鑄造鋁合金表面處理方法的研究進展

杜云龍

摘要：通常情況下，潮濕的環(huán)境會加速鋁的腐蝕，這不僅使鋁的表面變得粗糙，也會對鋁的使用產(chǎn)生一定影響。本文基于保護環(huán)境、滿足市場對材料的需求的情況，闡釋了若干有效解決辦法，為鑄造鋁合金表面處理技術(shù)提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金;表面;處理方法

鑄造鋁合金有許多優(yōu)點，如相對密度低、比強度高、彈性高、易成型及價格低等，越來越多的應(yīng)用到建材、汽車、船舶、航天及電子等領(lǐng)域[1]。但是鑄鋁一般硅含量較高，在其表面容易生成不均勻的氧化膜，由于銅和硅元素的加入，使鑄鋁合金零件的耐蝕性明顯降低。另外，其表面容易磨損，裝飾性和耐臟性差，不能長久保持表面光澤，使其表面處理增加了難度。

1鋁合金氧化的原因

鋁合金的主要成分是鋁，但在日常的生產(chǎn)生活中，鋁的密度小，本身極易氧化，氧化膜非常薄，大約0.01um～0.02um，色澤不均勻。鋁合金氧化分為化學(xué)氧化與陽極氧化兩種。化學(xué)氧化生成的氧化膜較薄，厚度約為0.5um～4um。具有多孔，吸附能力強，質(zhì)地柔軟而不耐磨等特點，化學(xué)氧化分為酸性和堿性兩種。陽極氧化分為普通硫酸陽極氧化、高速陽極氧化等多種氧化形式。鋁合金分為很多種，如鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金等。一般來說，鋁合金的陽極氧化相對要復(fù)雜一些，它的陽極氧化膜中一般有氧化鋁成分，并且在其他金屬成分發(fā)生陽極氧化現(xiàn)象后，也會反應(yīng)出一些氧化物。此外，鋁合金陽極氧化膜中還有一些元素如金屬物質(zhì)和金屬化合物。

2提高鑄造鋁合金表面耐蝕性的方法

2.1陽極氧化法

鑄造鋁合金陽極氧化法，是一種氧化膜的生長與溶解的動態(tài)平衡過程，陽極氧化時要盡量促使氧化膜的生長大于表面膜層的溶解。影響氧化膜的生長有許多因素，如除油方式、拋光液的選擇、攪拌速度、電流密度、電解液溫度及雜質(zhì)離子等都會對氧化膜產(chǎn)生較大影響，需要在實驗中不斷嘗試，找到各自及相互的影響規(guī)律，才能確保氧化膜層的質(zhì)量。國內(nèi)外的研究者主要從電解液濃度、電流密度、溫度及氧化時間等方面進行了大量的研究，有利于減少氧化膜的燒損，并使氧化膜易于生成。常用的鑄鋁合金主要是Al-Si基鑄鋁合金和Al-Mg基鑄鋁合金。Al-Si合金中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～22%，是鑄造鋁合金中品種最多、產(chǎn)量最大、用途最廣的一類合金。硫酸陽極氧化工藝是較為常見的工藝方法，通常在化學(xué)拋光工藝中，Al-Si合金由于硅存在的緣故，難于被氧化，它以單質(zhì)的形式鑲嵌在陽極氧化膜內(nèi)，對氧化膜的生成不利，使硅組織容易偏析，導(dǎo)致表面出現(xiàn)“掛灰”現(xiàn)象。李珍芳對ZL102鋁合金進行硫酸陽極氧化，得出前處理對鑄造鋁合金陽極氧化膜的質(zhì)量有較大影響，改進前處理后消除了“掛灰”現(xiàn)象，氧化膜的厚度增加了，耐蝕性也得到了明顯的提高。SUN等利用陽極氧化與稀土沉積相結(jié)合的方法對A356鋁合金進行了研究。實驗結(jié)果表明，制備的氧化膜對A356鋁合金基體有極好的保護作用。隨著鋁鎂制品工業(yè)的不斷發(fā)展，人們開始探討各種方法，使其達(dá)到使用要求。硬質(zhì)陽極氧化法就是其中一種最為常用的表面處理方法，該法用于A1-Mg系鑄造鋁合金的報道較多。由于Al-Mg系鑄造鋁合金鎂含量較高，會使生成的Mg2O3等產(chǎn)物嚴(yán)重影響氧化膜的質(zhì)量，顧林等對ZL301鋁合金在4種不同的電解液中進行硬質(zhì)陽極氧化，得出利用脈沖電源進行陽極氧化能夠提高氧化膜硬度和成膜速度，改善了表面耐蝕性。張金濤等在LY12鋁合金表面制備了陽極氧化膜，在封閉的過程中加入了稀土鹽硝酸鈰。研究表明，Ce離子的存在有效抑制了鋁合金基體腐蝕的發(fā)生與發(fā)展，使其具有好的長效耐蝕性。

2.2微弧氧化法

微弧氧化技術(shù)（MAO）是將陽極氧化工作區(qū)從法拉地區(qū)引入到高壓放電區(qū)，利用微區(qū)弧光放電的瞬間高溫，在Al、Mg、Ti和Nd等有色金屬表面氧化生成陶瓷質(zhì)氧化膜，以改善金屬表面的耐蝕性能。電源的輸出電壓通常為0～600V。在微弧氧化過程中材料表面具有較高的電壓并通過較大的電解電流，使膜層界面處產(chǎn)生了局部熱量，因此要用相配的熱交換制冷設(shè)備，確保電解液及時降溫冷卻。一般微弧氧化的陰極選用不溶性金屬材料。近些年，微弧氧化法具有高效、環(huán)保、無污染等優(yōu)點，符合科技不斷發(fā)展的要求，而且在變形鋁合金力的使用取得了顯著的成功，但在工藝參數(shù)、成膜機理及電解液等研究方面還處在起步階段。LU和WEI等認(rèn)為整個微弧氧化系統(tǒng)就像一個串聯(lián)電路，隨著時間推移，溶液的電阻變大、電導(dǎo)率下降，以至于減小了分配到陽極上的電壓，甚至無法擊穿膜層;溶液中向鋁合金滲入的路徑變長，且活性氧元素隨時間增長不斷減少，這些都會造成膜層生長速度減慢。GUO等對Al-13Si-5Cu進行微弧氧化。結(jié)果表明，微弧氧化后Al-13Si-5Cu合金的阻抗值和腐蝕電位都提高了，大大的改善了合金的耐蝕性;王平等研究了電流密度對ZL108鋁合金微弧氧化膜性能的影響，結(jié)論是隨著電流密度的增加氧化膜的硬度和厚度都有所增加，達(dá)到一定值時，再增加電流密度會使氧化膜變得多孔并出現(xiàn)裂紋。

2.3化學(xué)鍍法

化學(xué)鍍是利用合適的還原劑使溶液中金屬離子有選擇地在經(jīng)催化劑活化的表面上還原析出金屬鍍層的一種化學(xué)處理方法。不需要電源是化學(xué)鍍的特點，化學(xué)鍍不存在電力線分布不均勻的影響，具有孔隙率低以及鍍層致密的優(yōu)點，因此在金屬以及非金屬的表面改性中被廣泛應(yīng)用。周海飛等在鑄鋁表面制備了Ni-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層，并研究了鍍液中硫酸高鈰對硬度、鍍液穩(wěn)定性及鍍層復(fù)合量的影響，測定了復(fù)合鍍液中硫酸高鈰添加前后制備的Ni-P-金剛石復(fù)合鍍層的耐磨性及耐蝕性，并與Ni-P合金鍍層進行了比較。結(jié)果顯示，硫酸高鈰能促進金剛石微粒進入鍍層，隨硫酸高鈰含量增加鍍液穩(wěn)定性大幅提高后趨于平穩(wěn)，NiP-金剛石復(fù)合鍍層比Ni-P合金鍍層有更高的耐磨性，添加2mg/L硫酸高鈰后耐磨性明顯提高，相比于Ni-P合金鍍層，復(fù)合鍍層耐蝕性較差，添加硫酸高鈰后耐蝕性有所提高。郭瑞光等使用脫氧/除斑劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氟酸、硝酸酸洗出光工藝對壓鑄鋁合金進行表面處理，將簡化工藝和傳統(tǒng)工藝進行了對比。結(jié)果顯示，采用由除油、脫氧/除斑劑除灰活化、鈍化處理組成的新工藝不僅能在壓鑄鋁合金表面獲得均勻的彩色轉(zhuǎn)化膜層。

3結(jié)術(shù)語

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，鋁合金材料作為重要的金屬材料在生產(chǎn)、生活中越來越重要，在各種不同領(lǐng)域都占有重要地位，我國對鋁合金的研究技術(shù)也在不斷增強，對鑄造鋁合金表面的處理方法也朝著多樣化、清潔化的方向邁進，做到技術(shù)與環(huán)境的和諧發(fā)展

參考文獻(xiàn)：

[1]劉定福.壓鑄鋁合金件光亮導(dǎo)電膜化學(xué)氧化[J].電鍍與環(huán)保，2014，24（1）：33-34.

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[3]葛圣松，楊玉香，邵謙.鑄鋁表面無鉻黑色轉(zhuǎn)化膜的形貌及耐蝕性[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2016，18（3）：228-230.

（作者單位：天津新偉祥工業(yè)有限公司）