鋁合金陽極氧化重點工藝介紹
專欄:行業資訊
發布日期:2016-12-23
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作者:佚名
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鋁合金陽極氧化重點工藝介紹鋁合金陽極氧化普遍工藝簡介前處理:脫脂(酸性脫脂,中性脫脂,堿性脫脂)堿蝕(氫氧化鈉,硝酸鈉)化學拋光(兩酸,三酸)中和除漬(硝酸,添加劑)藥水管控方法:由于不同廠商提供的前處理藥水成分有一定差異,按藥水廠商提供的分析方法定期分析補加。后處理:陽極氧化(硫酸)著色(有機染料染色,無機鹽電解著色)封孔(常溫,中溫,高溫)重點工藝介紹一、陽極氧化陽極氧化通..........

鋁合金陽極氧化重點工藝介紹

 

鋁合金陽極氧化普遍工藝簡介

前處理:

脫脂(酸性脫脂,中性脫脂,堿性脫脂)

堿蝕(氫氧化鈉,硝酸鈉)

化學拋光(兩酸,三酸)

中和除漬(硝酸,添加劑)

藥水管控方法:

由于不同廠商提供的前處理藥水成分有一定差異,按藥水廠商提供的分析方法定期分析補加。

后處理:

陽極氧化(硫酸)

著色(有機染料染色,無機鹽電解著色)

封孔(常溫,中溫,高溫)

重點工藝介紹

一、陽極氧化

陽極氧化通常以硫酸、草酸、鉻酸、硼酸、有機酸等作為電解液。硬質鋁氧化有時需要采用高速電解法或特殊的電流波形,但是如果后續工藝中需要染色處理時,一般使用硫酸電解液。

硫酸電解法的原理
如(圖-1)所示,陽極氧化是指在硫酸電解液中,以鋁材為陽極進行水電解,陽極上生成的氧離子與鋁離子結合,形成氧化鋁的過程。

                                             

2、氧化皮膜的構造
如(圖-2)所示,氧化皮膜為多孔質皮膜(600 億個/cm2),其構造分為上下兩層。下面
較薄的一層結構致密,無孔,可導電,被稱為“阻擋層”。上面的一層是多孔膜,由很多垂直生長的單元體構成,每一個單元體呈六角柱狀中空結構,按一定的規則排列。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3、阻擋層的生長在氧化膜剛開始生長時,其生長速度與電解電壓呈一定的比例,大約為 10~15?/V。隨著膜厚的增加,阻擋層表面會受到電解液的腐蝕,發生輕微溶解。當氧化皮膜的厚度達到限界值(0.02 μm 左右)時,電流會集中在被腐蝕過的凹陷部位,在電化學作用下發生局部溶解。這種局部溶解作用會促進氧化膜繼續向鋁材內部擴張。同時電流集中在凹陷部位,加速了該部位的溶解。在生長與溶解的反復進行中形成了阻擋層。此外,由于電流在一定范圍內集中在某一部位,所以決定了被溶解部位的間距具有規則性。隨著氧化膜不斷向內部延伸,凹陷部位的溶解反應不斷進行,最終形成通電孔,構成氧化皮膜的基本構造。

4、多孔皮膜的生長阻擋層在生長和溶解的交替過程中,向內層擴展最終形成了氧化皮膜的整體結構。阻擋層的上層結構是排列規則的具有六角形柱狀構造的多孔皮膜。如(表-1)所示,多孔皮膜是由很多六角形柱狀單元體構成的,單元體的外徑為0.03~0.05μm,中間為孔狀結構,孔徑為0.01~0.02μm。由于阻擋層的厚度只有0.01~0.02μm 左右,因此我們可以把陽極氧化皮膜簡單地認為是上層的多孔皮膜。

照片-1為硫酸高速氧化形成的皮膜斷面,可以清晰地看到單元體和通電孔。

(表-1)電流密度對硫酸皮膜大小的影響

 

照片-1硫酸高速鋁氧化皮膜晶粒構造剖面圖

 

二、陽極氧化膜染色

1、染料的染色機理
磺酸基[D (-SO3Na)-]作為染料的組成成分本身帶有負電荷,氧化膜〈Al(H2O) 4(OH) 2+ ·AlOn+ >帶有正電荷,在靜電吸附作用下,染料分子被吸引到導電孔內。但是由于電化學吸附力很弱,進入孔內的染料蓄積厚度僅及氧化膜厚的 1/21/3。進入孔內的染料分子會通過離子結合和酸析現象固定在孔內。

如圖-3所示,氧化膜自身電位對染色性非常重要。氧化膜所帶的正電荷和染料所帶的負電荷在靜電作用下相互吸引,通過離子結合和酸析現象等附著在氧化膜上。
氧化膜內部酸性越強,所帶的正電荷就越多,但是如果皮膜表面有殘酸,會出現不上色的情況,因此在染色前必須充分水洗。相反如果水洗時間過長,氧化膜所帶電荷會被中和,同樣會出現染色性惡化的問題。

-3皮膜電位-染料吸附等的模式圖

2、老化現象
除了不純物的蓄積,染料分解的副產物和鹽類的過剩蓄積也是造成染色浴老化的原因。
隨著染色浴的老化,槽液的粘度會逐漸增加,會產生染色性下降以及浮色等不良現象,因此有必要進行定期更新。
另外需要注意的是,染料分解生成的副產物增多時,染色處理品的耐紫外線性以及耐熱性會下降。當染色浴老化到一定程度以后,頻繁的補加染料并不能恢復染色性能,只會造成染料的浪費,獲得的色調也不穩定。部分更新之后槽液中仍然殘留各種老化因子,會縮短槽

溶解鋁對 ODM BLACK (BK927)染色性的影響

 

硫酸根對 ODM BLACK (BK927)染色性的影響

 

三、封孔處理

1、封孔機理和種類

封孔也稱水合處理,是將多孔質槽狀構造的皮膜導電孔封閉的處理方法。(表-2)所示為代表性的封孔方法,其中蒸氣封孔·沸水封孔·醋酸鎳封孔·鉻酸封孔等方法的機理都是水合反應。從染色到封孔的模式如(圖-4)所示。

高溫封孔是將具有很高化學活性的非晶質氧化膜變成化學鈍態的結晶質氧化膜的過程。

 

這種大晶體的水化氧化鋁是穩定而不可逆的,在腐蝕環境中勃姆石比三羥鋁石穩定,所以高溫封孔水溫一定要達到85℃以上才好。被水化的結晶氧化膜體積膨脹,將膜孔堵塞。
加有金屬鹽的高溫封孔除水化反應外,還有金屬鹽的水解作用。例如加鎳、鉆鹽者有金屬氫氧化物;加重鉻酸鹽者則有[A1(OOH)Cr04][A1(OH)Cr2O7]

 

-2代表性的封孔方法

從染色到封孔的模式圖

 

 

 

 

 

2、醋酸鎳系封孔 ODM SEAL EX

醋酸鎳封孔雖然也是以水合反應為主,但是氫氧化鎳在孔內的填充抑制了染料的溶出,使封孔皮膜獲得了良好的耐蝕性,因此被廣泛使用。(圖-5)所示為醋酸鎳系封孔的概念圖,(圖-6)表示的是鎳的吸附量。

-5醋酸鎳系封孔的概念圖

 

 

-6鎳的吸附量

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