铝型材氧化

铝型材加工氧化工艺流程及工艺设计第一章：铝业简史与介绍一、铝是自然界分布最广的六大金属之一，占地壳总重量的7.56%，比铁的含量约多2/3，我国铝资源丰富，已查明贮量达10亿吨，但我国制铝业还是不够先进，人平铝占有量居世界倒数几位，我国现在已把铝业作为重点发展项目，正有一批铝业基地在抓紧建设，进一步进入铝业高速发展时期。

二、铝的化学性质与物理性质铝为银白色而具有光泽的金属，其比重很小，约为2.7左右，熔点660℃，有相当高的导电性、导热性、延展性和反射性，在干燥的空气中不生锈。

如果在铝中加入其他的合金元素，经处理后可以取得更高的机械强度，并且取得更有价值的性质。

纯铝是相当软的金属，为了多方面的应用，必须于其中加入不同种类的合金元素，以取得各种要求的性质，但最主要的目的是为提高强度和硬度，所以铝合金的发展日益重要。

铝的化学性质活泼，既能溶于酸，也能溶于碱，是典型的两性金属。

它长时间暴露在外面，会形成一层极密的氧化物薄膜，具有一定的保护作用。

就是因为它的化学性质很活泼，所以我们才利用这一性质，对它进行一系列的加工，使它的价值更大。

第二章、概述整个铝型材加工的系统流程不是单一性的，是一系列的工序，连接不断才有铝型材成品的出现，要经过以下工序：1.熔铸车间把运来的废铝、硅、镁等物质提入大炉，进行浓熔后，拨出各个系列不同的铝棒。

2.在把不同规格的铝棒进行切割（按照技术要求），通过挤压机挤出型材。

3.把挤出的成材运进时效炉进行人工时效，目的是为了增加强度。

4.然后进入氧化系统进行化学表面处理。

第三章、氧化工艺流程第一节：铝型材表面预处理的概述无论用何种方法加工的铝制品，表面都不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物、残留油污、手印、轻微的划擦伤等，因此，在氧化处理前，用化学和物理的方法对制品表现进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求具有最佳耐蚀、耐磨、耐候等等良好性能的人工膜，为此目的所进行的表面处理过程叫表面预处理。

其一般工艺是：脱脂→水洗→碱蚀洗→一次水洗→二次水洗→中和→水洗第二节铝型材的脱脂工艺流程脱脂也叫除油，其目的是为除去制品表面的工艺润滑油、防锈油和与油粘合在一起的污物，以保障碱蚀时表面能均匀腐蚀，保持碱蚀槽的清洗洁，提高铝制品的质量，油脂按化学性质可分为皂化油和非皂化油两类。

所有的动物、植物油均属皂化油，它们都能与苛性碱反应生成肥皂而脱离金属表面，反应如下：C3H5（C17H35COO）3+3NaOH→3C17H35COONa+C3H5(OH)3(碱脂酸脂) （苛性钠）（肥皂）（甘油）第三节铝型材的酸蚀工艺流程酸蚀过程是指工作物件经过除油清洁后必须进行的酸腐蚀处理，其目的是要将零件工作物表面的金属氧化物（自然氧化膜、夹杂物）除去，以便露出基体金属表面。

腐蚀之后，应立即用温水洗涤，水温不允许超过50℃，否则工作物会产生流痕。

然后再用流动清水仔细清洗，经腐蚀后的工作物表面常略暗，这是因为含铜量较高的铝合金表面有铜氧化物的存在，形成黑色的挂灰。

为了使工作物表面光亮，通常再在硝酸溶液中进行光泽处理（用含300～400g /L HNO3溶液室温下浸泡3～5分钟，去掉腐蚀产物）。

第四节、铝型材的碱蚀工艺流程碱蚀是建筑铝材氧化之前最重要的工序，碱蚀的目的是：除去脱脂后残存的自然氧化膜；碱性或酸性脱脂溶解基体的残留物；深入基体表面层油脂等污物；除去型材表面的变质层；消除挤压留下的模具痕、划伤及其他表面缺陷；调整和整平基体表面使其均匀一致。

所以碱蚀工序对获得优质氧化膜具有决定意义，直接影响铝型材成品外观质量。

碱蚀采用强碱性的热溶液，与铝表面发生如下反应：Al2O3+2NaOH →2NaAlO2+H2O ①2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO2+3H2 ↑②反应①溶解残存的自然氧化膜，反应②是碱与铝基反应，其反应速度显著地受碱浓度和温度的影响，存于干槽中的铝以偏铝酸钠形式存在，当Al3+积累达35g/l以上时，碱蚀液就开始混浊，即偏铝酸钠发生③式的水解反应：2NaAlO2+4H2O →2Al（OH）3↓+2NaOH ③2NaAlO2+4H2O →Al2O3+3H2O反应③先生成Al（OH）3,又是激发偏铝酸钠水解的活性中心,此反应是不可逆的。

Al（OH）3进而脱水变成Al2O3硬水铝石，集结于槽底、槽壁和加热管上逐变成岩石般坚硬的厚垢层，使槽体有效体积缩小，加热管导热能力显著降低，溶液粘度增大，对铝溶解力降低。

大约每使用两个月左右就要停产清槽，不但影响生产、费时费工，而且导致槽体破损，直接和间接造成的经济损失相当严重。

碱蚀工艺的影响因素有：①氢氧化钠②碱蚀剂③温度④碱蚀时间第五节、铝型材的中和工艺流程中和是指经碱蚀后的铝制品表面附着一层碱液和“灰”。

“灰”是不溶于碱性溶液的铜、锰、铁、硅等合金元素或杂质，所以在氧化之前必须除去这层“灰”，使之露出基体表面，同时中和铝表面的碱液。

对于一般工业纯铝和铝合金，采用30～50%体积比的硝酸溶液。

对于高硅铝合金，铸造成合金，采用硝酸和氢氟1：3体积比的混合酸。

硅与氢与氢氟酸作用生成氟硅酸而离开铝表面。

对于建筑用铝型材，因含硅、镁量很少，而且不含铜、锰、铁等金属。

所以经碱蚀后几乎无“灰”，即无不溶性的金属残留物，过去型材生产线上常用30%的硝酸作为中和除污液，现在大都改用氧化槽的废硫酸，这一方面充分利用了废氧化酸，另一方面前后工序用同一种酸，防止了杂质带入氧化槽，这是一举两得的好办法。

值得普遍推广，若铝型材含杂质多，有“灰”，亦可用硫酸混合酸。

第六节、铝型材的氧化工艺流程阳极氧化是铝及其合金的表面处理方法之一，可以制得高品质的防护装饰和功能性膜。

众所周知，铝的阳极氧化膜具有较高的硬度、耐蚀性和耐磨性，为了提高氧化膜性能，往往需要得到厚而致密的氧化膜。

低温电解液和向的氧化电流密度下可以生成致密而硬度很高的氧化膜。

硬度阳极氧化就是如此。

第七节、铝型材的封孔工艺流程将阳极氧化生成的铝氧化膜孔隙加以闭塞，使之丧失吸附能力，从而提高膜厚防污染，抗腐蚀等性能的处理过程通常称为封孔处理。

封也处理按作用的原理有以下两种类型：情性物质封孔或是用能生成膜的液态物质，钝化剂封孔，这是采用钝化。

例如表所示：水合封孔工艺条件封孔方法按JISH9500规定最佳工艺加压蒸汽压力：[（3～6）±0.5]×9.8×104Pa [(4～5) ±0.5]×9.8×104Pa时间：＞10min 20～30min沸纯水温度：＞95℃＞95℃PH：＞5.5(5～9) 6±0.5时间：＞10min 20～30min第八节、铝型材的水洗过程各道工序间的流动水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，防止造成型材的效果和品质。

第四章、氧化工艺流程示意简图↓↓↑ ↑硫酸法直流阳极氧化是最广泛使用的铝的阳极氧化方法。

它的阳极氧化膜无色透明，可以接受各种别的处理。

封孔性能较好，可以作耐蚀防护层。

成本较低，操作方便，可以得到较厚的氧化膜，满足各种样的性能要求。

硫酸阳极氧化常用10-20%H 2SO 4为电解液，工作温度15-20℃，电流密度为1-2.5A/dm 2,电解时间视膜厚要求而定，一般在20-60min 。

电源以直流电最普遍，外加电压视电解液的电导性，温度和铝含量而异，一般是15-20V ，工艺参数对于膜的性能有明显影响，如表：注： ↑= 增加 ↓= 降低 →= 通过最大值第六章、提高铝型材阳极氧化质量和生产效率的途径铝型材阳极氧化仍是我国当前占主导地位的铝材表面处理方法，尽管近年来国外在铝型材静电粉末喷涂方面发展极快，在欧洲已占据建筑铝型材表面处理市场的一半，对于阳极氧化构成了严重挑战。

这是由于多彩对于建筑业、装饰业及其设计师的巨大吸引力。

但是，由于有机聚合物的耐紫处线辅照性能毕竟不如铝的阳极氧化膜，作为永久性建筑的装饰，其户外的经久耐用性尚需进一步考察，而且也还在继续深入研制和开发之中。

当前的近切需要应是降低消耗，提高质量，加强管理和增进效率，以获得最大的经济效益。

这是我国铝型材阳极氧化生产的当务之急。

如何评价阳极氧化生产的开工效率？首先，应该科学核算和明确提出本生产线在“最佳”和“理想”生产状态下的指标：水、电和气（汽）的消耗；铝损耗值；各种化学药品（包括添加剂）的消耗量；人员配置和成品率等等。

从而可以比较出本厂当前真实情况与“理想”状态的差距，逐渐达到低成本，高质量和高效率。

“理想”状态下不应该有挞工料，成品返工是高效益之大忌，由于不合格而返工的阳极氧化成本是正常不返工的3倍，而且返工料的表面很难令人满意。

膜的质量和外观是返工的原因，在正常生产条件下，为什么会出现质量问题呢？这恐怕应该是从生产工艺中各道工艺去考察和核查，要了解上一道工序的误操作对于下一道工序的有害影响，以及对最终产品表面处理质量的影响。

如有可能，应该对照和比较操作参数，损（消）耗量和质量水平三者之间的关系。

A 上料（排）上料杆（也称挂料或导电杆）有双重作用，一是固定作用，二是导电作用。

由于铝阳极氧化的上料杆是铝基6063（LD31）铝合金制成，它们和铝型材同时受到腐蚀，因而逐渐变细即截面积逐渐变小。

生产上如不及时更换已变细的上料杆，会影响固定和导电作用，轻者由于上料杆太细造成通过电流时发热而浪费电能，也可能因上料杆棱角腐蚀导致电接触不良，重者造成型材脱落，损坏槽子中管道等附属装置，甚至发生短路而损坏电源。

再者脱落在槽内的铝型材，如不从槽中捞出，则增加化学药品消耗或降低槽液很快腐蚀，则相当于正常碱洗50-100根型材的碱耗量。

而在封孔槽中，则由于腐蚀作用很快积累大量铝离子而缩短槽液使用寿命。

B、脱脂和清洁脱脂可除去表面浊污和脏物，铝型材系无润滑挤压，表面没有重度油脂污染，因此国外多采用弱碱性脱脂剂，表面没有重度油脂污染，因此国外多采用弱碱性脱脂剂，也有酸“脱脂”的。

宜在脱脂前用有机溶剂手工擦拭，以轻碱洗负担，降低碱耗和铝损耗。

脱脂的重要性在于高质量碱洗的前提。

硫酸“脱脂”和用氧化废酸大降低成本，但从严格上讲，硫酸只能润湿整个表面，使氧化膜和脏物疏松，以利于在碱洗过程中更有效地脱脂，并均匀地去除氧化膜。

在采用脱脂剂时可以减少碱洗时间，获得比较有光泽的外观状态。

C碱洗碱洗可以得到均匀和消光的无氧化膜型材表面，使铝有令人满意的外观。

碱洗槽有两大类型。

现在常用的是加入所谓“长寿命”碱液添加剂，使碱洗槽中铝含量高时不会发生沉淀，同时得到无光的铝型材外观，另类碱洗槽不加添加剂，称为回收型碱洗系统，利用碱洗槽外的系统沉淀回收氢氧化铝而降低槽内铝含量，它的碱洗速度快，表面外观光泽较好，更适于生产返工料脱脂。