门铰链阳极氧化工艺设计.doc

材料科学与工程学院腐蚀与防护系
2012级课程设计

门铰链阳极氧化工艺设计

专 业 名 称 金属材料工程（腐蚀与防护）

班 级 学 号 12012330

学 生 姓 名 吴日千

指 导 教 师 赵晴

评 分

日 期

材料科学与工程学院 2012 级学生专业课程设计任务书

I、专业课程设计题目：

门铰链阳极氧化工艺设计
II、专业课程设计任务及设计技术要求：

零件材料为铝合金，年产量200万套;
1 采用硫酸阳极氧化工艺，氧化后电解着香槟色；
2编制设计说明书；完成零件图及氧化槽图各一张（A3）；
3完成工艺说明书 ，编制工艺卡。
III、专业课程设计进度：
1. 共2.5周查资料并完成以上设计工作内容。
2. 第3周周二上午交初稿，周五交正式稿。

120101 班 腐蚀与防护 系 金属材料工程 专业类
学生： 吴日千 学号 12012330
日期： 自 2015年9月7日 至 2015年9月27日
指导教师： 赵晴 系主任： 刘光明
附注:任务书应该附在已完成的专业课程设计说明书首页。

29

目 录
一 设计说明书 1
1前言 1
2 设计依据 1
3工作制度和年时基数 1
4 生产节拍 2
5 主要工序时间计算 2
6挂具和夹具 3
6.1 挂具的设计 3
6.2 挂具的尺寸设计 3
6.3装载量 3
6.4挂具的形式和使用的材料 4
6.5挂具的挂钩及悬挂方法 4
6.6挂具的绝缘 5
7镀槽种类的选择 6
8 槽体尺寸及个数的确定 6
8.1 中心槽的选择 6
8.2 中心槽的尺寸计算 6
9 材料动力（水、电、蒸汽、压缩空气等）消耗 7
9.1 水耗量的计算 7
9.2 给水的要求 7
9.3 排水 7
9.4 生产用水量的计算 7
9.5 电的消耗 8
9.6 蒸汽消耗 10
9.7 加热过程蒸汽消耗量计算 10
9.8 保温时蒸汽消耗量计算 11
10 主要工艺设备的采用及计算 12
10.1 可控硅整流器 12
10.2 蒸汽加热管 12
11局部排风的设计 13
11.1 局部排风的设计原则 13
11.2 局部排风罩的设计 13
12车间组成、面积和人员 14
12.1车间组成 14
12.2车间的区划、厂房形式 14
12.3车间面积 14
12.4工作人员组成 15
13 安全卫生及三废处理 15
13.1 废水处理方法 15
二 工艺说明书 17
1 工序流程 17
2 主要工序说明 17
2.1 化学除油 17
2.2 碱浸蚀 18
2.3 化学抛光 18
2.4 阳极氧化 19
2.5 电解着色 20
2.6 封闭处理 21
2.7 烘干、入库 22
2.8 槽液分析方法 22
2.9 常见故障及分析 27
2.10 不合格零件返修 27
参考文献 29
附录：附工艺卡、门铰链零件图及氧化槽图各一份。

一、设计说明书
1前言
铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，由于这种自然氧化膜极薄，耐蚀能力很低，故远不能满足工业上应用的需要。为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，大多数情况下可以采取阳极氧化处理。
2 设计依据
（1）工件零件和材质：门铰链、铝合金（牌号：2219）
（2）工件尺寸长×宽×厚：36.22×88.78×2(mm)
表面积：36.22×88.78-6×3.14×(8.83/2)2=3032mm2=30.32 cm2
（3）门铰链阳极氧化工艺设计流程：
来料检查 →上挂具→喷砂→碱性化学除油→热水洗→冷水洗→碱浸蚀→冷水洗→化学抛光→冷水洗→阳极氧化→冷水洗→热水洗→着色→冷水洗→封闭处理→冷水洗→热水洗→烘干→下挂具→包装入库
（4） 车间任务和生产纲领
1）车间任务
本车间负责对门铰链进行硫酸阳极氧化，氧化后电解着香槟色。
2）生产纲领
年产量：每年200万套。考虑零件报废率，按5%计算，则实际年产量为210万套。
3工作制度和年时基数
（1）工作制度：两班制生产,每班8小时。
（2）工作天数：251天（除去双休日）
（3）工人年时基数为全年时间和扣除病、产、事假及探亲等时间损失后的有效工作时间：
251×8×2－（251×8×2）×11%=3574h（11%为工人年时基数损失率）
（4）设备年时基数（两班制）为全年工作时间扣除设备检修及其他原因引起的停工时间：
251×8×2－（251×8×2）×4%=3856h（4%为设备年时基数损失率）
（5） 年产量：210万套
日产量：2100000/251=8367套
每小时：8367/（8×2）=523套
4 生产节拍
t=FK×60/A
式中：t—生产节拍时间（min/套）
F—设备年时基数(h)
K—设备利用系数(0.8～0.9)
A—年纲领（挂具/a）
t=3856×85%×60/2100000=0.094（min/套）
由于生产量较大，所以采用半自动生产线进行生产。
5 主要工序时间计算
t=(60×ρ×d)/(c×Jk×ηk) (min)
式中：t——电解时间(min)；
ρ——电解层金属密度(g/cm2)；
d——电解层厚度(μm)；
c——电化当量(g/A•h)；
Jk——阴极电流密度(A/dm2)；
ηk——阴极电流效率(%)。
规定着色层要求厚度为: 2μm。
根据公式以及着色层厚度要求计算得到主要工序的时间为：
电解着色时间: t=(60×11.3×2)/(1.095×2×95)=6.52 min
电解着色时间符合工艺要求的5-10分钟。
由计算可知，工艺流程中，时间最长的工序为6.52分钟，采用每12分钟电解着色一批零件，一小时着色五批，每一批3挂，每挂40套零件。
5×3×40=600套>523套，所以可以完成任务。

6 挂具和夹具
6.1 挂具的设计
挂具是固定零件，连接电极，使电流均匀地传递到零件上而进行阳极氧化的工具。因此合理地选用挂具对保证氧化着色层质量、提高生产效率、降低劳动强度有重要意义。
设计挂具的基本原则是：有足够的机械强度和良好的导电性能；零件与挂具要接触牢固，装卸方便；此外还要力求质量小、体积小、坚固耐用、装载量适当。
本次使用的挂具是：支杆的材料选择钢制造；镍金属具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，为吊钩；竖直方为一根长钢棒，钢棒上有40圆形挂钩，平均分布在两侧，每个挂钩一侧有螺钉固定，如此可以保持挂件稳定。

6.2 挂具的尺寸设计
零件的表面积：一块零件表面积为67.65cm2；
根据每挂生产40个零件和零件的最大装挂尺寸可以算出：
零件在长宽厚方向的最大尺寸分别为：88.78mm（按90mm计算）、76.22mm（按80mm计算）1.91mm,(按2mm计算)
槽子的理论长度：L=50×4+60×3=380mm: 挂具长60mm;
槽子的理论宽度：K=2×150+6=360mm 挂具宽60mm;
槽子的理论高度：H=80×20+40×19+100+80=2540mm; 挂具高2400mm;
（此处尺寸为挂有零件时的整体尺寸）
6.3装载量
每个氧化槽要氧化120个零件，所以选择3个挂具。每个挂具承载量为40个零件。

6.4挂具的形式和使用的材料
挂具在阳极氧化中主要有两方面作用，一是对工件在槽中的位置起固定作用，并且是工件在槽间运送时的载体；二是向工件输送阳极氧化电流。许多阳极氧化故障都是挂具松脱和不合理的夹持造成的。因此，挂具和夹具的设计和选择非常重要。如图即为本工艺的挂具形式和结构。

图1 挂具形式和结构
挂具和夹具材料应耐酸、耐碱、导电良好。要有足够的断面面积，能使阳极氧化电流自由通过，防止产生大的电压下降或局部过热烧毁夹具；要与工件的夹持力大，接点小而隐蔽，夹挂要牢固，电解液在搅拌时，挂具不能松动和脱落；挂具安装和拆卸时要简便快速；为延长挂具寿命，减少无用的电流消耗，挂具与工件非接触部分要用防腐蚀涂料保护。
所以本工艺用作夹具和挂具的材料用钛合金。钛合金强度高，使用寿命长。表面氧化膜能降低电流损失、耐蚀性好、维修费低。

6.5 挂具的挂钩及悬挂方法
挂具的使用要求挂具和阴极杆的接触是否良好，对工件质量至关重要，往往因接触不良而产生接触电阻，使电流不畅通。因而产生断续停电现象，引起氧化膜结合力不良，还会影响氧化膜厚度，造成耐蚀性能降低。因此要求在加工挂具和使用时，要保持挂具与阴极杆之间的接触点的清洁和良好的接触。导电极杆截面常用的有圆形及矩形，要求挂钩设计时的悬挂方法也不同。如图2所示，悬挂的方法应当如良好的悬挂方式。

图2

6.6 挂具的绝缘

挂具的主、支杆在工作时均浸入在溶液之中，在氧化着色时，挂具与工件同样经过工艺的全过程。如果挂具与溶液之间不经过绝缘，会导致氧化着色面积扩大，从而减小电流密度，延长工件时间，浪费能源和金属材料，增加工件成本。因此挂具的绝缘是很重要的。要求绝缘材料在工作时能耐高温，不影响溶液成分，并保持一定时间内不损坏。 绝缘前应进行预处理，即去除挂具上的毛刺、焊垢，将其凹凸处整平。在支杆、挂钩等处拖加压应力，延长挂具寿命。
本工艺绝缘方法可使用包扎法。
包扎法：通常采用宽度为10～20 mm，厚度为0.3～1 mm的聚氯乙烯塑料薄膜带或者玻璃纤维布在挂具上需要绝缘的部位自下而上进行包扎并拉紧，再用透明绝缘漆浸渍，干燥后即可使用。
7镀槽种类的选择
（1）热、冷水清洗槽、封闭槽
冷水清洗槽通常是由硬聚氯乙烯塑料板、聚丙烯硬板或碳钢板制成的，但酸浸蚀工序后的冷水槽因有酸液带入，宜采用硬聚氯乙烯塑料或其他耐酸材料制作。热水清洗槽和脱脂槽通常由钢槽体及蒸汽加热管组成，由于热水槽容易沉积水垢，设计时应把排水、溢水管径适当加大；封闭槽选用不锈钢材料。
（2）抛光槽
由于出光使用硝酸，它的腐蚀性很强，必须要用耐腐蚀的材料制作槽体或衬里。酸性槽采用小型的硬聚氯乙烯槽。
(3) 化学除油槽和碱洗槽
化学除油槽通常由钢槽和蒸汽加热管组成，类似热水槽，工作液呈弱碱性，对钢体无腐蚀，所以无需安装其他防腐蚀装置
（4）阳极氧化和电解着色处理槽
从理论上讲具有足够强度的耐腐蚀材料均可以用来做阳极氧化处理槽，但是根据实际情况采用衬塑钢槽，槽体采用强度高的钢板焊接而成，内村塑料防腐，塑料厚度2~3mm,塑料可采用聚丙乙烯材料。

8 槽体尺寸及个数的确定
8.1 中心槽的选择
由生产工艺可知中心槽为阳极氧化槽。
8.2氧化电解槽尺寸及个数的确定
阳极氧化槽尺寸的确定：根据年产量要求及工作制度确定等知道每槽应能氧化120件，由于零件的性质确定每挂放40个零件，所以一槽要能容纳3挂，由此可确定槽子尺寸见表1。
表1 槽体尺寸
槽体名称
尺寸
个数
冷水槽
热水槽
浸蚀槽
碱性化学除油槽
阳极氧化槽
化学抛光槽
着色槽
3000×400×400
3000×400×400
3000×400×400
3000×400×400
3000×400×400
3000×400×400
3000×400×400
5
3
1
1
1
1
1

9 材料动力（水、电、蒸汽、压缩空气等）消耗
9.1 水耗量的计算
9.2 给水的要求
工艺用水，包括配制镀液、调整槽液及溶液蒸发补充水，水质要求较高，有时应用去离子水（纯水）。清洗零件用水，可用自来水和质量较好的井水。设备冷却用水，可用井水或净化回收的水。
9.3 排水
根据废水的特征按质分流排水、便于回收或单独处理。不进行回收和单独处理的，可混合排放。应注意节约用水，自动线上浸、淋、漂、喷洗尽量采用逆流清洗方法；设备冷却水或加热用水尽量回用。
9.4 生产用水量的计算
1）清洗槽用水量的计算
小时用水量和最大小时用量可按下面简单方法计算：
小时用水量=槽体有效容积×小时换水次数（m3/h）
最大小时用水量=槽体有效容积×（小时换水次数+1）（m3/h）。
即冷水槽小时用水量=116×10-3×1=0.116 m3/h
最大小时用水量=116×10-3×（1+1）=0.232 m3/h
平均小时用水量=（1×0.232+7×0.116）/8=0.1305m3/h
热水槽小时用水量=116×10-3×0.5=0.058 m3/h
最大小时用水量=116×10-3×（0.5+1）=0.174 m3/h
平均小时用水量=（1×0.174+7×0.058）/8=0.0725m3/h
2）车间用水总量计算
水量的总消耗量按下式计算：
Qavg=Q1K1（m3/h）
Qmax=Q2K2（m3/h）
式中 Qavg ——车间小时用水平均总量（m3/h）；
Qmax——车间小时用水最大总量（m3/h）；
Q1，Q2分别为各用水设备的小时用水平均之和及最大量之和（m3/h）；
K1——设备同时使用系数，采用0.7～0.9
K 2——设备同时换水系数，采用0.8～0.9
Qavg=0.1305×5+0.0725=0.725（m3/h）
Qmax=0.232×5+0.174=1.334（m3/h）

9.5 电的消耗
车间除照明用电和设备动力用电外，还有电加热装置用电。照明用电按车间各工作间照明的最低照度估算。标准设备用电量，按产品说明书表明的电容量计算，非标准设备按设备设计图纸上表明的电容量计算。电加热装置用电，可根据热量计算结果换算。
电解车间所用的直流电源大部分属于低压电源设备。常用的直流发电机组、硅整流器及可控硅整流器等。
直流发电机组能供给稳定的直流电流，过载能力比整流装置大，输出电压稳定，电流波形平直，输出功率大；但由于直流电机组需要安装在单独的电源室，造成直流输电线路较长，线路上电量消耗较大，所以效率较低。硅整流装置比直流发电机组轻便灵活，而且可以采用不同的线路和结构得到几种波形的直流电源，以满足不同镀种的要求。防腐型硅整流装置可以放在镀槽槽边，便于采用单机单槽供电，直流输出线路短，损耗小，效率较高，但其过载能力差。可控硅整流装置的体积比硅整流装置小，调压也比较方便，便于自动远距离调压。
1）额定电压
选用整流器的额定电压，切勿过高。应略高于槽端最高电压与线路压降之和。否则整流器效率不高，浪费电力。
2）额定电流
整流器的额定电流，应稍大于镀槽最大负荷时所需的电流。如在产品系列中未能找到额定电流和电压都合适的产品，只能选较高额定电压的产品，而使额定电流应有相应余量。否则对可控硅整流器元件会由于过载发热而损坏。
3) 每个小时： 阳极氧化耗电量：（12~18V ）×1~1.6A/dm2×35.52dm2×160=68.2~163.7kw
电解着色每小时耗电量：Q= (11~13V ）×（0.3~0.5A/dm2）×40.32dm2 ×160=21.29~41.93kw ；
4) 热量：
A:阳极氧化槽（中心槽）电力每小时消耗产生的热量：
Q1=0.86×E×I ；Q1=0.86×（68.2~163.7）=58.652~140.782kJ
B:阳极氧化每小时反应热：
Q2=2.23 ×I； Q2=2.23×1~1.6A/dm2）×35.52dm2×160=12.674~20.278kJ
其中心槽总发热量Q=Q1+Q2+Q3(其它） 简化为：Q=1.1×(Q1+Q2）=78.46~161.06kJ/h

C 车间个工作间照明的最低亮度见表2：
表2：车间工作间的最低亮度
工作间
E/lx
工作间
E/lx
生产线
50
加工间
150
分析室
100
生活区
30
备注:勒克司(lx)照度的单位，等于1流明的光通量均匀照在1平方米表面上所产生的照度。

9.6 蒸汽消耗
9.7 加热过程蒸汽消耗量计算
Q=[V·ρ·c·﹙t2-t1﹚/t﹢V·q] β
所用蒸汽量为：G=Q/γ(kg/h)
式中 Q——镀液升温所需要的热量（4.168kJ/h）
V——槽液容积（L）
ρ——溶液密度（kg/L）
c——溶液比热容（4.168kJ/kg·℃），（水及水溶液ρc=1）
t1——镀液初始温度（室温）
t2——镀液工作温度（℃）
q——单位体积水溶液加热过程中平均消耗量（4.168kJ/L·h）
t——升温时间（h）
β——热量损失系数，槽子有保温层时β=1.1～1.15，无保温层时β=1.15～1.3。
G——蒸汽消耗量（kg/h）
Q——镀液加热或热水槽工作时所需的热量（kJ/h）
γ—— 蒸汽的潜热，
当电解车间蒸汽压力p=0.3MPa时，γ=2164kJ/kg
p=0.2MPa时，γ=2135kJ/kg
化学除油：Q=[116×（55-25）/1.5+116×10.5] ×1.15=4068.70kJ/h
G=4068.70/2164=1.88 kg/h
热水槽 Q=[116×（80-25）/1.5+116×10.5] ×1.15=6291.99 kJ/h
G=6291.99/2164=2.91kg/h
碱浸蚀： Q=[116×（60-25）/1.5+116×5.5] ×1.15=3846.37kJ/h
G=3846.37/2164=1.78 kg/h
阳极氧化：Q=[116×(30-25)/1.5+116×1] ×1.15=578.07kJ/h
G=578.07/2164=0.27kg/h
电解着色：Q=[116×(80-25)/1.5+116×4.5]×1.15=5491.63kJ/h
G=5491.63/2164=2.54kg/h
总蒸汽消耗量：
G=1.88+2.91+1.78+0.27+2.54=9.38kg/h
9.8 保温时蒸汽消耗量计算
Q1=V·q1+Wc1(t2-t1) β （kJ/h）
G1=Q1/γ （kg/h）
式中 Q1——溶液槽保温时的耗热量；
G1——溶液槽保温时的蒸汽消耗量；
q1——单位体积溶液及水保温时耗热量；
W——单位时间内放进槽内的零件质量（kg/h）；
c1——零件的比热容；
t1——放进槽内之前零件的温度；
t2——槽子工作温度；
β——加热损失系数。
化学除油：Q1=116×10.5+38.435×0.88(80-25)×1.2 =3450.30 kJ/h
G1=3450.30/2164=1.59kg/h
热水槽： Q1=116×10.5﹢38.435×0.88(80-25)×1.2=3450.30kJ/h
G1=3450.30/2164=1.59kg/h
碱浸蚀： Q1=116×5.5﹢38.435×0.88(60-25)×1.2=2058.56kJ/h
G1=2058.56/2164=0.95kg/h
阳极氧化：Q1=116×1﹢38.435×0.88(30-25)×1.2=318.94kJ/h
G1=318.94/2164=0.15kg/h
电解着色： Q1=116×15.9﹢38.435×0.88(55-25)×1.2=3062.02kJ/h
G1=3062.02/2164=1.41kg/h
总蒸汽消耗量：G1=1.59+1.59+0.95+0.15+1.41=5.69kg/h
（3） 蒸汽消耗总量
Gevg= G1K1 ;
Gmax= G2K2
Gevg,Gmax——分别为车间蒸汽平均及最大总消耗量（kg/h）;
G1,G2——各用蒸汽设备的平均及最大消耗量之和（kg/h）;
K1——设备使用系数，采用0.7～0.9；
K2——设备同时加热系数，采用0.8～1.0。
Gmax=9.38× 0.9=8.442kg/h
10 主要工艺设备的采用及计算
10.1 可控硅整流器
选择依据：一槽一次电解零件120个，每个零件表面积为0.68dm2，电解总电流密度为：（1.5～3）×0.68×120=122.40～244.80A。选用规格为500A、25V的整流器。生产量较大的阳极氧化生产线都用单相全波可控硅整流器。
着色电源的选择:
(1)主线路为三相输入经合成变压器合成,再经调压变压输出成单相交流电,在任何电压和电流下都应为纯正弦波,无毛刺、缺陷。
(2)自动稳压(精度±2%),具有软起动、缺相过载保护、数字显示、时间控制等功能。
(3)具有瞬间升压的补色和控制功能。
(4)控制电路有可靠的防腐措施及有线遥控。
10.2 蒸汽加热管
电解车间蒸汽压一般为0.2~0.3Mpa，用聚四氟乙烯塑料做加热管在我国已经成熟，本车间也采用，蒸汽压选0.3Mpa。因槽体较大，加热量大，选择蒸汽加热较好。蒸汽加热所需的传热面积为S:
S=Q/k∆t
S——加热管所需的传热面积（m2）
Q——电解液升温或热水槽工作时所需的热量（kJ/h）
K——加热管的传热系数（kJ/h·m2·℃）,对聚四氟乙烯塑料，加热水溶液时为1000~1460这里取1200。
∆t—饱和蒸汽温度与溶液平均温度差（℃）；∆t=tz―(t1+t2)/2
tz——在指定表压下的饱和蒸汽温度：
当表压为p=0,2Mpa时，tz =132℃；
当表压为p=0.3Mpa时，tx=142℃；
S=56953.75 /1200×89.5=0.53(m2).
11局部排风的设计
11.1 局部排风的设计原则
1）当有害气体的密度比空气密度小时，须用伞形罩排风；当有害气体的密度比空气大又不影响其他设备的正常工作时，采用侧吸罩等形式排风。
2）局部排风罩的设置，需要设置密闭式排风罩，以最小的风量最大限度地控制和排除有害物质。
3）。由于槽子长度大于1200mm，槽边风罩应设置导流板或做成楔形条缝口或分段设置风罩。
4）车间由于热水槽较多，所以需设置槽边排风，以减少水蒸气的散发，改善劳动条件。
5）为减少排风量，抑制槽内有害气体外逸，在不影响生产操作时，需要槽面加盖，当不影响工件质量时，可加入抑雾剂。
11.2 局部排风罩的设计
由局部排风的设计原则可得，排风罩选择双侧低截面槽边排风罩。条缝式低截面槽边排风罩，可使液面排风气流较稳定，条缝口抽风速度大，吸入的无效空气比平口排风罩少，效果好，而且结构简单，施工安装方便。
12 车间组成、面积和人员
12.1 车间组成
工作车间按工作性质和设备布置分为生产部分和辅助部分。生产部分包括装料、脱脂、碱洗、中和、氧化、着色、封闭以及其他处理工艺、检验等。辅助部分包括电源、电工、通风、维修、分析、挂具制造、化学药品库、零件库和成品库。

12.2车间的区划、厂房形式
车间有生产部门、生产辅助部门、生活办公部门三大部分。
1）跨度
厂房跨度25米，根据工艺设计的要求选择。厂房的柱距为4或6米，视砖石结构或钢结构而定。
2）高度
跨度为5米，宽15米,工作间一层，同时还应设置天窗；辅助间和生活间的净高，可以根据不同的情况予以确定。一般采用3-3.5米。
3） 地面、墙裙
地面：表面处理车间，地面应具有较好的综合性能，能适应酸碱交替、耐热耐油、耐水防滑、耐压抗冲等要求。
地面结构复杂，一般由面层、隔离层、找平层、垫层及地基组成。
墙裙（即腰墙）：酸洗车间腐蚀严重；车间墙壁容易被污染，一般都设有墙群。墙群高度一般取1.2-1.5米。
4）门、窗
门的宽度在(0.8-1)米（单扇门）、1.2米、1.5米、1.8米、2.1米（（双扇门）；
车间门高度为3米，宽为3米，向外开，卷拉门。

12.3 车间面积
车间各部分面积见表3

表3 面积分布
部门名称
工艺名称
面积（m2）
备注
生产部门
钳工间
22

电镀生产区
298

小计
320

生产辅助部门
分析间
34

材料间
22

零件库
34

小计
90

生活办公部门
生活区
22

小计
22

车间总面积

432

12.4 工作人员组成
1）生产工人
可按工作岗位配备，生产工人人数为30人；
2）辅助工人
一般为生产工人的30%～50%，即12人；
3）检验人员
一般为生产工人的4%～5%，即1人；
4）行政管理人员及工程技术人员
一般为生产工人的18%～20%，即6人；
5）勤杂人员
一般为工人总数的2%～3%，即1人；
考虑到替换、请假的额外的缺勤情况，所以要加上20%的替补人员。
所以车间总人数为：34×（1+20%）=60人
13 安全卫生及三废处理
13.1 废水处理方法
一般废水处理：对于碱液废水（指含碱量在0.5到1克/升之间的废水）的处理，主要采用酸性清洗废水（别的电镀车间部门产生的）与之中和处理。这里指的酸性清洗废水是指阳极氧化后的清洗废水。
处理原理：
利用这两种废水中的酸碱中和反应，使混合废水的PH值接近中性，然后排放出去。
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
还有在碱蚀槽和硫酸氧化槽采用碱回收和酸回收装置。碱蚀槽中采用碱回收。不断清除溶解铝离子，不仅稳定槽液，同时避免了槽液因含铝离子过高而废弃。在硫酸氧化槽中使用反渗透酸回收系统，同样避免了酸液废弃问题。
二 工艺说明书
1 工序流程
来料检查 →上挂具→喷砂→碱性化学除油→热水洗→冷水洗→碱浸蚀→冷水洗→化学抛光→冷水洗→阳极氧化→冷水洗→热水洗→着色→冷水洗→封闭处理→冷水洗→热水洗→烘干→下挂具→包装入库
2 主要工序说明
2.1 化学除油
1）配方组成及工艺条件见表4；
表4 配方组成及工艺条件
溶液组成及工艺条件
（g/L）
氢氧化钠(NaOH)
40~50
碳酸钠（Na2CO3）
30~40
磷酸钠（Na3PO4▪12H2O）
30~40
温度（℃）
70~100
时间（min）
油污除尽为止

2）溶液的配制（按1L溶液计算）
1）按槽子的实际尺寸计算出所需配制溶液的体积，一般以距槽口100~150mm高度计算配制的体积，然后加入2/3配制体积的水。

2）按40g/L氢氧化铵的量用冷水溶解，分别按30g碳酸钠和30g/L磷酸钠的量用60℃热水溶解。

3)把以上溶液放入除油槽中，加水至配制体积，充分搅拌均匀，取样化验，合格后即可投入生产。

2.2碱浸蚀
碱蚀的目的是利用碱性清洗剂将铝合金制件表面的各种污物除去，进一步对制品表面除污，使基体暴露出来，利于后面工序进行。
配方组成及工艺条件见表.5。
表5 配方组成及工艺条件
槽液成分
浓度
NaOH
50g/L
长寿命添加剂 (一种液体防止槽体结垢等功能)
15～20g/L
温度 (℃)
40～60
时间 (min)
2~4

要求：
（1）严格按照工艺要求，保证碱蚀质量，防止过度腐蚀
（2）碱蚀时，应打开送风排风机，将对人体有害的NaOH的蒸汽吸入排风机，净化排出
（3）碱蚀结束时应尽快吊出型材，流尽槽液后立即转移至水槽水洗，以防型材表面产生碱蚀斑纹或流浪
（4）碱蚀后的型材必须经二级溢流水洗、上下移动、反倾斜充分洗净型材表面和内孔中的碱液，以防残留碱液污染其它槽液
2.3 化学抛光
化学抛光使铝材表面平整光滑，能除去铝材表面较轻微的模具痕迹和划伤条纹，是铝阳极氧化前的表面预处理。

配方组成及工艺条件见表6.
表6 配方组成及工艺条件
溶液组成及工艺条件
体积分数
硝酸(50g/L)
13%
氢氟酸(8g/L)
16%
温度（℃）
55~75℃
时间（min）
1~2
2.3.2 溶液的配制
1)在抛光槽中加入2/3配制体积的水。
2）根据槽子体积，按所需的配方含量计算出各种成分的数量。
3）在搅拌条件下，缓慢加入计算量的酸。
4）加水至配制体积，用干净木棒将溶液搅拌均匀。

2.4阳极氧化：
阳极氧化原理：以铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解质作用，使其表面形成氧化膜的过程，称之为铝合金制品阳极氧化处理。生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出氧化膜的成长过程包含着相辅相成的两个方面：（1）膜的电化学生成过程（2）膜的化学溶解过程，只有当膜的生成速度大于膜的溶解速度时，膜才能不断增厚。
本文采用的是硫酸直流阳极氧化，电解液为硫酸，将铝件作为阳极，铅板作为阴极，通以直流电，电极反应为水的放电，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，其在电场的作用下与铝作用下形成氧化物并放出大量的热。
2H+ +2e-=H2
4OH- + 4e-= 2H2O+O2
2Al3+ +3O2- =Al2O3+ 热量
硫酸氧化是应用最广泛的工艺，硫酸溶液非常稳定而且成本较低，不产生特殊的污染，废液处理比较容易。硫酸阳极氧化膜无色透明，处理成本比较低，又适合于各种着色处理方法和封孔方法。硫酸阳极氧化的阳极氧化膜，其孔隙率约为10%，适合于电解着色处理。
直流硫酸阳极氧化主要成分及工艺参数见表7.
表7 阳极氧化主要成分
硫酸
100~200g/L
温度
15~25℃
AL离子
5~20g/L
膜厚
10~12μm
电压
12~18V
时间
20~30min
电流密度
1~1.6A/dm2
A、槽液配置
（1） 确认氧化槽、酸泵、热交换器、管道、阀门等不渗流
（2） 要彻底清洗槽子，包括管道和阴极板等，最后用去离子水冲洗一遍
（3） 硫酸加入量按槽内所配液体积计算，再配液时要切记将浓硫酸加入水中而不能反之，否则会发生爆炸。
（4） 槽内要添加0.1g/L铝离子，可以硫酸铝或部分氧化老槽液体形式加入
（5） 将槽液用去离子水补充到工作液位，一般刚开槽生产时，硫酸浓度取略低于规定浓度下限
（6） 对于含有添加物的阳极氧化槽，其添加物均需提前用去离子水充分溶解后加入
（7） 为了防止阳极氧化过程中酸雾溢出，常加入表面活性剂（如十二烷基磺酸钠）等抑雾剂。
B、槽液维护
（1） 防止前道中和槽液带入氧化槽，一般中和以后要经过水洗
（2） 槽液液面的漂浮物和油污要及时清除，槽子要定期清洗
（3） 对槽内的硫酸浓度以及铝含量及时分析，控制在规定的浓度内
（4） 保持槽液的工作液面保持在规定高度内
2.5 电解着色
电解着色，首先是将铝合金制件在硫酸电解液中制备出洁净的、透明多孔的阳极氧化膜，第二步将其转移到酸性的金属盐溶液中施以交流电解处理，将金属微粒不可逆地沉积在氧化膜孔隙的底部，凡能够由水溶液电沉积出来的金属，大部分可以用在电解着色上。
电解着色一般采用交流电源，用比铝电位较正的金属（如不锈钢、石墨等）作为另一电极，为了电解着香槟色，本次采用银盐电解着色可获得香槟色的色彩，而且着色液性能十分稳定，着色膜综合性能好，但使用浓度低，所以银盐着色法具有较高的技术推广。主要成分及工艺参数见表8..
表8 主要成分及工艺参数
组成物
允许范围
最佳参数
组成物
允许范围
最佳参数
AgNO3 g/L
0.8~1.2
1.0
交流电压/V
7~12
10
着色添加剂 g/L
15~25
20
着色时间/min
2~4
3
H2SO4g/L（d=1.84g/cm^3)
25~35
30
对极
石墨
石墨
温度/C
15~40
25

影响：
（1） AgNO3为着色主盐，要保证浓度在允许范围，否则着色达不到要求
（2） 硫酸起着维持色液的稳定性和提高着色速度和均匀性、防止出现红条纹和边缘效应的作用
（3） 着色的随着对极呈现栅栏式分布，其总面积至少等于着色件总面积之和
（4） 注意着色液中的杂质的影响
（5） 着色后的型材应经二级水洗充分洗尽酸水后，才能进行封孔处理

2.6 封闭处理
铝合金经阳极氧化后，无论是否着色都需及时进行封闭处理，其目的是把染料固定在微孔中，防止渗出，同时提高膜的耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝缘性,并减弱它对杂质或油污的吸附。
膜封孔的方法有很多，本工艺采用的是蒸汽封闭法，。蒸汽封闭法的处理工艺见表9。
表9 蒸汽封闭法的处理工艺
处理方法
蒸汽压力
温度/C
时间/min
蒸汽封闭
0.4~0.5MPa
100~110
20~30
（1） 进入蒸汽箱的工件一定要清洗干净，避免残留化学品存在而影响封孔效果。
（2） 注意蒸汽进入封孔箱的位置，避免含水量过高的蒸汽直接喷在工件上。在蒸发过程中的水具有还原性，若滴在染色工件上将产生局部褪色。
（3） 为确保蒸汽室温度其四周隔热保暖宜用玻璃纤维，进出口采用橡胶密封圈。蒸汽的输入一定要待进出口密封后进行。
2.7 烘干、入库
工件浸入烘道中烘干。
入库
此步骤由工人手动完成，将工件下挂具，并把合格品包装入库，不合格产品放入废品回收区。
2.8 槽液分析方法
(1) 除油槽液的分析见表10.
表10. 除油槽液的分析
槽液成份
分析项目
技术要求（g/L）
硫酸（工业级）
游离硫酸
50—170

(2) 碱蚀槽液的分析见表11.
表11碱蚀槽液的分析
槽液成份
分析项目
技术要求（g/L）
氢氧化钠
游离NaOH
45—85
铝离子
Al3+
≤140
试剂:
a)氟化钾：固体 b)酚酞指示剂：1% c）盐酸标准溶液:1N
碱蚀槽液游离氢氧化钠和铝离子的分析:
a）分析步骤
移取碱蚀槽液2mL于250mL锥形瓶中，加50mL纯水，滴加2-3滴酚酞指示剂，用1N盐酸标准溶液滴至溶液由红色变为无色，即为第一终点。读取消耗盐酸标液的毫升数V1。
向上述试液中，加入3g氟化钾，摇动使其溶解，此时溶液应为红色，继续用1N的盐酸滴定至溶液红色消退。此时可再加少许氟化钾验证，似为无色则为第二终点。（若呈红色继续滴定至无色为止）。读取消耗盐酸标准溶液的毫升数V2。
b)计算
游离 NaOH(g/L)=20×（V1-V2/3）×NHCl
Al3+(g/L)=4.5×V2×NHCl
(3) 中和槽液的分析见表12.
表12中和槽液的分析
槽液成份