论文部分内容阅读
摘 要：铝及铝合金工件经导电氧化工艺后所获的氧化膜具有导电性能，且能显著提高铝及铝合金的耐蚀能力。氧化膜还具有有较好的吸附能力，可以作为油漆的良好底层，可以有效地提高零件的耐蚀性。这些特有的性能，使铝及铝合金导电氧化工艺在航空工业、电气和电子工业、机械制造工业和轻工业取得了广泛的应用。本文详细介绍了铝及铝合金的导电氧化工艺的特点、应用范围、参数、工艺要点等知识。
关键词：铝及铝合金；前处理；导电氧化；参数
铝及铝合金工件经导电氧化工艺后所获的氧化膜具有导电性能，且耐腐蚀。氧化膜还具有较好的吸附能力，可以作为油漆的良好底层，可以有效地提高零件的耐蚀性。
铝及铝合金的导电氧化工艺一般为：前处理→装挂→碱洗 → 热水清洗 → 冷水清洗 → 出光 → 两道冷水清洗 → 氧化成膜 → 两道冷水清洗 → 去离子水清洗 →干燥
1前处理
铝在空气中极不稳定，易生成氧化膜。由于铝制品零件一般通过铸造成型，或是由延压板材直接剪切成型，或是机械精细加工成型，或是经其他工艺成型，随后还需要经热处理或焊接等工序处理。经上述不同的加工工艺，工件表面会留下不同状态、不同程度的污物或痕迹，在前处理工序中必须根据工件表面的实际情况选择前处理的工艺方法。
1.1除油
铝及铝合金在进行导电氧化前，必须清除零件表面上的油污，以保证生成导电氧化膜的完整性和质量。除油常用的方法有：有机溶剂除油、化学除油、电化学除油、擦拭除油等。
有机溶剂除油中常用的有机溶剂有：汽油、煤油、苯类等。油污不太严重的可采取在溶剂中短时间浸泡；油污严重的应采取用棉纱蘸溶剂揩擦，或用鬃刷刷洗。操作中要注意安全，用后剩余溶剂要妥善保管好。
有机溶剂除油因为不安全和污染等原因，使用越来越少，现在铝及铝合金件的除油大部分采用超声波清洗的方法去除油污。
超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。配合清洗剂的使用，可以加速污物的分离和溶解，可以有效防止清洗液对工件的腐蚀。
1.2 机械精细加工工件前处理
铝及铝合金精细加工工件在前处理工序中需要注意的问题：精细加工工件虽然表面的自然氧化膜才初生成、较易清除，但油腻重，特别是孔眼内及其周围（因机加工过程中润滑需要而添加的），这类工件必须先经有机溶剂清洗或超声波清洗，若直接用碱洗不但油腻重难以除净，且精细加工表面承受不了长时间的强碱腐蚀，结果还会影响到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最终成为废品。
1.3 铸造成型工件的前处理
铝及铝合金铸造成型工件在前处理工序中需要注意的问题： 铝及铝合金铸造成型工件并非所有表面都经过机械加工的，未经机加工的表面留有浇铸过程中形成的过厚氧化层，有的还夹有砂层，一般情况下，机加工或喷砂方法先除去这一部位的原始氧化膜，或是经碱洗后再加工，只有这样才能既除净未加工部位的原始氧化层，又避免机加工部位公差尺寸的改变。
特别值的推荐的是压铸铝合金制件的前处理可采用喷丸工艺。喷丸是以磨液泵和压缩空气为动力，以磨液为介质，对工件进行喷射加工。经喷丸处理的压铸铝合金制件，表面无氧化皮、黑斑等缺陷，呈一致的有光泽的银白色，非常美观。对表面压铸质量较好的可采用直接喷丸方法，对表面质量差的可在喷砂完后增加喷丸工序。
1.4经过热处理或焊接工艺的铝及铝合金工件
经过热处理或焊接工艺的铝及铝合金工件在前处理工序中需要注意的问题：按工艺要求，工件转入热处理或焊接工序之前需经有机溶剂清洗或超声波清洗，除净表面油污，但目前有时会接到未按工艺要求进行操作的工件，这时工件表面形成一层油污烧结的焦化物，这层焦化物在有机溶剂中难以除净，若浸泡在碱液中会引起局部腐蚀，产生麻点或造成凹凸不平，严重影响产品质量。笔者用浓硝酸浸泡的方法来松软这层焦化物，待焦化物松软后在碱液中稍加清洗即能彻底除净。
2装挂
2.1装挂、绑扎用的材料宜选用铝线，禁用铜线和镀锌铁线，可用退去锌层的铁线。
2.2稍大件的单件装挂为好，尽可能装挂在离零件边沿最近的孔眼中，以减少对工件表面的影响。
2.3不同种工件不宜同装挂、绑扎于一串中，因不同成分（牌号）的铝材氧化处理时间是有所区别的。
2.4注意所装挂的工件悬空时的方向，要避免凹入部位因朝下而产生窝气。
3碱洗
碱洗时进一步去除工件表面的赃物，彻底去除铝表面的自然氧化膜，以显露出纯净的金属基体。碱洗具有一定的去油效果，但碱洗时若工件上油污较多，可能会造成氧化后发花现象。铸铝等含硅含量高的零件一般不建议进行碱洗工序。
氢氧化钠 ：50g/L～70g/L，温度：50℃～70℃，时间：0.5 min～2min
碱洗时间视工件表面均匀、无污物为止。
4循环水冲洗
碱洗后的冲洗最好先用热水冲洗完后再用冷水清洗，有利于洗净工件表面上的碱性物质。有盲孔、狭缝的工件要加强对该部位的冲洗，并甩净其中的残留溶液。
5出光
硝酸： 200ml/L～300ml/L，温度：室温，时间：视黑膜退净为止。
若处理铸造铝合金工件还应在此配方的基础上添加50ml/L氢氟酸，以加速除去碱洗时粘附在工件表面的不溶物。
6循环水洗
两遍水洗，洗净残存酸液
7氧化成膜
溶液配方及工作条件：铬酐4g/L～5g/L，氟化钠1 g/L～1.2g/L，铁氰化钾0.5 g/L～0.7g/L，温度30℃～35℃，时间25s～30s。
经碱洗出光后的零件要立即转入氧化工序，以防因工件在大气中搁置过久而又生成自然氧化膜而影响氧化层的质量。再度浸泡在清水中虽优于曝露在大气中，但也不宜浸泡过久。
氧化过程中溶液的温度是至关重要的工艺条件，溶液温度过高，成膜速度加快，氧化膜容易出现粉化；溶液温度过低，成膜速度缓慢，所生成的膜色调偏淡，附着力差。
同一型号铝材为求得表面基本一致的色彩，应在同一溶液温度下处理同样时间。在一定的范围内温度与时间成反比，即溶液温度越高，所需时间越短，反之所需时间越长。
铝材纯度越高导电氧化的质量越高，杂质越多，特别是硅含量越高，氧化膜的光泽色彩质量越差。
为了获得均匀的氧化膜色彩，小件氧化时可在溶液中多晃动，大件可采取搅拌溶液或静处理（不搅拌溶液、不晃动工件），以防工件的邊缘部位与溶液的交换机会比工件的中心部位增多而产生不均匀的氧化膜色彩。
8循环水冲洗
对于有盲孔、狭缝的工件要加强对这些部位的冲洗，并甩净里面的残留溶液，以防氧化溶液流出来氧化面受破坏。
工件经循环水冲洗后宜自检质量，如发现有缺陷的可在碱液中退除，出光后重新氧化。
9干燥
干燥方法以自然晾干为好，经热水冲洗过的工件斜挂于架子上，让工作表面的游离水以垂直方向向下流。流至下端角边的水珠用毛巾吸去，按此法晾干的膜层色彩不受干扰，显得自然。也可采用烘箱或烘台进行烘烤加速老化，温度60℃～70℃，时间30 min～60min。
铝及铝合金导电氧化是一项很有应用前景的工艺，该工艺操作简便，生产成本低廉，所获膜层除特有的导电性能之外，还可用于工件的防护与装饰，色彩比锌层彩色钝化膜雅致，具有较浅且均匀的细纹彩虹，是具有推广价值而尚未被广泛认识的涂覆工艺。
参考文献：
[1]李晓畅、王晓云、王明安等 《电镀工艺技术要求、操作要点与质量检测实用手册》 安徽文化音像出版社，2003
[2]张允城，胡如南，向荣 《电镀手册》国防工业出版社，2007
[3]SJ/T 42-1977 金属镀层和化学处理的分类、特性、应用范围和标记
关键词：铝及铝合金；前处理；导电氧化；参数
铝及铝合金工件经导电氧化工艺后所获的氧化膜具有导电性能，且耐腐蚀。氧化膜还具有较好的吸附能力，可以作为油漆的良好底层，可以有效地提高零件的耐蚀性。
铝及铝合金的导电氧化工艺一般为：前处理→装挂→碱洗 → 热水清洗 → 冷水清洗 → 出光 → 两道冷水清洗 → 氧化成膜 → 两道冷水清洗 → 去离子水清洗 →干燥
1前处理
铝在空气中极不稳定，易生成氧化膜。由于铝制品零件一般通过铸造成型，或是由延压板材直接剪切成型，或是机械精细加工成型，或是经其他工艺成型，随后还需要经热处理或焊接等工序处理。经上述不同的加工工艺，工件表面会留下不同状态、不同程度的污物或痕迹，在前处理工序中必须根据工件表面的实际情况选择前处理的工艺方法。
1.1除油
铝及铝合金在进行导电氧化前，必须清除零件表面上的油污，以保证生成导电氧化膜的完整性和质量。除油常用的方法有：有机溶剂除油、化学除油、电化学除油、擦拭除油等。
有机溶剂除油中常用的有机溶剂有：汽油、煤油、苯类等。油污不太严重的可采取在溶剂中短时间浸泡；油污严重的应采取用棉纱蘸溶剂揩擦，或用鬃刷刷洗。操作中要注意安全，用后剩余溶剂要妥善保管好。
有机溶剂除油因为不安全和污染等原因，使用越来越少，现在铝及铝合金件的除油大部分采用超声波清洗的方法去除油污。
超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。配合清洗剂的使用，可以加速污物的分离和溶解，可以有效防止清洗液对工件的腐蚀。
1.2 机械精细加工工件前处理
铝及铝合金精细加工工件在前处理工序中需要注意的问题：精细加工工件虽然表面的自然氧化膜才初生成、较易清除，但油腻重，特别是孔眼内及其周围（因机加工过程中润滑需要而添加的），这类工件必须先经有机溶剂清洗或超声波清洗，若直接用碱洗不但油腻重难以除净，且精细加工表面承受不了长时间的强碱腐蚀，结果还会影响到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最终成为废品。
1.3 铸造成型工件的前处理
铝及铝合金铸造成型工件在前处理工序中需要注意的问题： 铝及铝合金铸造成型工件并非所有表面都经过机械加工的，未经机加工的表面留有浇铸过程中形成的过厚氧化层，有的还夹有砂层，一般情况下，机加工或喷砂方法先除去这一部位的原始氧化膜，或是经碱洗后再加工，只有这样才能既除净未加工部位的原始氧化层，又避免机加工部位公差尺寸的改变。
特别值的推荐的是压铸铝合金制件的前处理可采用喷丸工艺。喷丸是以磨液泵和压缩空气为动力，以磨液为介质，对工件进行喷射加工。经喷丸处理的压铸铝合金制件，表面无氧化皮、黑斑等缺陷，呈一致的有光泽的银白色，非常美观。对表面压铸质量较好的可采用直接喷丸方法，对表面质量差的可在喷砂完后增加喷丸工序。
1.4经过热处理或焊接工艺的铝及铝合金工件
经过热处理或焊接工艺的铝及铝合金工件在前处理工序中需要注意的问题：按工艺要求，工件转入热处理或焊接工序之前需经有机溶剂清洗或超声波清洗，除净表面油污，但目前有时会接到未按工艺要求进行操作的工件，这时工件表面形成一层油污烧结的焦化物，这层焦化物在有机溶剂中难以除净，若浸泡在碱液中会引起局部腐蚀，产生麻点或造成凹凸不平，严重影响产品质量。笔者用浓硝酸浸泡的方法来松软这层焦化物，待焦化物松软后在碱液中稍加清洗即能彻底除净。
2装挂
2.1装挂、绑扎用的材料宜选用铝线，禁用铜线和镀锌铁线，可用退去锌层的铁线。
2.2稍大件的单件装挂为好，尽可能装挂在离零件边沿最近的孔眼中，以减少对工件表面的影响。
2.3不同种工件不宜同装挂、绑扎于一串中，因不同成分（牌号）的铝材氧化处理时间是有所区别的。
2.4注意所装挂的工件悬空时的方向，要避免凹入部位因朝下而产生窝气。
3碱洗
碱洗时进一步去除工件表面的赃物，彻底去除铝表面的自然氧化膜，以显露出纯净的金属基体。碱洗具有一定的去油效果，但碱洗时若工件上油污较多，可能会造成氧化后发花现象。铸铝等含硅含量高的零件一般不建议进行碱洗工序。
氢氧化钠 ：50g/L～70g/L，温度：50℃～70℃，时间：0.5 min～2min
碱洗时间视工件表面均匀、无污物为止。
4循环水冲洗
碱洗后的冲洗最好先用热水冲洗完后再用冷水清洗，有利于洗净工件表面上的碱性物质。有盲孔、狭缝的工件要加强对该部位的冲洗，并甩净其中的残留溶液。
5出光
硝酸： 200ml/L～300ml/L，温度：室温，时间：视黑膜退净为止。
若处理铸造铝合金工件还应在此配方的基础上添加50ml/L氢氟酸，以加速除去碱洗时粘附在工件表面的不溶物。
6循环水洗
两遍水洗，洗净残存酸液
7氧化成膜
溶液配方及工作条件：铬酐4g/L～5g/L，氟化钠1 g/L～1.2g/L，铁氰化钾0.5 g/L～0.7g/L，温度30℃～35℃，时间25s～30s。
经碱洗出光后的零件要立即转入氧化工序，以防因工件在大气中搁置过久而又生成自然氧化膜而影响氧化层的质量。再度浸泡在清水中虽优于曝露在大气中，但也不宜浸泡过久。
氧化过程中溶液的温度是至关重要的工艺条件，溶液温度过高，成膜速度加快，氧化膜容易出现粉化；溶液温度过低，成膜速度缓慢，所生成的膜色调偏淡，附着力差。
同一型号铝材为求得表面基本一致的色彩，应在同一溶液温度下处理同样时间。在一定的范围内温度与时间成反比，即溶液温度越高，所需时间越短，反之所需时间越长。
铝材纯度越高导电氧化的质量越高，杂质越多，特别是硅含量越高，氧化膜的光泽色彩质量越差。
为了获得均匀的氧化膜色彩，小件氧化时可在溶液中多晃动，大件可采取搅拌溶液或静处理（不搅拌溶液、不晃动工件），以防工件的邊缘部位与溶液的交换机会比工件的中心部位增多而产生不均匀的氧化膜色彩。
8循环水冲洗
对于有盲孔、狭缝的工件要加强对这些部位的冲洗，并甩净里面的残留溶液，以防氧化溶液流出来氧化面受破坏。
工件经循环水冲洗后宜自检质量，如发现有缺陷的可在碱液中退除，出光后重新氧化。
9干燥
干燥方法以自然晾干为好，经热水冲洗过的工件斜挂于架子上，让工作表面的游离水以垂直方向向下流。流至下端角边的水珠用毛巾吸去，按此法晾干的膜层色彩不受干扰，显得自然。也可采用烘箱或烘台进行烘烤加速老化，温度60℃～70℃，时间30 min～60min。
铝及铝合金导电氧化是一项很有应用前景的工艺，该工艺操作简便，生产成本低廉，所获膜层除特有的导电性能之外，还可用于工件的防护与装饰，色彩比锌层彩色钝化膜雅致，具有较浅且均匀的细纹彩虹，是具有推广价值而尚未被广泛认识的涂覆工艺。
参考文献：
[1]李晓畅、王晓云、王明安等 《电镀工艺技术要求、操作要点与质量检测实用手册》 安徽文化音像出版社，2003
[2]张允城，胡如南，向荣 《电镀手册》国防工业出版社，2007
[3]SJ/T 42-1977 金属镀层和化学处理的分类、特性、应用范围和标记