鋁及鋁合金陽極氧化工藝的現狀及發展趨勢

2020-11-24 慧聰網

鋁及鋁合金陽極氧化工藝的現狀及發展趨勢

2007/10/19/8:42來源:中鋁網

    1 前言

  鋁及其合金材料由於其高的強度/重量比,易成型加工以及優異的物理、化學性能,成為目前工業中使用量僅次於鋼鐵的第二大類金屬材料。然而,鋁合金材料硬度低、耐磨性差,常發生磨蝕破損,因此,鋁合金在使用前往往需經過相應的表面處理以滿足其對環境的適應性和安全性,減少磨蝕,延長其使用壽命。在工業上越來越廣泛地採用陽極氧化的方法在鋁表面形成厚而緻密的氧化膜層,以顯著改變鋁合金的耐蝕性,提高硬度、耐磨性和裝飾性能。

  陽極氧化是國現代最基本和最通用的鋁合金表面處理的方法。陽極氧化可分為普通陽極氧化和硬質陽極氧化。鋁及鋁合金電解著色所獲得的色膜具有良好的耐磨、耐曬、耐熱和耐蝕性,廣泛應用於現代建築鋁型材的裝飾防蝕。然而,鋁陽極氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力,容易受汙染和腐蝕介質侵蝕,心須進行封孔處理,以提高耐蝕性、抗汙染能力和固定色素體。

  2 鋁及鋁合金的陽極氧化

  2.1 普通陽極氧化

  鋁及其合金經普通陽極氧化可在其表面形成一層Al2O3膜,使用不同的陽極氧化液,得到的Al2O3膜結構不同。陽極氧化時,鋁表面的氧化膜的成長包含兩個過程:膜的電化學生成和化學溶解過程。只有膜的成長速度大於溶解速度時,氧化膜才能成長、加厚。普通陽極氧化主要有硫酸陽極氧化、鉻酸陽極氧化、草酸陽極氧化和磷酸陽極氧化等,以下介紹一些普通陽極氧化新工藝。

  2.1.1 寬溫快速陽極氧化[1]

  硫酸陽極氧化電解液的溫度要求在23℃以下,當溶液的溫度高於25℃時,氧化膜變得疏鬆、厚度薄、硬度低、耐磨性差,因此在原硫酸溶液中加入氧化添加劑對原工藝進行改進,改進後的溶液配方為:

  硫酸(ρ=1.84g/cm3)150-200g/L(最佳值160g/L)

    CK-LY添加劑      20-35g/L (最佳值30g/L)

    鋁離子         0.5-20g/L (最佳值5g/L)

  CK-LY氧化添加劑包括特定的有機酸和導電鹽,前者能提高電解液的工作溫度,抑制陽極氧化膜的化學溶解,在較高的溫度下對抑制氧化膜疏鬆有良好的作用;後者能增強電解液的導電性,提高電流密度,加快成膜速度。該添加劑溶於硫酸電解液,對電解液中的金屬離子有絡合作用,使溶液中鋁離子的容忍量提高,氧化液的壽命延長,操作溫度可達30℃以上,而普通硫酸氧化工藝21℃以上就必須開冷水機;同時減少了氧化時間,並可獲得高質量的氧化膜。

  2.1.2 硼酸-硫酸陽極氧化[2]

  硼酸-硫酸陽極氧化是取代鉻酸陽極氧化的一種薄層陽極氧化新工藝。硼酸-硫酸陽極氧化溶液的組成為:45g/L H2SO4+8g/L H3BO3。

  陽極氧化膜退膜溶液:按ASTMB137(美國實驗材料標準)規定溶液,即:20g/L CrO3+35mL/L H3PO4。

  2.1.3 其它方面工藝的改進

  鞏運蘭等對鋁在鉻酸中高電壓陽極氧化進行了研究[3],結果表明,鉻酸體系高電壓陽極氧化得到的氧化膜多孔,膜孔徑極不規整,呈樹枝狀,濃度對孔徑和膜厚都有影響。

  在磷酸中採用直流恆壓電解的方法對鋁試樣進行陽極氧化處理。實驗表明,隨著電解電壓的升高,阻擋層厚度、多孔層胞徑和孔徑均呈線性增加,其原因與離子遷移等密切相關。此項技術起源於本世紀30年代,由於磷酸氧化膜具有很強的粘合力,是電鍍、塗漆的良好底層,因此得到越來越廣泛的應用。

  2.2 鋁及鋁合金的硬質陽極氧化

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  • 一文讀懂陽極氧化處理工藝
    01 陽極氧化 陽極氧化法被稱作鋁合金表面處理的「萬能」技術。鋁和鋁合金的陽極氧化處理是以鋁或鋁合金製品為陽極置於電解質溶液中,利用電解作用,使其表面形成氧化鋁薄膜的過程。
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    鋁及鋁合金的微弧氧化(微等離子體表面陶瓷化)技術,是指在普通陽極氧化的基礎上,利用弧光放電增強並激活在陽極上發生的反應,從而在鋁及鋁合金表面形成優質的強化陶瓷膜的方法
  • 鋁合金型材的成分對陽極氧化效果的影響
    鋁及鋁合金型材的成分及熱處理狀態對所生成的陽極氧化膜的外觀及性能有很大的影響。如進行硫酸陽極氧化時,銅含量高的鋁合金型材,由於CuAl的溶解使膜層比較疏鬆、多孔;含矽高的鋁合金膜層灰暗。含銅大於5%或含矽大於7.5%的鋁合金不宜進行鉻酸陽極氧化。
  • 鋁及鋁合金彩色導電氧化工藝介紹
    鋁及鋁合金經導電氧化工藝處理之後,所獲的氧化膜仍有優良的導電性能,這是其特有的性能,而且膜層的防護及裝飾性能也很好,純鋁表面的膜層色彩比    鋁及鋁合金導電氧化工藝操作簡便,無需專用設備,近年來有關導電氧化膜層易於吸附有機塗料,結合力良好的認識得到進一步的提高,因而用作塗裝(電泳、噴漆)基底的應用範圍也得到逐步擴大。     預處理工藝中需要注意的具體細節     鋁質材料在空氣中是極不穩定的,容易生成用肉眼也難以識別的氧化膜。
  • 鋁陽極氧化彩虹棕色混合染色工藝
    在此染料配比條件下,鋁陽極氧化膜可以染出帶紅黃底色的棕色。  1.2 試驗材料與工藝流程  試驗材料是6063鋁合金,按照試樣製備→脫脂→兩級清洗→鹼蝕→兩級清洗→出光→兩級清洗→陽極氧化→兩級清洗→混合染色→兩級清洗→封閉→兩級清洗→外觀和封孔質量檢測的工藝流程進行試驗。
  • 電鍍與陽極氧化的區別
    作為產品設計人員,應該了解不同工藝的局限性,因此將重要點說在前面:鋁合金的表面處理通常是陽極氧化,不適合電鍍。鋅合金壓鑄的常用表面處理是電鍍,不適合陽極氧化。鋁合金壓鑄件也不適合陽極氧化效果比較差,對外觀要求高者慎用。
  • 看完後終於懂了,原來這就是陽極氧化工藝啊!
    「成長」起來,鋁門窗及其它裝飾鋁材的使用越來越多。鋁材的表面處理大多數是使用陽極氧化工藝的。鋁材及其鋁合金我們不陌生,現在傑昌和你們一起探討什麼是陽極氧化呢?對於這個比較專業的工藝,但其實要了解基本原理也不難!陽極氧化表面處理工藝是指在電解質溶液中,工件為陽極,在外加電流作用下,使其表面形成氧化膜層的過程。金屬氧化物薄膜改變了工件的表面狀態和性能,如表面著色,提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度,保護金屬表面等。