铝合金阳极氧化.doc

基于铝合金阳极氧化现状的探讨
【摘要】
铝合金由于其比重小, 加工性能好, 导电、导热性能优良, 塑性好, 抗大气腐蚀能力强, 易于成形, 价格便宜等优点而在轻工、建材、航天、电子等领域得到非常广泛的应用。同时。阳极氧化膜除了提高铝及其合金的耐蚀及硬度性能外, 还可以作为很好的功能材料, 有关这方面的研究及应用也已获得相当的成效, 目前常用的阳极氧化方法有铝合金硼酸—硫酸阳极氧化工艺研究、草酸阳极氧化、硫酸阳极氧化、交流电阳极氧化等工艺。
【关键字】
铝合金阳极氧化、硼酸—硫酸阳极氧化、草酸阳极氧化、硫酸阳极氧化、交流电阳极氧化
[Abstract]
Aluminum alloy due to its low density, good processing property, conductivity ,excellent thermal conductivity, good plasticity, atmospheric corrosion resistance ability, easy forming, the advantages of cheap and is widely used in light industry, building materials, aerospace, electronics and other fields. At the same time. In addition to improve the corrosion resistance and hardness of the anodic oxide film performance of aluminum and its alloys, but also can be used as functional material, the research and application of it have gained considerable achievements, current anodic oxidation methods are commonly used aluminum alloy boric sulfuric acid anodizing process research, oxalic acid anodic oxidation , anodic oxidation, alternating current anode oxidation process.
[keyword]
Aluminum alloy anodic oxide, boric sulfuric acid anodic oxidation, anodic oxidation, anodic oxidation of oxalic acid, AC anodizing

一 铝合金硼酸—硫酸阳极氧化工艺研究
硼酸—硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新工艺。该工艺在环保上属“清洁工艺”。研究了槽液成分, 工艺条件及膜层性能。槽液成分中影响膜层重量的主要是硫酸含量, 而硼酸可能主要是影响膜层结构。溶液温度和工作电压的影响都是通过对电流密度的影响而起作用,可用控制电量的方法来控制膜层的厚度。铝合金硫硼酸阳极化具有氧化膜耐蚀性好、疲劳影响小、槽液成分浓度低、不含 、槽液处理方便、氧化电压低、氧化时间短优点。该工艺耐蚀性比铝合金的硫酸阳极化、铬酸阳极化好，还具有对环境污染小，节约能源等优点。1
( 1) 硼酸—硫酸阳极氧化电解液中, 影响膜层重量的主要是硫酸含量, 而硼酸可能主要是影响膜层结构。3%～ 5% H2SO 4+ 015%～ 1% H3BO 3 的电解液可获得较满意的结果。
( 2)象普通硫酸阳极氧化一样, 合金成分对硼酸—硫酸阳极氧化膜重有明显影响。电压和溶液温度对硼酸—硫酸阳极氧化的影响, 都是通过电流密度的影响而起作用。膜层重量与通电量成正比, 可用控制电量的方法来控制膜层厚度。
( 3)硼酸2硫酸阳极氧化膜可通过336 h 连续盐雾试验而不会出现任何腐蚀迹象。硼酸—硫酸阳极氧化膜的疲劳寿命明显高于硫酸阳极氧化膜, 而接近于铬酸阳极氧化膜。
( 4)硫硼酸阳极化只要采用的升压方式得当，其外观和硫酸阳极化一致，与涂层的结合力好，且耐盐雾性能比硫酸阳极化和铬酸阳极化要求的336h具有明显的优势；同时还具有对环境污染小，氧化时间短，节约能源等优点。2
二、草酸阳极氧化新工艺及其应用
草酸阳极氧化又称绝缘阳极氧化, 广泛应用于航天航空领域和电器工业, 其氧化膜层具有优良的绝缘性能、抗蚀性能和耐磨性,，击穿电压大于250V, 浸漆耐压达 500V 以上。常规草酸阳极氧化工艺极易电击穿而出现烧蚀现象, 合格率低, 而且溶液对氯离子敏感。当氯离子含量达40mg/L时, 氧化膜产生小凹点。另外, 常规工艺生成的氧化膜经常有细小的白点产生。目前国内外草酸阳极氧化工艺无法克服烧蚀和细小白点现象。氯离子含量高时只能废弃槽液。为此, 开展了对草酸阳极氧化工艺的研究试验和实际应用表明, 硫酸一草酸阳极氧化法具有如下特点：
( 1)可避免零件烧蚀现象
( 2)外观、绝缘性能等指标与传统工艺一致
( 3)耐氯离子能力提高, 氯离子容量达0.3g/l
( 4)可应用于多种铝合金, 包括硬铝和锻铝
( 5)草酸溶液中加人甲酸, 可避免产生细小白点。3
三、铝合金硫酸阳极氧化工艺
铝合金硫酸阳极氧化膜有较高的硬度和较好的抗蚀防护装饰效果。铝合金阳极氧化处理,一般采用的是硫酸阳极氧化工艺,其电解液成分简单、操作方便、生产成本低,因此得到普遍的应用。硫酸阳极氧化是铝合金加工工艺中十分关键的环节,对其工艺控制、氧化液成分的调控和酸碱性的调节等都会对铝合金的加工质量产生重大影响。对硫酸阳极氧化工艺参数和氧化液成分对铝材质量的影响进行分析,进一步控制和维护其工艺,为提高铝材氧化质量提供参考并得出结论：
铝合金硫酸阳极氧化膜性能的影响因素有:溶液成分、杂质、硫酸浓度、温度和电流密度,这些因素对氧化工序的影响程度各不同 4。杂质来源于电解液和铝合金,不同的杂质对阳极氧化膜质量的影响效果不同,消除其影响的方法也不同。硫酸浓度要维持在一定的范围内,太高或太低对氧化膜的膜厚和硬度都有很大的影响,可通过分析测定、添加补充来维持其范围。5 其它成分如消泡剂、宽温添加剂等都有不同程度的影响,生产时要注意。温度对氧化膜质量的影响十分关键,除采用宽温添加剂外,还可采用冷却设备来保持就有的温度范围。电流密度通常控制在115 A/ dm2 为宜,此外还要考虑夹具和铝材表面接触是否良好,以保证电流在铝件表面上均匀分布,从而保证氧化膜的质量 6。
四、铝合金交流电阳极氧化膜的制备工艺研究
铝是有色金属中产量最高、应用范围最广的金属材料。铝及其合金具有质量轻、耐腐蚀、导电和导热性能高、易焊接加工等优点,在机械、化工、电子、电气、交通、运输、民用建筑、食品轻工业及人们日常生活的各个领域里都获得了广泛的应用。但铝同时具有硬度和耐磨性较差等缺点,这限制了铝及其合金的应用。为了解决此类问题,许多学者进行了大量的研究 ,研究结果表明:在表面制备性能优异的化学转化膜可以对铝及其合金起到很好的保护效果,从而弥补其缺点。7 而在铝表面的各种转化膜技术中,阳极氧化膜技术是目前研究最深入、应用最广泛的表面处理技术。本文以工业纯铝L2 为实验试样,对其表面进行交流电阳极氧化,并通过氧化膜厚度、硬度等性能测试以及SEM 和EDS 分析确定铝合金交流电阳极氧化膜的制备工艺,对氧化膜着色的后续研究奠定了基础。8
研究表明,电解液中H2 SO4 质量浓度为200 g/ L 、Al2O3 质量浓度为1 g/ L ,交流氧化电压为12 V ,温度为(20 ±1) ℃的条件下,可以获得均匀、与基体结合紧密、膜硬度相对较高的氧化膜。9
五、其他新型的阳极氧化工艺
瓷质阳极氧化　瓷质阳极氧化又称仿釉阳极氧化,是在有机酸溶液中阳极氧化后,使铝合金表面生成有色氧化膜。其膜层致密,有较高的硬度和耐磨性,良好的绝热性、电绝缘性,抗蚀性比硫酸阳极氧化膜高。膜有吸附能力,能染各种颜色,色泽美观,具有良好的装饰效果。它可用于各种仪表、电子仪器零件表面的防护,日用品、食品用具的表面装饰。其应用最广的有草酸钛钾法、铬酸法、混酸法、卡尔考拉法、雷诺法以及一些乳白色膜工艺。10 该法着色范围窄,操作工艺严格而复杂,膜层颜色受材料成分、加工方法等因素影响很大,在应用上受到一定的限制。
换向电流法阳极氧化技术 　此技术是采用极性转换特殊脉冲电源,在混合酸+ 添加剂组成的槽液中进行硬质阳极氧化和染色处理,通过对处理过工件的通电极性转换,实现正向电流和反向电流的相互交换,并根据波形变化来控制颜色的深浅,从而使氧化膜层既有较高的硬度,又可染上各种颜色,且工作电压较低,可在室温下操作。11
六、铝合金未来发展动向
(1) 提高氧化速度和硬度　我国铝合金建筑型材新标准GB/ T5237 对氧化膜厚度、硬度和耐蚀性提出了更高的要求。为提高氧化速度和综合性能,建议采用带有脉冲波的EOE288 系列氧化电源,以提高氧化速度和硬度。
(2) 研究开发闭合循环式清洁工艺　在环境保护意识的作用下,加强添加剂的环境监控和减少排放废弃物是局部的应急措施,研究开发闭合循环式工艺,改善作业环境,减少废渣、废液排放,节约能源和资源,将具有明显的经济和社会效益。目前,欧洲和日本已经开始采用各工序闭合循环回收系统,朝着零排放清洁工艺前进了一大步。
(3) 铝氧化多孔膜的功能化　这方面的研究将主要从两个方面入手:一是利用它的多孔结构,研制新型的超精密分离膜,二是通过在其纳米级微孔中沉积各种性质不同的物质,来制备新型的功能材料,并将其应用在光学及光电元件之中。
【参考文献】
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