鋁材表面處理工藝條件與陽極氧化膜質量有何關系？

    陽極氧化工藝條件的掌握與氧化膜質量關系密切,這是因為工藝條件是根據不同的工藝配方,經過一系列實驗而得出的,進行陽極氧化之前,對所指定的工藝條件均應做到心中有數,操作時應嚴格按照工藝要求做.其中最基本,也是對質量影響最敏感的因素有:溶液溫度、電壓和電流密度的控制范圍,陽極氧化時間、溶液攪拌方法、槽液體積電流密度和槽液體積與陽極氧化面積之比等等.在執行這些工藝條件的過程中若有偏差,則陽極氧化膜的質量將會受到明顯的影響,當偏差過大時,還可能引起制件報廢,造成經濟損失.

    各項工藝條件超越控制范圍時,對陽極氧化膜質量關系的影響程度,不同的癥狀現象以及糾正方法等有關技術,在以下各問答題中分別進行探討.

    陽極氧化時電壓如何控制?

    電壓的調節要隨溶液溫度而定.溶液溫度較低時要采用規定上限的電壓,這是因為溶液溫度較低時所獲得的氧化膜致密,氧化膜電阻大,要加厚氧化膜必然要采取較高電壓,否則難以獲得正常的氧化膜質量.溶液溫度較高時則相反,要降低電壓,否則會出現因所生成的氧化膜疏松而引起膜層溶液過快,難以獲得理想的氧化膜厚度.

    例如:在無冷卻裝置的單位,夏季溶液溫度會接近極限溫度,如仍需繼續工作的,則電壓不可超過12V.而冬季溶液溫度低于極限溫度下限,此時電壓要升至高位值,如18V.

    陽極氧化是放熱反應,當工作量較飽滿時,溶液的溫度會逐漸上升,故要隨時測試,作為提供調節電壓的依據.若溫度繼續升高,此時電壓將至規范以下也難以保證質量.此時應停止生產.采取相應措施予以降溫,待符合工藝要求時再進行加工.

    陽極氧化時電流密度如何控制?

    在正常的溫度條件下(20℃左右),除特種的工藝配方之外,一般鋁及其合金陽極氧化的電流密度控制在1——1.5A/dm2之間.

    根據溶液的溫度、溶液濃度、制件形狀及其他有關工藝條件進行選擇.

    在可能條件下,適當提高電流密度有利于加速膜的生成速度,縮短陽極氧化時間,增加膜層的孔隙率,提高著色效果.但當繼續升高電流密度時,陽極氧化過程中會增加受到焦耳熱的影響,膜孔內熱效應加大,局部溫升顯著,從而加快的氧化膜的溶解速度,成膜速度下降,遇到復雜件還會造成電流分布不均,影響著色效果.在制件表面還可能出現容易擦去的疏松氧化膜、或膜層發脆、開裂,或出現白色痕跡,嚴重時還可能引起燒蝕制件.

    選擇合適的電流密度在一定范圍內可加速膜的生長速度,但當超過一定值后,成膜速度反而降低.

    根據上述規律,為保證產品質量及提高生產效率,可采取以下的方法.

    在冷卻條件好、溶液能滿足強烈攪拌時,可采用電流密度的上限,以提高工作效率.

    在既無冷卻裝置、又無強烈攪拌的條件下,雖然當時溶液的溫度適中,電流密度仍要適當控制,以防陽極氧化過程中因升溫過快而出現質量問題,嚴重時還可能引起制件燒蝕.此時最有效的方法是降低體積電流密度.

    陽極氧化制件表面積的正確估算,也是合理控制電流密度的重要條件,應予以重視.

    陽極氧化件深凹部位的表面應與其它表面配送相同電流密度.

    影響陽極氧化膜質量的幾大主要因素

    ①電流密度:在一定限度內,電流密度升高,膜生長速度升高,氧化時間縮短,生成膜的孔隙多,易于著色,且硬度和耐磨性升高;電流密度過高,則會因焦耳熱的影響,使零件表面過熱和局部溶液溫度升高,膜的溶解速度升高,且有燒毀零件的可能;電流密度過低,則膜生長速度緩慢,但生成的膜較致密,硬度和耐磨性降低.

    鋁氧化,用于防護,裝飾及純裝飾加工時,多使用允許濃度的上限,即20%濃度的硫酸做電解液.

    ②氧化時間:氧化時間的選擇,取決于電解液濃度,溫度,陽極電流密度和所需要的膜厚.相同條件下,當電流密度恒定時,膜的生長速度與氧化時間成正比;但當膜生長到一定厚度時,由于膜電阻升高,影響導電能力,而且由于溫升,膜的溶解速度增大,所以膜的生長速度會逐漸降低,到最后不再增加.

    ③硫酸濃度:通常采用15%——20%.濃度升高,膜的溶解速度加大,膜的生長速度降低,膜的孔隙率高,吸附力強,富有彈性,染色性好(易于染深色),但硬度,耐磨性略差;而降低硫酸濃度,則氧化膜生長速度加快,膜的孔隙少,硬度高,耐磨性好.

    ④電解液溫度:電解液溫度對氧化膜質量影響很大.溫度升高,膜的溶解速度加大,膜厚降低.當溫度為22——30℃時,所得到的膜是柔軟的,吸附能力好,但耐磨性相當差;當溫度大于30℃時,膜就變得疏松且不均勻,有時甚至不連續,且硬度低,因而失去使用價值;當溫度在10——20℃之間時,所生成的氧化膜多孔,吸附能力強,并富有彈性,適宜染色,但膜的硬度低,耐磨性差;當溫度低于10℃,氧化膜的厚度增大,硬度高,耐磨性好,但孔隙率較低.因此,生產時必須嚴格控制電解液的溫度.要制取厚而硬的氧化膜時,必須降低操作溫度,在氧化過程中采用壓縮空氣攪拌和比較低的溫度,通常在零度左右進行硬質氧化.

    ⑤攪拌和移動:可促使電解液對流,強化冷卻效果,保證溶液溫度的均勻性,不會造成因金屬局部升溫而導致氧化膜的質量下降.

    ⑥電解液中的雜質:在鋁陽極氧化所用電解液中可能存在的雜質有Clˉ,Fˉ,NO3ˉ,Cu2+,Al3+,Fe2+等.其中Clˉ,Fˉ,NO3ˉ使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松.若其含量超過極限值,甚至會使制件發生腐蝕穿孔(Clˉ應小于0.05g/L,Fˉ應小于0.01g/L);當電解液中Al3+含量超過一定值時,往往使工件表面出現白點或斑狀白塊,并使膜的吸附性能下降,染色困難(Al3+應小于20g/L);當Cu2+含量達0.02g/L時,氧化膜上會出現暗色條紋或黑色斑點;Si2+常以懸浮狀態存在于電解液中,使電解液微量混濁,以褐色粉狀物吸附于膜上.

    ⑦鋁合金成分:一般來說,鋁金屬中的其它元素使膜的質量下降,且得到的氧化膜沒有純鋁上得到的厚,硬度也低,不同成分的鋁合金,在進行陽極氧化處理時要注意不能同槽進行.