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鋁合金陽極氧化故障的分析及預防

瀏覽次數: 日期:2011年5月11日 17:43

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鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極,以鉛板作陰極在硫酸、草酸、鉻酸等水溶液中電解,使其表面生成氧化膜層。其中硫酸陽極氧化處理應用最為廣泛。鋁和鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜層有較高的吸附能力,易進行封孑L或著色處理,更加提高其抗蝕性和外觀。陽極氧化膜層厚一般3~15μm,鋁合金硫酸陽極氧化工藝操作簡單,電解液穩定,成本也不高,是成熟的工藝方法,但在硫酸陽極化過程中往往免不了發生各種故障,影響氧化膜層質量。認真總結分析故障產生的原因并采取有效預防措施,對提高鋁合金硫酸陽極氧化質量有重要的現實意義。

  1 常見故障及分析

  (1)鋁合金制品經硫酸陽極氧化處理后,發生局部無氧化摸,呈現肉眼可見的黑斑或條紋,氧化膜有鼓瘤或孔穴現象。此類故障雖不多見但也有發生。

  上述故障原因,一般與鋁和鋁合金的成分、組織及相的均勻性等有關,或者與電解液中所溶解的某些金屬離子或懸浮雜質等有關。鋁和鋁合金的化學成分、組織和金屬相的均勻性會影響氧化膜的生成和性能。純鋁或鋁鎂合金的氧化膜容易生成,膜的質量也較佳。而鋁硅合金或含銅量較高的鋁合金,氧化膜則較難生成,且生成的膜發暗、發灰,光澤性不好。如果表面產生金屬相的不均勻、組織偏析、微雜質偏析或者熱處理不當所造成各部分組織不均勻等,則易產生選擇性氧化或選擇性溶解。若鋁合金中局部硅含量偏析,則往往造成局部無氧化膜或呈黑斑點條紋或局部選擇性溶解產生空穴等。另外,如果電解液中有懸浮雜質、塵?;蟯冉鶚粼又世胱雍抗?,往往會使氧化膜出現黑斑點或黑條紋,影響氧化膜的抗蝕防護性能。

  (2)同槽處理的陽極氧化零件,有的無氧化膜或膜層輕薄或不完整,有的在夾具和零件接觸處有燒損熔蝕現象。這類故障在流酸陽極氧化工藝實踐中往往較多發生,嚴重影響鋁合金陽極氧化質量。

  由于鋁氧化膜的絕緣性較好,所以鋁合金制件在陽極氧化處理前必須牢固地裝掛在通用或專用夾具上,以保證良好的導電性。導電棒應選用銅或銅合金材料并要保證足夠接觸面積。夾具與零件接觸處,既要保證電流自由通過,又要盡可能減少夾具和零件間的接觸印痕。接觸面積過小,電流密度太大,會產生過熱易燒損零件和夾具。無氧化膜或膜層不完整等現象,主要是由于夾具和制件接觸不好,導電不良或者是由于夾具上氧化膜層未徹底清除所致。

  (3)鋁合金硫酸陽極氧化處理后,氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉,特別是填充封閉后,制件表面出現嚴重粉層,抗蝕性低劣。這一類故障多發生在夏季,尤其是沒有冷卻裝置的硫酸陽極化槽,往往處理1-2槽零件后,疏松粉化現象就會出現,明顯地影響氧化膜的質量。

  由于鋁合金陽極氧化膜電阻很大,在陽極氧化工藝過程中會產生大量焦耳熱,槽電壓越高產生熱量越大,從而導致電解液溫度不斷上升。所以在陽極氧化過程中,必須采用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在一定范圍。一般情況下,溫度應控制在13~26℃,氧化膜質量較佳。若電解液溫度超過30℃,氧化膜會產生疏松粉化,膜層質量低劣,嚴重時發生“燒焦”現象。另外,當電解液溫度恒定時,陽極電流密度也必須予以限制,因為陽極電流密度過高,溫升劇烈,氧化膜也易疏松呈粉狀或砂粒狀,對氧化膜質量十分不利。

  (4)偶然發生鋁合金硫酸陽極氧化后氧化膜暗淡無光,有時產生點狀腐蝕,嚴重時黑色點狀腐蝕顯著,導致零件報廢,引起較大損失。

  這類故障往往是偶然發生并有特殊原因造成的。在鋁合金陽極氧化過程中,中途斷電又重新給電,往往會使氧化膜暗淡無光,而中途停電零件在清洗槽停留過久,清洗水槽酸度過高,水質不凈,含懸浮物、泥砂等較多,往往會使鋁合金制件發生電化學腐蝕,發生點狀腐蝕黑斑等。有時向電解液中添加自來水,水經漂白粉處理且Cl-含量超標或有時盛裝過HCl的容器未經徹底清洗又盛裝硫酸,都會使陽極氧化電解液中混人超量的Cl-,從而導致鋁合金零件陽極氧化產生點狀腐蝕使產品報廢等。

  2 預防故障的措施

  鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜質量好壞,抗蝕防護性能的優劣主要取決于鋁合金的成分,膜層厚度以及陽極氧化處理工藝條件,如溫度、電流密度、使用水質及陽極氧化后的填充封閉工藝等。要減少或避免陽極氧化故障提高產品質量要從微細處著手,采取有效措施。

  (1)對不同的鋁合金,如鑄造成型、壓延成型或機械加工成型或經熱處理焊接等工序,要根據實際情況選擇適宜的前處理方法。比如,澆鑄成型的鋁合金表面,其非機加工表面一般應采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對硅含量較高的鋁合金(尤其是鑄鋁)應經過含有5%左右氫氟酸的硝酸混合酸溶液浸蝕活化,才能有效地保持良好的活化表面,確保氧化膜質量。不同材質的鋁合金,裸鋁和純零件或大小規格不同的鋁和鋁合金零件,一般不宜同槽氧化處理。

  對于搭接、點焊或鉚接的鋁合金組合件,對于在陽極氧化過程中易形成氣袋不易排除的鋁合金制件,從質量考慮,一般不允許采用硫酸陽極氧化工藝。

  (2)裝掛夾具材料必須確保導電良好,一般選用硬鋁合金棒,板材要保證有一定彈性和強度。拉鉤宜選用銅或銅合金材料。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時再次使用,必須徹底退除其表面氧化膜,確保良好接觸。工夾具既要保證足夠導電接觸面積,又要盡量減少夾具印痕。如果接觸面太小,會導致燒損熔蝕陽極氧化零件。

  (3)硫酸陽極氧化溶液的溫度必須嚴格控制,最佳溫度范圍是15~25℃。硫酸陽極氧化工藝過程中需采用壓縮空氣攪拌,并應配備制冷裝置。在無制冷裝置的情況下,在硫酸電解液中加入1.5%~2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸,可以使陽極氧化溶液溫度范圍超過35℃而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。—些工藝試驗和生產實踐已證實,在硫酸陽極氧化電解液中加入適量羧酸或丙三醇可有效減少反應熱效應的不良影響,可以在不降低氧化膜厚度和硬度的條件下提高陽極氧化電解液的溫度允許上限,在保證質量的前提下,提高生產效率。另外,控制溫度恒定的條件下,也要注意有效控制陽極電流密度,才能更好地保證氧化膜質量。

  (4)硫酸陽極氧化電解液所使用的水質及電解液中的有害雜質必須嚴格控制。配制硫酸陽極氧化溶液不宜用自來水,尤其不能用渾濁的含Ca2+,Mg2+,SiO32-及Cl-含量高的自來水。一般情況下,水中Cl-濃度達25mg/L時就會對鋁合金的陽極氧化處理產生有害影響。Cl-(包括其它鹵族元素)可破壞氧化膜生成,甚至根本形不成氧化膜。硫酸陽極氧化應選用軟化水、去離子水或蒸餾水,電解液中的Ccl-≤15mg/L,總礦物質≤50 mg/L。

  硫酸溶液在陽極氧化工藝過程中,會產生油污泡沫及懸浮雜質,應定期排除。硫酸陽板氧化溶液中常見的其他有害雜質還有Cu2+,Fe3+,Al3+等。如果雜質含量超過允許含量,會產生有害影響,可部分或全部更換硫酸溶液,才能有效保證鋁合金硫酸陽極氧化質量。

  鋁合金硫酸陽極氧化處理是廣泛應用且成熟的抗蝕防護裝飾處理工藝,只要嚴格執行工藝條件,認真操作,硫酸陽極氧化氧化膜質量是完全可以保證的。

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