鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化膜層顏色的形成與控制

滕勝

（武漢航達(dá)航空科技發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430040）

鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化膜層顏色的形成與控制

滕勝

（武漢航達(dá)航空科技發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430040）

給出了鋁合金化學(xué)除油及硫酸陽(yáng)極氧化工藝條件。分析了影響鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化膜層顏色的因素，如鋁合金成分，機(jī)械加工方式，膜層均勻度和腐蝕等。

鋁合金；硫酸陽(yáng)極氧化；膜層顏色；化學(xué)除油

Author’s address: Wuhan HANGDA Aero Science & Technology Development Co., Ltd., Wuhan 430040, China

1 前言

鋁及鋁合金質(zhì)量輕，延展性好，易強(qiáng)化，耐腐蝕，導(dǎo)電性良好，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域[1]。由于硫酸陽(yáng)極氧化工藝配方簡(jiǎn)單，溶液組成穩(wěn)定，所獲得的膜層多孔，厚度達(dá)12 μm，吸附性好，易著色，具有較好的耐蝕、耐候和耐磨性能，且適合于所有的鋁及鋁合金，包括含銅量大于4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋁合金，因此鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化工藝獲得了廣泛的應(yīng)用，但不同的鋁合金所獲得的氧化膜的外觀也有所不同[2-3]。

近年來(lái)，人們對(duì)鋁合金表面的裝飾效果要求越來(lái)越高，很多場(chǎng)合又不能進(jìn)行著色處理，因此，有必要對(duì)鋁合金陽(yáng)極氧化膜層顏色的形成規(guī)律做一定梳理。本文從膜層的組成分析和表面狀態(tài)的影響這 2個(gè)方面分析了膜層顏色的形成規(guī)律[4]。

2 鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化工藝

鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化工藝參照武漢航達(dá)航空科技發(fā)展有限公司 Q/HD J404–2006《硫酸陽(yáng)極化工藝標(biāo)準(zhǔn)》，工藝流程包括：氧化前驗(yàn)收—有機(jī)溶劑除油(根據(jù)零件表面狀態(tài)決定是否需要)或吹砂—裝掛—超聲波清洗除油或化學(xué)除油—流動(dòng)熱水洗—堿腐蝕(根據(jù)零件表面狀態(tài)決定是否需要)—吹砂(根據(jù)零件表面狀態(tài)決定是否需要)—流動(dòng)熱水洗—流動(dòng)冷水洗—出光—絕緣—流動(dòng)冷水洗—硫酸陽(yáng)極氧化—兩道流動(dòng)冷水洗—中和—流動(dòng)冷水洗—沸水封閉—干燥—拆卸—檢驗(yàn)。

2. 1 有機(jī)溶劑除油、超聲波清洗除油和化學(xué)除油

為保證零件精度及表面粗糙度，不應(yīng)在堿性過(guò)強(qiáng)的除油液中除油。可先用有機(jī)溶劑除去零件表面較厚的油污，然后用超聲波清洗除油或化學(xué)除油。鑄件或低精度要求的零件可酌情考慮吹濕砂。化學(xué)除油配方如下：

超聲波清洗液配方與化學(xué)除油液相同，時(shí)間3 ～5 min。

2. 2 硫酸陽(yáng)極氧化

3 影響鋁合金陽(yáng)極氧化膜顏色的因素

3. 1 合金化元素

實(shí)驗(yàn)表明，純鋁硫酸陽(yáng)極氧化膜是無(wú)色透明的，且鋁的純度越高，氧化膜的透明度也越好[5]。但通常鋁合金中含有一定量的第二相[6]，這些第二相氧化后的產(chǎn)物組成較為復(fù)雜，可能以單質(zhì)、氧化物或金屬間化合物等狀態(tài)混合存在。膜層的顏色由各成分的顏色綜合而成。

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐及相關(guān)統(tǒng)計(jì)，幾種鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化膜的顏色如下：

(1) 純鋁或鋁鎂合金硫酸陽(yáng)極氧化膜呈透明色；

(2) 鋁錳合金硫酸陽(yáng)極氧化膜呈棕黃至棕色；

(3) 鋁鋅合金呈灰黑乳濁色，不透明；

(4) 鋁硅、鋁銅合金硫酸陽(yáng)極氧化膜呈灰色，硅含量大于2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)呈灰至黑色[7]；

(5) 遭破壞的包鋁硫酸陽(yáng)極氧化膜呈灰、白相間色[3]。

3. 2 零件的表面狀態(tài)

零件表面狀態(tài)通過(guò)影響膜層對(duì)光線的漫反射和均勻度來(lái)影響最終顏色。

3. 2. 1 反射方面的影響

產(chǎn)品在氧化前機(jī)械加工時(shí)，不同的切削方式對(duì)鋁合金零件表面的微小劃刻角度不同，導(dǎo)致鋁合金表面光線漫反射方位不一，因此鋁合金表面顏色看起來(lái)深淺不一。最典型的是砂紙打磨過(guò)的零件氧化后打磨痕跡為黑色。

3. 2. 2 膜層均勻度的影響

已經(jīng)氧化過(guò)的零件因設(shè)計(jì)要求需局部機(jī)械加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分有氧化膜而部分無(wú)氧化膜的狀況。再次氧化后，鋁合金表面的膜層厚薄不均，從而導(dǎo)致膜層顏色不均勻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)塊狀花斑。

3. 2. 3 腐蝕的影響

產(chǎn)品機(jī)械加工后通常不能及時(shí)送到表面處理車(chē)間，若工人的質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，未及時(shí)清洗冷卻液，就有可能使產(chǎn)品發(fā)生點(diǎn)蝕，陽(yáng)極氧化后表面就會(huì)有黑點(diǎn)。筆者所在公司曾有一個(gè)六面體密封塊產(chǎn)品，兩個(gè)密封面經(jīng)過(guò)研磨加工，其余面為銑加工，經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化后銑加工表面為淺灰色，研磨表面則為深灰色。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 合理選材，正確選擇機(jī)加工方式，可以不經(jīng)染色而得到具有理想裝飾效果的產(chǎn)品。

(2) 鋁合金研磨后，研磨膏很難洗凈，零件定會(huì)被腐蝕，故通常鋁件禁止研磨。

(3) 雖然鋁合金的防護(hù)效果和強(qiáng)度都好于純鋁，但裝飾效果遠(yuǎn)不及純鋁，故國(guó)外產(chǎn)品設(shè)計(jì)師通常選用包鋁材料作為表層。包鋁純度高于工業(yè)純鋁，可得到純凈的亮白色，質(zhì)感強(qiáng)烈。

(4) 從產(chǎn)品膜層顏色可初步鑒別材料。

[1] 朱祖芳. 鋁合金陽(yáng)極氧化與表面處理技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 94-139.

[2] 王翠平. 電鍍工藝實(shí)用技術(shù)教程[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2007: 218-226.

[3] 鄭瑞庭. 鋁合金表面氧化處理問(wèn)答[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007: 135-160.

[4] 薛壽昌. 鋁合金裝飾性陽(yáng)極氧化工藝代替涂裝工藝[J]. 材料保護(hù), 2007, 40 (8): 69-70.

[5] BIESTEK T, WEBER J. Chap 4 Anodic Oxidation of Aluminium [M]. Electrolytic and Chemical Conversion Coatings: A Concise Survey of Their Production, Properties and Testing. Warsaw: Portcullis Press Ltd., 1976.

[6] 王笑天. 金屬材料學(xué)[M]. 2版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1993: 248.

[7] 馮輝, 張勇, 張林森, 等. 電鍍理論與工藝[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008: 207-210.

Formation and control of the color of anodic oxidation film on aluminum alloy in sulfuric acid solution //

TENG Sheng

The process conditions of chemical degreasing and anodic oxidation in sulfuric acid solution were given. The factors affecting the color of anodic oxidation film on aluminum alloy including the composition of aluminum alloy, machining methods, film uniformity and corrosion were analyzed.

aluminum alloy; anodic oxidation in sulfuric acid solution; film color; chemical degreasing

TQ153.6

B

1004 – 227X (2011) 01 – 0037 – 02

2009–11–29

2010–08–30

滕勝（1985–），男，湖北公安人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)槠鹇浼艿谋砻嫣幚硇迯?fù)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) tengsheng107@163.com。

[ 編輯：吳定彥 ]