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鋁氧化入門篇《一》:鋁與鋁合金的化學氧化處理

發布日期: 2015-08-21  浏覽人數:

鋁及鋁合金在大氣中雖能自然形成一層氧化膜,但膜薄(40- 50A)而疏松多孔,為非晶态的、不均勻也不連續的膜層,不能作為可靠的防護一裝飾性膜層.
1.随着鋁制品加工工業的不斷發展,在工業上越來越廣泛地采用陽極氧化或化學氧化的方法,在鋁及鋁合金制件表面生成一層氧化膜,以達到防護一裝飾的目的。經化學氧化杜理獲得的氧化膜,厚度一般為0.3~4um,質軟、耐磨和抗蝕性能均低于陽極氧化膜.所以,除有特殊用途外,很少單獨使用.但它有較好的吸附能力,在其表面再塗漆,可有效地提高鋁制品的耐蝕性和裝飾性。
2.經陽極氧化處理獲得的氧化膜,厚度一般在5-20v m,硬質陽極氧化膜厚度可達60- 2500m.其膜層還具有似下特性:,
(I)硬度較高。純鋁氧化膜的硬度比鋁合金氧化膜的硬度高.通常,它的硬度大小與鋁的合金成份、陽極氧化時電解液的工藝條件有關.陽極氧化膜不僅硬度較高,而且有較好的耐磨性.尤其是表面層多孔的氧化膜具有吸附潤滑劑的能力,還可進一步改善表面的耐磨性能.
(2)有較高的耐蝕性.這是由于陽極氧化膜有較高的化學穩定性.經測試,純鋁的陽極氧化膜比鋁合金的陽極氧化膜耐蝕性好.這是由于合金成分夾雜或形成金屬化合物不能被氧化或被溶解,而使氧化膜不連續或産生空隙,從而使氧化膜的耐蝕性大為降低.所以,一般經陽極氧化後所得的膜必須進行封閉處理,才能提高其耐蝕性能。
(3)有較強的吸附能力。鋁及鋁合金的陽極氧化膜為多孔結構,具有很強的吸附能力,所以給孔内填充各種顔料、潤滑劑、樹脂等可進一步提高鋁制品的防護、絕緣、耐磨和裝飾性能.
(4)有很好的絕緣性能.鋁及鋁合金的陽極氧化膜,已不具備金屬的導電性質,而成為良好的絕緣材料.
(5)絕熱抗熱性能強.這是因為陽極氧化膜的導熱系數大大低于純鋁·陽極氧化膜可耐溫15001C左右,而純鋁隻能耐660℃.
綜上所述,鋁和鋁合金經化學氧化處理,特别是陽極氧化處理後,在其表面形成的氧化膜具有良好的防護一裝飾等特性.因此,被廣泛應用于航空、電氣、電子、機械制造和輕工工業等方面。
第一節 裝飾性氧化
鋁和鋁合金裝飾性氧化工藝種類很多,一般可分為化學氧化法和電化學氧化法即陽極氧化法兩大類.其中,陽極氧化處理的應用較為廣泛.這是因為陽極氧化法所獲得的氧化膜比一切化學氧化法所獲得的氧化膜性能更為優良。經過化學或電化學抛光後的鋁及鋁合金制件,進行陽極氧化處理後,可得到光潔、光亮、透明度較高的氧化膜層,再經染色,可得到各種色彩鮮豔奪目的表面.如在某種特定的工藝條件下加以氧化處理,在其表面還可形成仿釉膜層,從而使鋁制品表面獲得特殊的裝飾效果.據不完全統計,我國目前鋁和鋁合金的裝飾性氧化工藝已發展到幾十種之多,使我國鋁制品加工工業的發展日新月異.
一、化學氧化
鋁及鋁合金的化學氧化處理,按其溶液的性質,可分為堿性和酸性溶液氧化處理兩類,按其膜層的性質則可分為氧化物膜層、磷酸鹽膜層、鉻酸鹽膜以及鉻酸~磷酸鹽膜等.
(一)工藝規範.
1.堿液化學氧化工藝規範.
無水碳酸鈉(Na2C03) 50g/L
鉻酸鈉(Na2Cr04) 15g/L
氫氧化鈉(NaOH) 25g/L
溫度 80--100 'c
時間 10--20min
氧化後,制件應立即清洗幹淨,在20g/L的鉻酸溶液中和室溫下鈍化處理5~15秒,然後清洗,烘幹操作.顔色為金黃色.膜厚為0.5~1um,适用于純鋁、鋁鎂、鋁錳合金.
2.磷酸鹽一鉻酸鹽氧化工藝規範
配方1:磷酸(H3P04) 50--60mL/L
鉻酸酐(Cr03) 20- 25g/L
氟化氫铵(NHOHF2) 3~3.5g/L
硼酸(H3B03) 1~1.2g/L
溫度 30-36'C
時間 3~6分鐘
此法使用磷酸較多,故又稱磷化法.氧化膜顔色為無色到淺藍色,膜厚約3- 49m.膜層緻密,抗蝕性較高,氧化後零件尺寸無變化,适用于各種鋁及其合金.為了進一步提高抗蝕能力,還可進行填充處理.将制件經氧化清洗後放在40 - 45g/L的重鉻酸鉀溶液中,溫度為
90--98℃,浸漬10分鐘,然後經清洗在<=70℃的烘箱内幹燥即可.适用于一般零件.也可在20- 30g/L的硼酸溶液中,溫度為90-98℃,浸漬10-15分鐘,然後經清洗在70℃烘箱内幹燥即可.适用于鋁鉚釘等.
配方2:磷酸(H3P04)45g/L
鉻酸醉(Cr03)6g/L
氟化鈉(NaF)3g/L
溫度15~35℃
時間10- 15min
膜層較薄,韌性好,抗蝕能力較高,适用于氧化後需變形的鋁和鋁合金制件.’
配方3:磷酸(H3P04)22g/L
鉻酸醉(Or03)2.--4g/L
氟化鈉(NaF)5g/L
卿酸(H3BOO 2g/L
溫度室溫
時間15-60s
此法又名化學導電氧化.氧化膜無色透明;膜層較薄,為0.3- 0.5um,導電性能良好,主要用于易變形的鋁制電氣零件。
3.鉻酸鹽法氧化工藝規範
配方1:鉻酸酐(Cr03)4N 6g/L
氟化鈉(Na-F)lg/L
鐵氰化鉀[K3Fe(CN)6]0.5g/L
溫度 30-35 0C
時間 20-60s
氧化膜顔色為彩虹色,膜薄,導電性能良好,主要用于對導電性能有一定要求的鋁制電氣零件.
配方2:鉻酸醉(Cr03)3.5~6g/L
重鉻酸鈉(NaZCrZO7)3~3.5g/L
氟化鈉(NaF)0.8g/L
pH 1.5
溫度 25~30℃
時間 3min
膜層無色透明,具有良好導電性能和抗蝕性能,與有機塗層有良好的結合力.廣泛用于航空、電氣和各種機械制造業、日用品生産等方面.
(二)工藝流程
鋁制件--機械抛光--化學除油及腐蝕--清洗--中和--清洗--化學氧化--清洗--熱水燙(50℃)--壓縮空氣吹幹--烘烤(70℃)--成品檢驗。
(三)溶液配制方法
(以磷酸鹽一鉻酸鹽氧化的配方1為例)
根據容積計算好所需的化學試劑用量,除磷酸外,先分别用少量水溶解(硼酸需加熱溶解)後加入槽中,然後加磷酸,加水至工作液面,攪拌均勻,經調試氧化合格後即可進行生産.
(四)各種因索的影晌(以磷酸鹽一鉻酸鹽氧化的配方1為例)
1.磷酸成膜的主要成分,含量低于5OmL/L或大于80mL/L,膜層薄、抗蝕能力較低.
2.鉻酸酐溶液中的氧化劑,是促使氧化膜形成的必要成分.如不含鉻酸酐,溶液的腐蝕性加強,很難形成膜層,當含量超過30g/L時,膜層變壞.
3.氟化氫铵溶液中的活化劑,與磷酸,鉻酸共同作用,能生成緻密的氧化膜層幾含量低于1.5g/L時,不能生成膜層;含量達到3g/L時,獲得的膜層抗蝕性能最佳;過高,則氧化膜疏松.
4.硼酸控制溶液的氧化反應速度和改善膜層的外觀,使膜層緻密.
5.溫度低于20C ,形成膜層薄,抗蝕能好力差;高于40 C,膜層疏松.
6.時間氧化時間可根據溶液的氧化能力和溫度來确定.溫度低、氧化能力弱時,可适當延長氧化時間;溫度高、氧化能力強時,可适當縮短氧化時間.

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