铝合金表面处理技术总结（下）

接上期：

8.铝合金硬质阳极氧化

  8.1.硬质氧化膜的特点 
铝合金硬质阳极氧化和普通氧化膜相比具有以下特点：氧化膜比较厚（一般厚度不小于25um）、硬度比较高（大于350HV）、耐磨性较好、空隙率较低、耐击穿电压较高，而表面平整性可能显得稍差一点。
  8.2.硬质阳极氧化的工艺特点
 硬质阳极氧化和普通氧化的原理、设备、工艺和检测等各方面没有本质的区别。硬质氧化设法降低氧化膜的溶解性，主要特点为：
a.槽液温度较低（普通20度左右，硬质5度以下），一般情况下温度低生成的氧化膜硬度高
b.槽液浓度低（普通硫酸浓度20%，硬质15%以下），浓度低对膜溶解性小
c.槽液里添加有有机酸，硫酸里面加草酸或者酒石酸等
d.外加电压、电流较高（普通电流1.5A/dm2,电压18V以下，硬质电流2~5A/dm2，电压25V以上。最高可达100V）
e.外加电压宜采用逐步递增电压的方法。因其电压高电流大，处理时间长因此能耗大。同时硬质氧化常采用脉冲电源或者特殊波形电源
  8.3.铸造铝合金硬质阳极氧化
铸造铝合金通常需要硬质阳极氧化来提高其性能，铸造铝合金常用铝/硅系合金和铝/铜系合金，铝硅系具有良好的铸造性能和耐磨性能而用量最大，广泛应用于结构件和零部件，有时添加铜和镁改善力学性能和耐热性。铝铜系也是常用的铸造合金，主要用于承受大的动静载荷和形状不复杂的砂型铸件。铸造铝合金因含有非金属等元素需要对电解液和电源波形进行改进，电解液一般可在硫酸中加某些金属盐或有机酸，硫酸-草酸-酒石酸溶液、硫酸-干油溶液；电源形式一般改为交直流叠加、不对称电流、脉冲电流等，其中脉冲效果较好。电铸件氧化前应对菱角导园和去除毛刺等，防止电流集中。

9.铝合金微弧氧化（MAO）

  9.1.微弧氧化技术的原理： 
微弧氧化也称微等离子体表面陶瓷化技术,是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。
  9.2.微弧氧化的特点
a.大幅度地提高了材料的表面硬度(HV＞1200)，超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度；
b.良好的耐磨损性能；
c.良好的耐热性及抗腐蚀性(CASS盐雾试验＞480h)，这从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景；
d.有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ。
e. 工艺稳定可靠,设备简单.反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。
f.基体原位生长陶瓷膜，结合牢固,陶瓷膜致密均匀。
  9.3.微弧氧化的应用
微弧氧化是一项新的铝合金表面处理技术，他把氧化铝的陶瓷性和铝合金的金属性结合起来，使铝合金表面具有更优良的物理化学性能。但由于技术、经济等原因目前在我国应用不广泛。但由于氧化膜的特殊性能可以在许多领域应用，包括航空汽车发动机、石化工业、纺织工业和电子工业等。
  9.4.微弧氧化的不足

微弧氧化会造成火花放电、火花腐蚀，使产品表面比较粗糙，使用时要磨掉粗糙层，造成浪费。能耗比较高 是普通氧化的五倍。

10.铝合金氧化膜的电解着色

  1.铝合金氧化膜的常用着色工艺： 
铝合金常用着色工艺大体上可以分为三类：
a.整体着色法：包括自然发色和电解发色两种，自然发色指阳极氧化过程使铝合金中添加成分（Si、Fe、Mn等）氧化，而发生氧化膜的着色。电解发色指电解液组成及电解条件的变化而引起的氧化膜的着色。
b.染色法：以一次氧化膜为基础，用无机颜料或者有机染料进行染色的氧化膜。
c.电解着色法：以一次氧化膜为基础，在含金属盐的溶液中用直流或交流电进行电解着色的方法，电解着色的耐候性、耐光性和使用寿命比染色法要好、其成本远低于整体着色法，目前广发应用于建筑铝型材的着色。国内外工业化的电解着色槽液基本上都是镍盐和锡盐（包括锡镍混合盐）溶液两大类，颜色大体上都是从浅到深的古铜色系。
  2.电解着色的原理 
多孔型阳极氧化膜的有规律和可控制的微孔，通过电解着色在孔的底部沉积非常细的金属和（或）氧化物颗粒，由于光的散射效应可以得到不同的颜色。颜色的深浅和沉积颗粒的数量有关，也就是与着色时间和外加电压有关。一般来说，电解着色颜色类似都是从香槟色、浅到深的青铜色一直到黑色，色调又不完全相同，这与析出颗粒的尺寸分布有关。目前电解着色只有于古铜色、黑色、金黄色、枣红色几种。
  3.电解着色的应用
Sn盐和Sn-Ni混合盐是我国和欧美主要的着色方法，其盐为SnSO4，是利用Sn2+电解还原在阳极氧化的微孔中析出而着色；但Sn2+稳定性差易被氧化成没有着色能力的Sn4+，因此锡盐着色关键是槽液成分和锡盐稳定性是此工艺的关键，锡盐对杂质不敏感，着色均匀性比较好，对水污染不大。 Ni盐电解着色在日本比较普遍，他常用于浅色系（仿不锈钢色、浅香槟色），他着色速度快，槽液稳定性好 ，但对杂质敏感，目前除杂质设备已成熟，但需要一次性投资大。

11.铝合金氧化膜的染色

  1.铝合金氧化膜染色的定义 
染色法是将刚氧化后的铝合金清洗后立即浸渍在含有染料的溶液中，氧化膜孔隙因吸附染料而染上各种颜色。这种工艺上色快、色泽鲜艳、操作简便，但是染色后需要做封孔处理。
  2.染色对氧化膜的要求
a.铝在硫酸溶液中得到的氧化膜无色而多孔，最适宜染色。草酸氧化膜本身呈黄色只能染深色，铬酸膜孔隙率低，膜本身发灰，也只能染深色。
b.氧化膜必须有一定的厚度，最小要求大于7um，较薄的氧化膜只能染上很浅的颜色。
c.氧化膜应有一定的松孔和吸附性，所以硬质氧化膜和铬酸常规氧化膜均不适与染色。
d.氧化膜应完整、均匀、不应有划伤、砂眼、点腐蚀等缺陷。
e.膜层本身具有合适的颜色，且没有金相结构的差别，如晶粒大小不一或者严重偏析等      
  3.氧化膜的染色机理
a.有机染料染色机理：基于物质的吸附理论，分为物理吸附和化学吸附；物理吸附指分子或离子以静电力方式的吸附；以化学力（反应生成的共价键、氢键、螯合键等）方式吸附的叫化学吸附。物理吸附希望低温，高温易脱附；化学吸附在一定温度下进行，一般认为染色时两种吸附同时进行以化学吸附为主，所以在中温下进行。
b.无机染料染色机理：通常在常温下进行，将工件按一定次序先浸渍在一种无机盐溶液中，再浸入另一种无机盐溶液中，使这些无机物在膜孔中发生化学反应生成不溶于水的有色化合物，填塞氧化膜孔隙并将膜孔封住（某些情况下可省去封孔过程）。无机染料颜色范围有限，色泽不够鲜亮，但耐温耐晒性特好。
  4.不合格染色膜的褪色
染色后封孔前发现不良可用硝酸27%（质量分数）或者5ml/l硫酸在25度条件下退除。

12.铝合金氧化膜的封孔

  1.铝合金氧化膜封孔的定义 
铝阳极氧化之后对氧化膜进行的物理或化学处理过程，以降低氧化膜的孔隙率和吸附能力，以便把染料密封在微孔中，同时提高膜的耐蚀性、耐磨等性能。在建筑行业世界各国对氧化膜的封孔基本上采用高温蒸汽法、冷封孔、电泳涂装法三种工艺，但目前中温封孔有扩大的趋势。从封孔原理来分主要有水合反应、无机物填充或有机物填充三大类。
  2.热封孔工艺
a.沸水封孔：在接近沸点的纯水中（温度95度以上，去离子水），通过氧化铝的水合反应将非晶态的氧化铝转化成水合氧化铝，由于水合氧化铝比原来的体积大了30%，体积膨胀使的氧化膜的微孔填充封闭。
b.高温蒸汽封孔：原理和沸水封孔一样，优点：速度快、水质的依赖性小、少出现白灰、褪色风险小。设备需要密闭来保证温湿度，一般温度115~120度，压力在0.7~1atm为佳，成本高！    
  3.冷封孔工艺
冷封孔是我国最常用最基本的封孔技术，操作温度20~25的室温，时间和热封孔比缩短一半，是依靠微孔中的沉积的填充物来进行封孔的，最成熟的工艺为氟化镍为主成分的冷封工艺。冷封孔完成后要进行热水陈化后（60~80度去离子热水，10~15分钟）处理来改性，避免产品出现高温微裂。
  4.中温封孔工艺
针对热封和冷封工艺的缺陷开发出无机盐中温封孔技术，主要包括铬酸盐封孔、硅酸盐封孔和乙酸盐封孔。
a.铬酸盐封孔：可提供良好的防腐蚀作用，尤其用于压铸铝合金和高铜铝合金（PH6.32~6.64，大约10min）
b.硅酸盐封孔：由于硅酸盐封孔后常常发生白灰或者变色，目前除非特殊需要不用此工艺
c.乙酸镍封孔：封孔品质比较好，在北美用得较多，我国除有机染色的小部件采用外，其他基本不用。

13.铝合金氧化膜的电泳涂装

  1.电泳涂装的定义 
溶液中带电的涂料粒子在直流电的作用下由于电泳的作用形成涂层的方法，铝的电泳（ED）涂装一般采用阳极电泳。电泳属于低污染、能耗低的工艺，具有涂膜平整、耐水耐化学性好的特点，容易实现自动化，适合形状复杂、有边缘棱角或孔穴工件的涂装。
  2.电泳涂装工艺原理 
电泳涂装分为阳极电泳和阴极电泳，阳极电泳涂装的水溶性树脂是一种高价酸的羧酸盐，一般是羧酸铵盐。电泳涂料在酸或碱性溶液中能电离成带点胶粒并分散于水中，在直流电的作用下，带电的树脂胶粒将在金属表面附着一层树脂模。铝合金氧化膜的电泳涂料主要成分是水溶性丙烯酸高分子化合物，为半透明乳胶液。电泳涂装过程是个电化学过程，主要包括电泳、电沉积、电渗和电解四个过程。     
  3.铝合金电泳工艺
典型的铝氧化后电泳流程为：上料——除油——水洗——碱蚀——水洗（2次）——除灰——水洗——阳极氧化——水洗（2次）——电解着色——水洗——热纯水洗——高纯水洗——沥干——电泳涂装—— RO1循环水洗—— RO2循环水洗——沥干——烘烤固化——冷却——下件。
  4.电泳涂装的特点
优点：涂装工艺自动化程度高、涂料回收率高、涂装效率高、膜厚均匀， 可减少不必要的浪费同时槽液管理容易涂装条件容易控制和管理膜厚均匀泳透性高、内板防锈好不会发生漏涂、流痕等不良现象。
缺点：设备一次性投资大被涂物必须导电更换涂料、颜色困难。

文章来自泰科钢铁。