铝合金阳极氧化膜的封闭及常见问题

铝合金阳极氧化膜的封闭及常见问题

1.前言

阳极氧化作为铝及铝合金表面应用最为广泛的一种处理技术，可以显著地改善铝及其合金的耐蚀性能，提高铝及其合金表面硬度和耐磨性．封闭是阳极氧化的一种后处理方法，是提高阳极氧化膜腐蚀性的必需工艺，同时它还可以防止染料褪色，提高染色膜的耐光性。本文简要介绍了常用封闭方法及封闭中常见问题。

2．封闭工艺分类

阳极氧化的封闭工艺常按不同方式分类：根据封闭液的成分，封闭温度以及封闭机理。

（1）按成分分类

按封闭液组成，有传统的封闭工艺，包括热水（沸水）封闭，蒸汽封闭，重铬酸钠或钾盐封闭，硅酸盐封闭，醋酸盐封闭及氟化镍封闭。新的封闭工艺有：醋酸钴封闭，三价铬盐（硫酸铬或醋酸铬），醋酸铈封闭，醋酸锆封闭，三乙醇胺基封闭，锂或镁盐封闭，高锰酸钾封闭，聚合物封闭，氧化型缓蚀剂封闭（钼酸盐，钒酸盐，钨酸盐，过硼酸盐等）

（2）按操作温度分类

根据操作温度封闭一般分四类：高温封闭，中温封闭,低温封闭，常温封闭。蒸汽封闭，热水封闭和重铬酸盐封闭均在高温范围进行，其它的大多在中温范围，如硅酸盐封闭，二价或三价醋酸盐，三乙醇胺基封闭，氧化型缓蚀剂封闭。采用特殊配方，一些以金属的醋酸盐为基楚的封闭剂可以在低温下进行。由于节能及可以减少封闭灰，常温封闭正日益得到普及。最典型的为氟化镍盐封闭，通常在30度左右进行。

（3）按机理分类

按封闭机理可分为：热封闭，物理或化学浸渍，电化学封闭，缓蚀型封闭。

热封闭是在高于80度下将氧化铝转化成波姆铝。蒸汽封闭，热水封闭以及在中温下进行的金属醋酸盐型封闭都属此类。

重铬酸盐，硅酸盐，氟化镍冷封，聚合物封闭及其它有机封闭都属于化学或物理浸渍，阳极氧化膜的微孔通常被这些封闭成分填塞。

在电化学封闭过程中，有机成分通过电化学反应沉积到微孔中，或在电场作用下，缓蚀性的阴离子迁移到微孔中。电泳封闭是这类的一个典型例子。

缓蚀性封闭是指缓蚀剂通过热运动或扩散吸附到阳极氧化膜的微孔中，许多有机缓蚀剂和无机钝化剂可以帮助提高对外部环境的耐蚀性。

3.常用封闭方法

商业上应用的封闭剂一般由多种成分组成，它们起不同的作用，并且对封闭过程及耐蚀能力有协同作用。在封闭过程中膜孔内同时发生不同的反应。对复配的封闭剂来说，封闭机理是相当复杂的。因此对商业上应用的复配封闭剂来说，从机理上很难明确地进行分类。下面重点介绍工业上目前应用最广的2种封闭方法。

3.1醋酸镍封闭

醋酸镍盐封闭是为克服热水封闭的一些限制而发展起来的。镍醋酸封闭在北美尤其受到欢迎, 这是由于它的高质量。盐雾试验和酸溶解测试显示醋酸镍盐封闭可提供优良的耐腐性。锻铝阳极氧化后用醋酸镍盐封闭至少可通过 2000 小时盐雾测试在酸溶解试验中失重小于 10毫克/平方分米。醋酸镍盐封闭还能防止染料褪

色，并通过与染料形成共价键提高耐光性。醋酸镍盐封闭对水中杂质的容忍度胜于热水封闭。同时,醋酸镍盐封闭的温度仅为 80-90 °，这是由于它的封闭的效率比热水封闭(大于95 °C)的封闭速度高很多。当然醋酸镍盐封闭也有一些缺陷。当添加剂失去平衡，pH太高, 和/ 或封闭时间太长时在膜的表面有时会形成白垩或白色的粉状污渍。在pH值太低和/ 或氯化物含量太高及对含铜高的铝合金，醋酸镍盐封闭后可能产生点蚀（针孔）。由于勃姆铝的有效形成，醋酸镍盐封闭工艺会降低阳极膜的耐磨性。

表1,表2为珠海奥美伦公司生产的醋酸镍盐型封闭剂SF-558的使用工艺及性能指标。

表1. SF-558使用工艺

表2 SF-558的主要性能

图1-4为不同工艺条件对失重的影响

3.2常温氟化镍封闭

出于节能，操作简单，及消除热封中常见的干燥印迹，在开发常温封闭方面人们做了大量工作，其中一个成功的工艺就是氟化镍盐封闭。它已成功商业化二十多年。通常氟化镍封闭是在大约30 °C进行的. 加入一些特殊添加剂, 促进在阳极氧化膜毛孔里面的沉积。典型的冷封闭工艺列于表 4.

如上面提到的, 勃姆铝只有在80°以上才能形成. 因此在冷封闭中更多的是形成氢氧化铝。如果在封闭的表面存在大量氢氧化铝，就会在表面观察到灰。此外,在冷封闭过程中有时还会出现绿色或彩虹色的颜色, 以及白色和微黄色的封闭灰

4．封闭工艺的选择

没有一种封闭工艺是适合所有要求的。每种封闭工艺都有自已的优点和缺点，用于特定的条件。选择合适的封闭工艺涉及到许多参数，包括具体的应用，生产成本，设备，质量控制，环境问题等。

醋酸镍封闭在提高耐蚀性及减少封闭灰方面要优于传统的热水封闭。共沉积到氧化膜中的镍离子还具有防止吸附到微孔中的染料析出的功能。为应对EPA对镍

的相关环保法规，在封闭配方中使用三价醋酸铬盐来取代醋酸镍。尽管轻金属的醋酸盐已成功取代醋酸镍用于无色氧化膜的封闭，然而轻金属离子不能阻止吸附到氧化膜微孔的有机染料褪色。热封闭一般不推荐用于硬质氧化，如果采用热水封闭硬质氧化膜，建议一般不要超过30分钟，以满足耐磨的最低要求。从30分钟延长到120分钟，并不能提高耐蚀性能及电绝缘强度，反而会降低硬质氧化膜的耐磨性。热水封闭对提高阳极膜层的绝缘强调非常适合，换句话说，热水封闭非常适合那些优先考虑耐蚀性和绝缘性的场合，如涂装，粘结等用途。

5.封闭工艺常见问题及应对措施

和其它生产工艺一样，封闭也存在一些问题。典型的问题包括：不正确的封闭，封闭不足，过封闭，起灰，裂纹及耐磨性降低。

不正确的封闭意味着对特定的用途选择了不适当的封闭工艺。每种封闭工艺都有自已特有的功能，应根据具体应用的所有要求如耐蚀性，耐磨性，染料褪色性，绝缘强度，疲劳强度，涂料附着力等等，选择正确的封闭工艺。否则，封闭的阳极膜层就不能达到预期的目标。

当采用错误的封闭参数，封闭工艺失控，或封闭溶液失调，就会发生封闭不足或过封闭。封闭不足导致耐蚀性差，绝缘性低，过封闭导致起灰，裂纹，以及耐磨性及抗疲劳性降低。

封闭灰是封闭过程，通常是热封闭中最常见的问题。在阳极氧化市场已有许多商品化的抑灰剂。抑灰剂可以抑制表面波姆铝的形成而不影响微孔内的封闭过程。如果使用得当，很多化合物都可以作为抑灰剂。典型的有：羟基羧酸，木质素磺酸钠，环烷或芳基聚羧酸，萘酚磺酸，聚丙烯酸，膦酸酯，酚磺酸，膦羧酸，亚膦基羧酸，膦酸，三嗪衍生物等。