鋁及鋁合金工件導(dǎo)電氧化工藝研究

李文革 張力 潘林豐 王世偉

摘 要：鋁及鋁合金工件經(jīng)導(dǎo)電氧化工藝后所獲的氧化膜具有導(dǎo)電性能，且能顯著提高鋁及鋁合金的耐蝕能力。氧化膜還具有有較好的吸附能力，可以作為油漆的良好底層，可以有效地提高零件的耐蝕性。這些特有的性能，使鋁及鋁合金導(dǎo)電氧化工藝在航空工業(yè)、電氣和電子工業(yè)、機(jī)械制造工業(yè)和輕工業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹了鋁及鋁合金的導(dǎo)電氧化工藝的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、參數(shù)、工藝要點(diǎn)等知識(shí)。

關(guān)鍵詞：鋁及鋁合金；前處理；導(dǎo)電氧化；參數(shù)

鋁及鋁合金工件經(jīng)導(dǎo)電氧化工藝后所獲的氧化膜具有導(dǎo)電性能，且耐腐蝕。氧化膜還具有較好的吸附能力，可以作為油漆的良好底層，可以有效地提高零件的耐蝕性。

鋁及鋁合金的導(dǎo)電氧化工藝一般為：前處理→裝掛→堿洗 → 熱水清洗 → 冷水清洗 → 出光 → 兩道冷水清洗 → 氧化成膜 → 兩道冷水清洗 → 去離子水清洗 →干燥

1前處理

鋁在空氣中極不穩(wěn)定，易生成氧化膜。由于鋁制品零件一般通過(guò)鑄造成型，或是由延壓板材直接剪切成型，或是機(jī)械精細(xì)加工成型，或是經(jīng)其他工藝成型，隨后還需要經(jīng)熱處理或焊接等工序處理。經(jīng)上述不同的加工工藝，工件表面會(huì)留下不同狀態(tài)、不同程度的污物或痕跡，在前處理工序中必須根據(jù)工件表面的實(shí)際情況選擇前處理的工藝方法。

1.1除油

鋁及鋁合金在進(jìn)行導(dǎo)電氧化前，必須清除零件表面上的油污，以保證生成導(dǎo)電氧化膜的完整性和質(zhì)量。除油常用的方法有：有機(jī)溶劑除油、化學(xué)除油、電化學(xué)除油、擦拭除油等。

有機(jī)溶劑除油中常用的有機(jī)溶劑有：汽油、煤油、苯類等。油污不太嚴(yán)重的可采取在溶劑中短時(shí)間浸泡；油污嚴(yán)重的應(yīng)采取用棉紗蘸溶劑揩擦，或用鬃刷刷洗。操作中要注意安全，用后剩余溶劑要妥善保管好。

有機(jī)溶劑除油因?yàn)椴话踩臀廴镜仍颍褂迷絹?lái)越少，現(xiàn)在鋁及鋁合金件的除油大部分采用超聲波清洗的方法去除油污。

超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的。配合清洗劑的使用，可以加速污物的分離和溶解，可以有效防止清洗液對(duì)工件的腐蝕。

1.2 機(jī)械精細(xì)加工工件前處理

鋁及鋁合金精細(xì)加工工件在前處理工序中需要注意的問(wèn)題：精細(xì)加工工件雖然表面的自然氧化膜才初生成、較易清除，但油膩重，特別是孔眼內(nèi)及其周圍（因機(jī)加工過(guò)程中潤(rùn)滑需要而添加的），這類工件必須先經(jīng)有機(jī)溶劑清洗或超聲波清洗，若直接用堿洗不但油膩重難以除凈，且精細(xì)加工表面承受不了長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)堿腐蝕，結(jié)果還會(huì)影響到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最終成為廢品。

1.3 鑄造成型工件的前處理

鋁及鋁合金鑄造成型工件在前處理工序中需要注意的問(wèn)題： 鋁及鋁合金鑄造成型工件并非所有表面都經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的，未經(jīng)機(jī)加工的表面留有澆鑄過(guò)程中形成的過(guò)厚氧化層，有的還夾有砂層，一般情況下，機(jī)加工或噴砂方法先除去這一部位的原始氧化膜，或是經(jīng)堿洗后再加工，只有這樣才能既除凈未加工部位的原始氧化層，又避免機(jī)加工部位公差尺寸的改變。

特別值的推薦的是壓鑄鋁合金制件的前處理可采用噴丸工藝。噴丸是以磨液泵和壓縮空氣為動(dòng)力，以磨液為介質(zhì)，對(duì)工件進(jìn)行噴射加工。經(jīng)噴丸處理的壓鑄鋁合金制件，表面無(wú)氧化皮、黑斑等缺陷，呈一致的有光澤的銀白色，非常美觀。對(duì)表面壓鑄質(zhì)量較好的可采用直接噴丸方法，對(duì)表面質(zhì)量差的可在噴砂完后增加噴丸工序。

1.4經(jīng)過(guò)熱處理或焊接工藝的鋁及鋁合金工件

經(jīng)過(guò)熱處理或焊接工藝的鋁及鋁合金工件在前處理工序中需要注意的問(wèn)題：按工藝要求，工件轉(zhuǎn)入熱處理或焊接工序之前需經(jīng)有機(jī)溶劑清洗或超聲波清洗，除凈表面油污，但目前有時(shí)會(huì)接到未按工藝要求進(jìn)行操作的工件，這時(shí)工件表面形成一層油污燒結(jié)的焦化物，這層焦化物在有機(jī)溶劑中難以除凈，若浸泡在堿液中會(huì)引起局部腐蝕，產(chǎn)生麻點(diǎn)或造成凹凸不平，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。筆者用濃硝酸浸泡的方法來(lái)松軟這層焦化物，待焦化物松軟后在堿液中稍加清洗即能徹底除凈。

2裝掛

2.1裝掛、綁扎用的材料宜選用鋁線，禁用銅線和鍍鋅鐵線，可用退去鋅層的鐵線。

2.2稍大件的單件裝掛為好，盡可能裝掛在離零件邊沿最近的孔眼中，以減少對(duì)工件表面的影響。

2.3不同種工件不宜同裝掛、綁扎于一串中，因不同成分（牌號(hào)）的鋁材氧化處理時(shí)間是有所區(qū)別的。

2.4注意所裝掛的工件懸空時(shí)的方向，要避免凹入部位因朝下而產(chǎn)生窩氣。

3堿洗

堿洗時(shí)進(jìn)一步去除工件表面的贓物，徹底去除鋁表面的自然氧化膜，以顯露出純凈的金屬基體。堿洗具有一定的去油效果，但堿洗時(shí)若工件上油污較多，可能會(huì)造成氧化后發(fā)花現(xiàn)象。鑄鋁等含硅含量高的零件一般不建議進(jìn)行堿洗工序。

氫氧化鈉 ：50g/L～70g/L，溫度：50℃～70℃，時(shí)間：0.5 min～2min

堿洗時(shí)間視工件表面均勻、無(wú)污物為止。

4循環(huán)水沖洗

堿洗后的沖洗最好先用熱水沖洗完后再用冷水清洗，有利于洗凈工件表面上的堿性物質(zhì)。有盲孔、狹縫的工件要加強(qiáng)對(duì)該部位的沖洗，并甩凈其中的殘留溶液。

5出光

硝酸： 200ml/L～300ml/L，溫度：室溫，時(shí)間：視黑膜退凈為止。

若處理鑄造鋁合金工件還應(yīng)在此配方的基礎(chǔ)上添加50ml/L氫氟酸，以加速除去堿洗時(shí)粘附在工件表面的不溶物。

6循環(huán)水洗

兩遍水洗，洗凈殘存酸液

7氧化成膜

溶液配方及工作條件：鉻酐4g/L～5g/L，氟化鈉1 g/L～1.2g/L，鐵氰化鉀0.5 g/L～0.7g/L，溫度30℃～35℃，時(shí)間25s～30s。

經(jīng)堿洗出光后的零件要立即轉(zhuǎn)入氧化工序，以防因工件在大氣中擱置過(guò)久而又生成自然氧化膜而影響氧化層的質(zhì)量。再度浸泡在清水中雖優(yōu)于曝露在大氣中，但也不宜浸泡過(guò)久。

氧化過(guò)程中溶液的溫度是至關(guān)重要的工藝條件，溶液溫度過(guò)高，成膜速度加快，氧化膜容易出現(xiàn)粉化；溶液溫度過(guò)低，成膜速度緩慢，所生成的膜色調(diào)偏淡，附著力差。

同一型號(hào)鋁材為求得表面基本一致的色彩，應(yīng)在同一溶液溫度下處理同樣時(shí)間。在一定的范圍內(nèi)溫度與時(shí)間成反比，即溶液溫度越高，所需時(shí)間越短，反之所需時(shí)間越長(zhǎng)。

鋁材純度越高導(dǎo)電氧化的質(zhì)量越高，雜質(zhì)越多，特別是硅含量越高，氧化膜的光澤色彩質(zhì)量越差。

為了獲得均勻的氧化膜色彩，小件氧化時(shí)可在溶液中多晃動(dòng)，大件可采取攪拌溶液或靜處理（不攪拌溶液、不晃動(dòng)工件），以防工件的邊緣部位與溶液的交換機(jī)會(huì)比工件的中心部位增多而產(chǎn)生不均勻的氧化膜色彩。

8循環(huán)水沖洗

對(duì)于有盲孔、狹縫的工件要加強(qiáng)對(duì)這些部位的沖洗，并甩凈里面的殘留溶液，以防氧化溶液流出來(lái)氧化面受破壞。

工件經(jīng)循環(huán)水沖洗后宜自檢質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)有缺陷的可在堿液中退除，出光后重新氧化。

9干燥

干燥方法以自然晾干為好，經(jīng)熱水沖洗過(guò)的工件斜掛于架子上，讓工作表面的游離水以垂直方向向下流。流至下端角邊的水珠用毛巾吸去，按此法晾干的膜層色彩不受干擾，顯得自然。也可采用烘箱或烘臺(tái)進(jìn)行烘烤加速老化，溫度60℃～70℃，時(shí)間30 min～60min。

鋁及鋁合金導(dǎo)電氧化是一項(xiàng)很有應(yīng)用前景的工藝，該工藝操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低廉，所獲膜層除特有的導(dǎo)電性能之外，還可用于工件的防護(hù)與裝飾，色彩比鋅層彩色鈍化膜雅致，具有較淺且均勻的細(xì)紋彩虹，是具有推廣價(jià)值而尚未被廣泛認(rèn)識(shí)的涂覆工藝。

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