铝合金阳极氧化与表面处理技术

铝合金阳极氧化与表面处理技术

第一章引论

1.铝及铝合金的性能特点

密度低；塑性好；易强化；导电好；耐腐蚀；易回收；可焊接；易表面处理2.简述铝合金的腐蚀性及其腐蚀形态

1）腐蚀性：（1）酸性腐蚀：铝在不同的酸中有不同腐蚀行为，一般在氧化性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐

蚀”现象。局部腐蚀；（2）碱性腐蚀：铝在碱性溶液中的腐蚀，

碱能与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应生

成偏铝酸钠和氢气。全面腐蚀；（3）中性腐蚀：在中性盐溶液中，

铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或者阳离子的作用发生腐

蚀。点腐蚀。

2）腐蚀形态：点腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀和层状腐蚀等

点腐蚀：最常见的腐蚀形态，程度与介质和合金有关

电偶腐蚀：接触腐蚀，异（双）金属腐蚀，在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较正的

金属受到保护的腐蚀现象。

缝隙腐蚀：两个表面接触存在缝隙，该处充气溶解氧形成氧浓差原电池，使缝隙内产生腐蚀。

晶间腐蚀：与热处理不当有关，合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极，而构成腐蚀电池。

丝状腐蚀：丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜的下面。丝状腐蚀与合

金成分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有适度、温度、氯

化物；

层状腐蚀：剥层腐蚀，也叫剥蚀。

3.铝合金表面处理技术包括哪几个方面？

表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）（2）化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）（3）电化学处理（阳极氧化或电镀等）（4）物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其物理表面技术改性）等。

搪瓷珐琅：将无机物的混合物熔融成不同熔点玻璃态物质。

4.铝合金阳极氧化膜的特性有哪些？

有：耐蚀性；硬度和耐磨性；装饰性；有机涂层和电镀层附着性；电绝缘性；

透明性；功能性

第二章铝的表面机械预处理

1.预处理的目的：（1）提高良好的表观条件和表面精饰质量。（2）提高产品品

级。（3）减少焊接的影响。（4）产生装饰效果。（5）获得干净表面。

2.磨光操作要求

（1）磨料种类和粒度的选择：根据工件材料的软硬程度、表面状况和质量要求等选用；表面越硬或越粗糙则用较硬及较粗的磨料。

（2）磨光应分多步操作，工件压向磨轮的压力要适度。

（3）新磨轮在黏结磨料前应预先刮削使之平衡后才能粘结磨料。

（4）定期更换新磨料。

（5）根据不同的需要选择合金材料。

（6）选择适当的磨轮转速，一般控制在10~14m/s。

（7）磨光效果取决于磨料、磨轮的刚性和轮子的旋转速度、工件与磨轮的接触压力等因素，以及实践经验和熟练技巧等。

3.磨光和抛光的概念

磨光：将布轮黏结磨料后的操作。目的：去除工件表面的毛刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、气孔等表观缺陷。；

抛光：将抛光膏抹于软布轮或毡轮后的操作

4.常见的问题和解决办法：

常见问题：“烧焦”印。

原因：（1）磨光轮、磨料和抛光剂的选择不当；（2）抛光用力不当；（3）磨触时间过长；（4）磨触过热。

措施：（1）在稀碱溶液中进行轻微的碱蚀；（2）用温和的酸浸蚀：如铬酸-硫酸溶液，或者质量分数为10%的硫酸溶液加温后使用；（3）

3wt%Na2CO3和2wt%Na3PO4，溶液在40~50℃温度下处理，时间为

5min，严重的可延长至10~15min

经上述处理清洗并干燥后，应立即用精抛轮或镜面抛光轮重新抛光。

预防：采用适当的磨光轮、抛光轮；采用适当的抛光剂；工件与抛轮的磨触时间要适当掌握。

第三章铝的化学预处理

1.铝材的脱脂方法有哪些？工艺原理分别是什么？

1）脱脂方法：酸性脱脂、碱性脱脂和有机溶剂脱脂。目的：清除铝表面的油脂和灰尘等污染物，使后道碱洗比较均匀，提高阳极氧化膜的质量2）（1）酸性脱脂的作用机理：在以H2SO4、H3PO4和HNO3为基的酸性脱脂溶液中，油脂发生水解反应，生产甘油和相应的高级脂肪酸，达到脱脂的目的。（2）碱性脱脂的作用机理：碱与油脂发生皂化反应，生成可溶性的肥皂，用皂化反应消除油脂与铝材表面的结合，达到脱脂的目的。（3）有机溶剂脱脂的作用机理：利用油脂易溶于有机溶剂的特性进行，既能溶解皂化油，也能溶解非皂化油，具有很强的脱脂能力，且速度快，对铝无腐蚀性，达到脱脂的目的。

2.碱洗的目的、存在哪些缺陷？相应的对策应如何？

1）目的：去除表面的赃物，彻底去除铝表面的自然氧化膜，显露出纯净的

金属基体，为后续的表面处理主工序做好准备。

2）碱洗的三大缺陷：外观粗糙、斑点、流痕。

3）（1）外观粗糙：是碱洗法生产砂面铝材时常见问题，常是由原始铝材存在组织缺陷（粗晶或金属间化合物沉淀粒子大）引起；提高原始铝材的内在组织质量才能从源头上解决问题。

原因：A：挤压用的铝棒原始晶粒尺寸大。B：铝棒加热温度偏高或挤压速度太快。C：采用的挤压机吨位偏小。D：挤压后淬火不

足。E：碱洗速度太快。

对策：选用晶粒度复合国家标准的挤压铝棒；控制好挤压制品的出口温度；加强挤压后的淬火；合理控制碱洗速度等。

（2）斑点：是铝材表面处理的致命缺陷：中断后续工序或报废回炉处理。

原因：

A：熔炼铸棒时加入回收铝的比例太高。Al2O3熔点高达2050℃，熔炼时不熔化，仅是破碎；碱洗过程中的浸蚀导致雪花状腐蚀斑点。对策：控制阳极氧化膜的回收铝的比例，应小于10%；熔体的精炼除渣，铸造前熔体静止约25min和熔体过滤等。

B：水中氯离子含量高。当铝材的材质品质较差，而所用水的氯离子含量

也较高时，碱洗或碱洗前后水洗都会显露出腐蚀斑点。对策：改善

原始铝材的材质；采用复合国家标准的自来水；改用硝酸或硝酸加硫酸

除灰；在水槽镍加入1~5g/L HNO3也可有效抑制氯离子的腐蚀影响。

C：大气腐蚀。铝材在沿海大气环境中放置约3天、腐蚀性气氛熔炼炉旁、

阴雨天气等其表面常有腐蚀斑痕或斑点形成。对策：缩短原始铝材

转入阳极氧化的周期时间；带阳极氧化的原始铝材放置在环境干燥、空

气良好的位置；对长时间放置或阴雨天，可对原始铝材进行适当的遮盖

处理等。

D：挤压“热斑”。铝材与出料台的导热良好的石墨辊相接触，因局部冷速

不同，导致铝材内有析出相（Mg2Si相，温度范围400~250℃）形成，呈

现间隔状斑点。对策：控制挤压出料台的运行速度（应大于铝的挤

出速度）；采用导热效果差的其他耐热材料替代石墨辊；借枪风冷淬火力

度；快速将挤压出口铝材降至250℃以下。

（3）流痕：碱洗工艺条件和操作不当造成碱洗流痕缺陷（碱洗速度太快和转移速度太慢）。对策：A：加快转移。B：降低碱洗槽液温度。C：降

低槽液中的NaOH浓度。D：铝材装料过密，应适当减少。

3.除灰的目的是什么？铝合金表面除灰有哪几种方法？

目的：去除表面挂灰，防止后道阳极氧化槽液的污染，提高氧化膜质量。

方法：硝酸除灰，硫酸除灰，

4.氟化物砂面处理的缺陷和对策是什么？

氟化物砂面处理是利用氟离子使铝材表面产生高度均匀、高密度点腐蚀的一