壓鑄鋁鈍化及陽極氧化處理研究

李 勉，李 亮，魏觀祥，葉江濤

（常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州213025）

近年來隨著國家對環保問題的逐步重視以及環保政策的不斷出臺，各地政府均加大了環保檢測力度，對造成污染的企業提出更嚴格的要求。表面處理相關企業屬于污染型企業也是治理的重要對象，在這種情況下與我司配合的外協表面處理廠常有間歇性停工，已經影響到公司產能，環保型表面處理方式的研究探索已經迫在眉睫。

本文主要介紹壓鑄鋁的鈍化工藝的性能以及對壓鑄鋁陽極氧化工藝的應用可行性探索。

1 鈍化

鋁合金通過與不同鈍化劑產生化學反應的方式在鋁合金表面形成一層薄且致密的膜層，這個過程通常被稱為鈍化，產生的膜層通常被稱為鈍化膜。鈍化在各種鋁制品表面處理中應用非常廣泛，鈍化膜比自然氧化膜厚度大50～100 倍，與陽極氧化和微弧氧化相比，具有對鋁材疲勞性能小、操作簡單、不需要電能、設備簡單、成本低、成膜速度快、鈍化膜附著性良好等優點，并能提高鋁合金的耐腐蝕性和涂層附著力，可單獨用作防護層或作為涂裝底層[1]。

傳統的化學氧化處理是基于六價鉻的化學轉化膜工藝，六價鉻鈍化膜耐腐蝕性能好，且膜層具有自修復性，當膜的表面出現損傷時，膜層表面上的六價鉻離子會流向裂紋處對其進行修復，防止鋁合金的局部腐蝕[2]。

六價鉻鈍化膜性能好，但因六價鉻具有較強的毒性，目前國際上主流市場均對其采取了嚴格的管控措施，這意味著六價鉻鈍化處理技術正面臨著被淘汰的命運。三價鉻的毒性只有六價鉻的1%，三價鉻轉化膜復合RoHS 法規，而且廢水易于處理，是一種替代六價鉻鈍化技術的最具有前途的鈍化工藝之一[3-6]。

2 陽極氧化

鋁是比較活潑的金屬，標準電位為-1.66 V，在空氣中能自然形成一層厚度為0.01 ～0.1 μm 的氧化膜，這層氧化膜是非晶態的，薄而多孔，耐蝕性差。但是，若將鋁及其合金置于適當的電解液中，以鋁制品為陽極，在外加電流的作用下，其表面會生成氧化膜，這種方法稱為陽極氧化。通過選用不同類型、不同濃度的電解液，以及控制氧化時的工藝條件，可以獲得具有不同性質、厚度為幾十至幾百微米的陽極氧化膜，其耐蝕性、耐磨性和裝飾性等都有明顯改善和提高[7]。

3 工藝流程

不同鈍化劑鈍化的工藝主體流程大體相同，但在各個表面處理廠或因為工件的不同需求會有個別工序的調整或增加。

3.1 鈍化工藝流程

鈍化的工藝主要包括5 個步驟：脫脂（除油）、水洗、鈍化、水洗、干燥。

3.2 陽極氧化的工藝流程

陽極氧化的工藝流程主要包括以下步驟：脫脂（除油）、水洗、堿蝕、水洗、化學拋光、水洗、中和、水洗、陽極氧化、水洗、著色、水洗、封孔、水洗、干燥。

4 樣件處理及性能檢測

此處選擇了我司壓鑄機箱面板結構（本文所述壓鑄鋁均為采用ADC12 牌號壓鑄鋁合金）作為樣件，并將選擇的面板結構分成兩組并分別對兩組面板結構分別進行了鈍化（三價鉻鈍化、以下所述鈍化均為三價鉻鈍化）工藝處理和陽極氧化工藝處理。表面處理結束后對面板結構的表面性能進行了測試，并取其中測試結果有代表性的圖片展示在本文中（圖1、圖2）。

圖1 鈍化后樣件

圖2 陽極氧化后樣件

4.1 膜層厚度測量

在樣件經過鈍化或陽極氧化處理并烘干后使用膜層測厚儀對膜層厚度進行了測量（圖3、圖4）。測量經過鈍化處理的膜層厚度其厚度均在7.2 μm 上下浮動，且浮動值不大。經過陽極氧化處理的膜層厚度其厚度均在13.5 μm 上下浮動，且浮動值不大。

4.2 膜層導電性測試

使用萬用表對膜層導電性進行了測試。測量可得知經過鈍化處理的樣件對角可導通且阻值均在0.5 Ω 以下，可斷定為經鈍化處理獲得的鈍化膜是具有導電性的。陽極氧化處理過的樣件在測量時各樣件均未導通，可斷定為經陽極氧化處理獲得的氧化膜是不導電的（圖5）。

圖5 鈍化樣件阻值測量

4.3 膜層耐蝕性測試

使用鹽霧試驗箱對膜層耐蝕性進行了測試。經過96 h 的中性鹽霧測試試驗后所有樣件均表現良好未發現有銹蝕的現象（圖6、圖7）。

圖6 鈍化后樣件鹽霧試驗效果圖

圖7 鈍化后樣件鹽霧試驗效果圖

4.4 氣候模擬測試

使用氣候模擬試驗箱對樣件進行了氣候模擬試驗。設定的氣候模擬條件為：高溫85 ℃，保溫時長16 h。低溫-40 ℃并附加30%濕度，保溫時長16 h。試驗結束后所有樣件均無明顯異常（圖8、圖9）。

圖8 氣候模擬試驗參數圖

圖9 樣件進行氣候模擬試驗

4.5 附著力測試

對鈍化后的部分樣件進行了氟碳漆噴涂處理，并對漆層附著力進行了百格測試（圖10），經過觀察測試后無漆層掉落，附著力較鈍化前表現優異，達到了《G/BT9286-1998 色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》0級要求：切割邊緣完全平滑，無一格脫落。

圖10 樣件進行百格測試

5 其他

在試驗過程中發現部分經過陽極氧化處理的樣件氧化膜異常，膜層結構不夠致密甚至個別樣件用手指去摸樣件表面，會有黑色物質粘在手指上（圖11）。

圖11 陽極氧化膜發黑

6 結束語

通過三價鉻鈍化工藝獲得的鈍化膜厚范圍為5～8 μm，膜層阻值均在0.5 Ω 以下，表現出良好的導電性。所有樣件經96 h 中性鹽霧試驗后未發現有明顯的腐蝕現象，表面三價鉻鈍化膜的耐腐蝕較強，符合常規工業產品要求。經16 h 高溫85 ℃、16 h 低溫-40 ℃并附加30%的濕度，總時長為168 h 的氣候模擬試驗后所有樣件無異常，表面了膜層擁有較好的耐候性。另經過百格測試證明了膜層具有優異的附著力。但陽極氧化技術在壓鑄鋁中應用仍存在問題，不能實現與鋁型材一樣的處理效果。目前市面上流通的各種智能手機的鋁合金殼體均采用CNC 加工，這樣加工成本高、周期長而之所以沒有采用更有優勢的壓鑄生產方式就是因為在工藝上沒能解決壓鑄鋁陽極氧化的問題。隨著新技術、新工藝的應用，表面處理技術飛速發展，相信壓鑄鋁陽極氧化的問題定會得到解決。