铝及其合金的表面处理技术

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1、铝及其合金的表面处理技术李淑华[1]李树堂[2]等[1]军械工程学院机械制造教研室，石家庄050003[2]大庆经济律师事务所163700北京理工大学(北京100081)王申谭惠民《材料保护》2001年第34卷第3期中国废旧物资网2006-09-28[摘要]介绍了铝及其合金表面处理的各种方法，详细介绍了阳极氧化及着色处理，并对该领域目前研究的热门课——微弧氧化及激光处理进行了介绍．作者指出，随着处理方法不断改进和创新，其将有更广阔的应用前景。[关键词)铝及其合金；表面处理；应用前景全球铝的产量仅次于铁。铝和铝合金密度小且易加工。并且可以制造成形状十分复杂的零件，因而它在工业中的应用日益广泛，

2、但是铝及其合金易产生晶间腐蚀，表面硬度低、不耐磨损。国内外都在采取各种方法对铝及其合金表面进行改质处理，以获得各项优良性能，拓宽其应用范围。作者讨论了铝及其合金的表面处理技术，简述了其应用，并对该领域目前研究的热门课题——微弧氧化及激光处理进行了介绍。1电镀、抛光和砂面处理铝及其合金的电镀一般是为了改善装饰性，提高表面硬度和耐磨性，降低摩擦系数，改善润滑性，提高表面导电性和反光率等而进行的。由于铝对氧有很强的亲和力，表面总是有氧化膜存在，铝属于两性金属，在酸性溶液和碱性溶液中都不稳定。铝的膨胀系数较绝大多数金属的大，铬为7X10-6)，所以镀层易脱落，又由于镀铝常含有砂眼、气孔等缺陷．在电镀

3、过程中，砂眼和气孔中常会滞留溶液和氢气。影响镀层与基体的结合力，所以直接在铝及其合金上电镀很困难。铝及其合金的电镀效果主要取决于表面准备情况。镀前一般进行机械处理，有机溶剂除油，化学除油、碱浸蚀、出光等处理。铝及其合金的镀前处理及电镀工艺有下列几种：(1)化学浸锌呻电镀铜+电镀其他镀层；(2)电镀薄锌层—电镀铜—电镀其他镀层；(3)化学镀镍—电镀厚镍；(4)电镀镍—电镀其他镀层；(5)阳极氧化呻电镀其他镀层；(6)铝合金一步法镀铜—)电镀其他镀层1，铝及其合金的抛光多年来普遍采用三酸抛光工艺，该工艺温度高、时间短，亮度好，但一般只能单根抛光，无法批量生产，而且产生的黄烟对人体有害。电解抛光的

4、含磷和铬酸的废水处理一般厂家难以解决，且生产中耗电量很大。为此，目前市场已推出无黄烟两酸抛光新工艺，只需在磷酸、硫酸中加入少量添加剂(其成本接近硝酸)即可在80~100℃下操作0．5-3．0min，其光亮度略次于三酸处理[2]，但解决了环境污染问题+砂面处理和亚光处理是目前国外铝建材表面处理的流行工艺。该工艺规范及操作条件为：NaOH60—70g／L；Al>30g／L：碱蚀剂(固体)6—8g／L;砂面剂CK-JS10-20g／L;温度以60-70℃；时间5—15min.该工艺可在碱蚀槽中完成，易于操作、管理2阳极氧化及着色在铝的表面处理方法中，阳极氧化称得上是一种“万能”的方法[3]。铝的阳

5、极氧化是用铝或铝合金作阳极，用铅、碳或不锈钢作阴极，在草酸、硫酸、铬酸等溶液中电解。用该方法可得到自然氧化法难以达到的成膜速度，人工制备屏障形成氧化膜时．膜厚度的增加与附加电压成正比。但电压不能无限制增加，在500V左右的电解槽电压下会引起绝缘破坏，薄膜受到损伤.能够稳定生成阳极氧化膜的化学平衡条件是由表示电位-pH关系的Pourbaix图[4]给定的。膜的生长是在膜的生长速率大于膜的溶解速率下形成的。阳极氧化法生成的氧化膜构造、性质和色调随电解液的种类、电解条件的不同而变化[5]。阳极氧化可以用交流电也可以用直流电。在硫酸中阳极氧化的电压为12-24V，电流密度为0．5-2．5A／dm²，

6、在草酸中的电压为40—60V，电流密度根据用途不同可在1．0-4．5A／dm²内选择；但是用于电气绝缘件时，电压则要提高到．100-200V。文献[6)在研究铬酸中高电压阳极氧化时发现，在25℃，2％的铬酸体系中电解电压不能超过110V，否则铝阳极将被烧蚀。文献[7]认为，要解决ZL201材料的磨损问题，必须对其表面进行硬质阳极氧化，此工艺要求有较高的槽电压(100V左右)，并用压缩空气强烈搅拌，以带走大量的热量。硬质阳极氧化常用恒电流法，直流电源。氧化开始时电流密度一般为0．5A／dm²，25min内分5-8次逐渐升高到2．5Vdm²，然后保持电流密度恒定，并每隔5min调整一次电流密度，

7、至氧化结束[1]。铝合金在电解液中生成阳极氧化膜的同时，一些灰色物质吸附于正在生长的氧化膜中，从而获得厚度为6-20µm的均匀，光滑及有光泽的不透明的类似瓷釉和搪瓷色泽的氧化膜的工艺叫瓷质阳极氧化。瓷质阳极氧化的电压根据材料用途不同可在20-120V内变动，电压越高，氧化膜硬度越高，耐磨性越好［1］。阳极氧化过程中，氧化膜缺陷一直是工业界关注的热点问题，文献[7)、(8]针对阳极氧化常见缺陷，分析了其成因，针