焦和粉末,在室温下,所取得氧化膜在硬度、耐蚀性、柔性、电阻和厚度的平均性方面均优于通俗的直流氧化,并且出产效力可进步3倍。氧化膜机能比拟见表1。

2.2.4 铸铝合金硬质阳极氧化[4]
合金中含有较多的硅(跨越7%)就很难在硫酸系统中停止阳极氧化,而ZL102合金含硅量高达10%-13%,高硅的存在,轻易形成硅的晶向偏析,致使成膜坚苦,膜层平均性差。
欧阳新同等人经由进程尝试研讨,研制出了合适高硅铝合金硬质阳极氧化的工艺配方,使直流电源胜利地在ZL102合金上制取机能杰出的硬质氧化膜。该尝试接纳恒电流法,附加氛围搅拌,得出的最好工艺配方为[4]:
硫酸(ρ=1.84g/cm3)  15-40g/L
磺基水杨酸          20g/L
增添剂MY        2.5-5.0g/L
电流密度         3-6A/dm2
时候              60min
温度               0℃
此中MY是一种阴离子外表活性剂,同时也是Al3+的络合剂。它能优先吸附在高电流密度处并放电使电场散布平均,同时也能起到缓冲感化,按捺氧化膜的消融,从而取得平均平坦的氧化膜。
周建军等人以直流叠加脉冲电源对含铜的高硅锻造铝合金停止硬质阳极氧化,研讨了电源脉冲幅度对膜层机能的影响。尝试的最好工艺前提为[5]:
硫酸(ρ=1.84g/cm3) 120-160g/L
增添剂           7-8g/L
脉冲比           1.0∶1.3
电流密度       2.5-3.5A/dm2
温度               0℃
时候              50min
搅拌            紧缩氛围
成果标明,进步氧化时电源的脉冲幅度能较着进步膜层机能。操纵直流叠加脉冲硬质阳极氧化,能够或许在难于氧化的含铜、高硅的锻造铝合金上天生机能较好的氧化膜。
2.2.5 高压硬质阳极氧化[6]
绝大多数铝合金硬质阳极氧化整机,出格是整机的密封面和滑动共同部位,不只请求膜层具备较高的硬度和厚度,并且还请求低的粗拙度(Ra0.08-0.16)。雷宁等经由进程对氧化进程中整机外表状况的阐发及膜层增加速率的测定,找出了影响氧化膜品质及外表粗拙度的首要缘由,提出了高压硬质阳极氧化工艺:
硫酸(ρ=1.84g/cm3) 220-240g/L
T              -2-2℃
t               180min
DA          0.8-1.0A/dm2
终究电压            ≤40V
给电体例:初始20min内,电流密度升至0.8-1.0A/dm2,并一直坚持至氧化竣事。
另外,成都飞机产业团体公司按照美军标MIL-A-8625F及麦道公司标准DPS11.02评估铝合金阳极氧化膜的各项机能,研讨了具体材料及施加电流密度对膜厚、成膜时候、耐蚀性、耐磨性和销毁率的影响。成果标明:在交换叠加电源所发生的高电流密度下可取得品质较好的铝合金阳极氧化膜。
3 电解着色
经阳极氧化后的铝材停止电解着色,能够进步装潢结果和商品代价。氧化膜的厚度、平均性及布局与电解着色速率和色差有间接干系。电解着色时金属离子是在膜孔底部的反对层上复原堆积的。因为金属粒子受光的散射感化而显色。欲在反对层上堆积金属,关头在于活化反对层。以是要操纵交换电的极性变更来进步其化学反映活性。又因为反对层具备整流感化,将交换电变成了直流电,故铝一侧电流的负成份占主导,进入膜孔内的金属离子被复原析出。
以往铝型材着色多数是青铜色系,以单锡盐或镍锡混盐为主。最近几年来电解着古铜色将被钛金色、金黄色、仿不锈钢色、浅白色、香槟色、银灰色等多种淡色彩所取代。钛金色新鲜而不妖艳,黄中透红,使人赏心好看,并具备着色本钱较低,增值较高的长处,它作为淡色彩中的主色彩己非常较着。以银盐和锰盐为主盐的金黄色在香港和越南市场行情杰出。锰盐着金黄色逼真,本钱较低。但不不变,不宜持续出产;银盐着色可取得金黄色、绿金色、黄绿色和金土色等多种色彩,槽液非常不变,潜伏经济效益好,应开辟操纵。
3.1 电解着色工艺的改良
3.1.1 铝合金外表着亮玄色工艺[7]
此工艺是经锡铜离子在着色电解槽中停止着色反映后天生的二元金属氧化物膜层,光彩墨黑亮丽,是一种独具特点的铝合金防侵蚀和装潢材料。电解着色液构成为:30% SnSO4,30% NiSO4,15% CuSO4的夹杂溶液。经氧化处置的铝材为阳极,以石墨电极其阴极,50Hz220V交换电源经调压器调至8V后输出电解槽,电解着色10min,便可取得亮丽的玄色铝合金外表。
3.1.2 阳极化铝光干与电解着色工艺[8]
在用锡盐停止光干与电解着色的研讨中发明,取得蓝色的干与色最为坚苦,用通俗电解着色体例着色,取得蓝色也是坚苦的,于芝兰等人在此方面停止了研讨。尝试材料为L2(2号产业纯铝,含铝

99.6%)和LD31(相称于美国的6063),试样尺寸L250 mm×50mm×1mm,LD3125mm×25mm角材,1.3mm厚,其外表积为0.68dm2;阳极氧化前提,H2SO4(ρ=1.84g/cm3)180g/L,18℃,1.2-1.4A/dm2,30min,膜厚12-14μm;用磷酸直流扩孔处置;锡盐电解着色:SnSO416g/L,H2SO414g/L,夹杂增添剂16g/L,18-20℃,交换着色电压12-14V,另外还操纵铜盐和Cu-Ni夹杂盐电解着色,可取得黄红、绿、蓝较不变的干与色。

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