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常用鋁型材表面陽極氧化處理工藝有哪幾種?
鋁是一種化學(xué)性質(zhì)非?;顫姷慕饘伲凿X為主要合金元素加入其它的合金擠壓出來的工業(yè)鋁型材,表面生成的氧化膜層非常薄,只有0.5-4μm厚,具有很好的吸附能力,但抗腐蝕能力不強(qiáng),要經(jīng)過多種表面處理才能提高鋁型材的力學(xué)性能和使用壽命。常用的表面處理方式主要有陽極氧化、電泳涂裝和靜電粉末噴涂,這幾種方式在當(dāng)前的市場(chǎng)中占有相當(dāng)大的比重,今天著重講解一下陽極氧化處理。
陽極氧化的主要原理
在進(jìn)行陽極氧化時(shí),以置入電解質(zhì)溶液中的鋁型材為陽極,在電解質(zhì)的作用下,在鋁型材的表面生成一層致密的氧化膜,這個(gè)過程稱這鋁型材陽極氧化處理,如果沒有特別說明,通常是在硫酸溶液中進(jìn)行陽極氧化,其化學(xué)反應(yīng)式如下:
①2H﹢+2e﹣===H?↑
②4OH﹣+4e﹣===2H?O+O?↑
③2Al3﹢+3O2﹣===Al?O?+熱量
④Al?O?+3H?SO4→Al?(SO4)+3H?O
在這一系列的化學(xué)反應(yīng)過程中,陽極上生成的氧并不是全部與鋁發(fā)生反應(yīng)生成氧化膜,還有一部分以氣體的形式逸出,所以開始只是生成一層薄而致密的氧化膜,當(dāng)與硫酸發(fā)生反應(yīng)后,致密的氧化膜便開始變成多孔的氧化膜,隨著電解液逐漸滲透到孔隙中,孔隙中露出的鋁又生成一層新的氧化膜,使整個(gè)氧化膜得到進(jìn)一步的修補(bǔ),這層新的氧化膜緊接著發(fā)生新一輪的溶解,又出現(xiàn)新的孔隙,從孔隙中流出來的鋁又被電解,重新生成一層新的氧化膜,每層氧化膜都保持著0.014-0.05μm的厚度,如此不斷地循環(huán)反應(yīng),將一個(gè)個(gè)彼此立的孔隙中生成的氧化膜向四面八方展開,最終生成一層致密均勻多孔的氧化膜層覆蓋于工業(yè)鋁型材的表面。
陽極氧化的方法
鋁型材陽極氧化的主要方法有三種:硫酸陽極氧化、草酸陽極氧化和鉻酸陽極氧化,每種方法都有不同的工藝參數(shù)、不同的特點(diǎn)以及優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì),一般情況下,陽極氧化就是指的硫酸陽極氧化方法。
1、硫酸陽極氧化
硫酸陽極氧化的主要工藝參數(shù)(直流電)
工藝項(xiàng)目 |
指標(biāo)范圍 |
說明 |
氧化電壓 |
12-18V |
當(dāng)電壓降低時(shí),膜層厚度與硬度會(huì)降低。 |
電流密度 |
1-1.6A/dm3 |
電流密度過高時(shí),型材表面附著力會(huì)下降,耐腐蝕性與耐磨性都下降,導(dǎo)致封孔效果不佳。 |
槽液溫度 |
18-22℃ |
當(dāng)槽液的溫度上升時(shí),膜厚與硬度降低,表面附著力上升。 |
硫酸濃度 |
15-200g/L |
當(dāng)硫酸濃度降低時(shí),型材表面的附著力下降,而膜厚與硬度會(huì)上升。 |
鋁離子濃度 |
<20g/L |
當(dāng)鋁離子濃度偏高時(shí),氧化膜的吸附能力下降,工業(yè)鋁型材表面出現(xiàn)白斑。 |
氧化時(shí)間 |
20-30min |
當(dāng)氧化時(shí)間減小時(shí),耐腐蝕性與吸附能力下降,硬度會(huì)上升。 |
2、草酸陽極氧化
草酸陽極氧化的主要工藝參數(shù)(以英美法為準(zhǔn))
工藝項(xiàng)目 |
指標(biāo)范圍 |
說明 |
氧化電壓 |
50-65V |
草酸陽極氧化可采用直流電、交流電或直流與交流電疊加,不過直流電容易出現(xiàn)膜層孔蝕,交流電的膜層抗腐蝕性較高,但著色效果不佳,不同的合金材料的工業(yè)鋁型材采用草酸陽極氧化所獲得膜層的厚度和顏色不同。 |
電流密度 |
DC1-1.5A/dm3 |
|
槽液溫度 |
30℃ |
|
草酸濃度 |
5-10% |
|
氧化時(shí)間 |
10-30min |
|
膜厚 |
15μm |
3、鉻酸陽極氧化
鉻酸陽極氧化的主要工藝參數(shù)(直流電)
尺寸偏差小的拋光零件 |
一般零件或焊接件 |
說明 |
||
工藝項(xiàng)目 |
指標(biāo)范圍 |
工藝項(xiàng)目 |
指標(biāo)范圍 |
用3-10%濃度的鉻酸陽極氧化方法,獲得的氧化膜只有2-5μm,比前二種方法都要薄,可保持原有材料的抗拉強(qiáng)度,不過耐磨性較差,不易染色,一般適合于對(duì)尺寸偏差小的加工零件、鈑金件,以及用硫酸難以加工的高難度鑄件,對(duì)于含銅量大于4%的工業(yè)鋁型材產(chǎn)品不適合用鉻酸陽極氧化處理方法。 |
鉻酸酐CrO?濃度 |
0-35g/L |
鉻酸酐CrO?濃度 |
95-100g/L |
|
氧化電壓 |
0-40V |
氧化電壓 |
0-40V |
|
電流密度 |
0.2-0.6A/dm3 |
電流密度 |
0.3-0.5A/dm3 |
|
槽液溫度 |
40±2℃ |
槽液溫度 |
37±2℃ |
|
氧化時(shí)間 |
60min |
氧化時(shí)間 |
35min |
|
陰極材料 |
鉛板或石墨 |
陰極材料 |
鉛板或石墨 |
|
pH值 |
0.65-0.8 |
pH值 |
<0.8 |
|
陰陽極面積比 |
3:1 |
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