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鋁及鋁合金彩色導電氧化工藝介紹

發布時間:2011/03/02

        鋁及鋁合金經導電氧化工藝處理之后,所獲的氧化膜仍有優良的導電性能,這是其特有的性能,而且膜層的防護及裝飾性能也很好,純鋁表面的膜層色彩比鋅層彩虹色鈍化膜更雅致,具有較淺且均勻的細紋色彩,是很有應用前景和推廣價值的工藝。

  鋁及鋁合金導電氧化工藝操作簡便,無需專用設備,近年來有關導電氧化膜層易于吸附有機涂料,結合力良好的認識得到進一步的提高,因而用作涂裝(電泳、噴漆)基底的應用范圍也得到逐步擴大。

  預處理工藝中需要注意的具體細節

  鋁質材料在空氣中是極不穩定的,容易生成用肉眼也難以識別的氧化膜。由于鋁件加工工藝方法的不同,如鑄造成型,或是由延壓板材直接剪切而成,或是機械精細加工成型,或是經不同工藝成型后又經熱處理或焊接等,工件表面都會呈現不同狀態,不同程度的污物或痕跡,為此在前處理工序中必須根據工件表面的實際情況選擇前處理的工藝方法。

  (1)精細加工件在前處理工序中需要注意的問題:精細加工件雖然表面的自然氧化膜才初生成,較易清除,但油膩重,特別是孔眼內及其周圍(因機加工過程中潤滑需要而添加的),這類工件必須先經有機溶劑清洗,若直接用堿洗不但油膩重難以除凈,且精細加工面承受不了長時間的強堿腐蝕,結果還會影響到工件表面的粗糙程度和公差的配合,最終有可能成為廢品。

  (2)鑄造成型件在前處理工序中需要注意的問題。鑄造成型件并非所有表面都經過機械加工,未經機加工的表面留有澆鑄過程中形成的過厚氧化層,有的還夾有砂層,此時應先用機加工或噴砂方法先除去這一部位的原始氧化膜,或是經堿洗后再加工,只有這樣才能既除凈未加工部位的原始氧化層,又可避免機加工部位公差尺寸的改變。

  (3)經過熱處理或焊接工藝的工件在前處理工序中需要注意的問題:按工藝要求,工件轉入熱處理或焊接工序之前需經有機溶劑清洗,除凈表面油污,但目前一般做不到這一點,故工件表面形成一層油污燒結的焦化物,這層焦化物在有機溶劑中是難以除凈的,若浸泡在堿液中會引起局部腐蝕,產生麻點或造成凹凸不平,嚴重影響產品質量。筆者用濃硝酸浸泡的方法來泡軟這層焦化物,待焦化物松軟后再在堿液中稍加清洗即能徹底除凈。

  預處理的一些具體方法如下。

  ①有機溶劑除油。油污不太嚴重的可在溶劑中短時間浸泡;油污嚴重的應用棉紗蘸溶劑揩擦,或用鬃刷刷洗。操作中要注意安全,用后剩余溶劑要妥善保管好。

  ②晾干。無論采用何種有機溶劑的清洗方式,晾干工序決不可省略,否則將會失去清洗意義。

  ③綁扎。綁扎用的材料宜選用鋁絲,禁用銅絲和鍍鋅鐵絲,可用退去鋅層的鐵絲。

  稍大的單件綁扎要考慮綁扎位置,并盡可能綁在離零件邊沿最近的孔眼中,以減少對工件表面的影響。

  不同種工件不宜同綁于一串中,因不同成分(牌號)的鋁材氧化處理時間是有所區別的。

  注意所綁扎的工件懸空時的方向,要避免凹入部位因朝下而產生窩氣。

  堿洗到工件表面油污除凈為止。

  ④堿洗

  ⑤循環水沖洗。堿洗后的沖洗最好先用熱水沖洗,這樣有利于洗凈工件表面上的堿性物質。有盲孔、狹縫的工件要加強對該部位的沖洗,并甩凈其中的殘留溶液,并當即轉硝酸出光,以免遭受氧化。

  ⑥硝酸出光

  若處理雜鋁、鑄鋁還應在此配方的基礎上添加50mL/L氫氟酸,以加速除去堿洗時黏附在鋁件表面的不溶物。

  658.氧化成膜工序的技術要求

  (1)氧化。溶液配方及工作條件:

  經前處理后要立即轉入氧化工序,以防因工件在大氣中擱置過久而又生成自然氧化膜而影響氧化層的質量。再度浸泡在清水中雖優于暴露在大氣中,但也不宜浸泡過久,如果浸泡在3%的稀硝酸中一般浸泡l5~30min之內仍可繼續氧化,但若時間過久對膜層的生成也會有影響,尤其含有銅等雜質的舊硝酸。

  氧化過程中溶液的溫度是至關重要的工藝條件,溶液溫度過高,成膜速度加快,氧化膜容易出現粉化;溶液溫度過低,成膜速度緩慢,所生成的膜色調偏淡,附著力差。

  在同一型號鋁材為求得表面基本一致的色彩,應在同一溶液溫度下處理同樣時間。

  在一定的范圍內溫度與時間成反比,即溶液溫度越高,所需時間越短,反之所需時間越長。

  鋁材純度越高所需的氧化處理時間越長。氧化處理時間不足,生成的氧化膜過于淺淡;鋁材純度低,氧化時間縮短,否則氧化膜顯陳舊,甚至影響膜層的導電性能。

  為了獲得均勻的氧化膜色彩,小件氧化時可在溶液中多晃動,大件可采取攪拌溶液或靜處理(不攪拌溶液、不晃動工件),以防工件的邊緣部位與溶液的交換機會比工件的中心部位多而產生不均勻的氧化膜色彩。

  (2)循環水沖洗。對于有盲孔、狹縫的工件要加強對這些部位的沖洗,并甩凈里面的殘留溶液,以防氧化溶液流出來氧化面受破壞。

  (3)自檢。工件經循環水沖洗后宜即自檢質量,如發現有缺陷的可在堿液中退除,出光后重新氧化。若干燥后再退除、返修、則較難退除,且較易損傷基體。

  (4)干燥。干燥是維護質量的關鍵,氧化件需在干燥之前先甩去工件表面的游離水,然后在陽光下曝曬。也可在45~50℃條件下烘烤干燥,溫度不可過高,以免烤焦、老化、出現裂縫,外表色彩顯得陳舊。

  659.大面積件的氯化

  (1)整體處理。根據氧化件的外沿尺寸(適當放寬余量),用木條或磚塊圍成一個框,框內鋪上塑料布,形成一個凹形水池,其高度若處理板狀件的,則有100MM左右即可,操作時只要將工件在此池內上、下晃動,即可使其表面形成氧化膜。

  (2)分部位處理。分部位處理即工件在槽(池)內先后在不同部位依次快速變更或轉動,最后使整個工件表面與溶液多次接觸而逐漸形成并加厚氧化膜的操作方法。

  采用以上兩種方法,即可免于制作大型鍍槽、配制大量溶液,且減少長期少有使用而造成的浪費,還可免于占用車間內的生產面積。

  660.氧化膜色彩不均勻的三種可能原因

  (1)工件面積過大,操作時在槽內擺動過大,邊緣和中心部位與溶液的接觸、更新、交換有過大的差異,從而導致氧化膜色彩不一致。.

  預防方法:氧化時工件擺動的幅度要小,靜處理也可以,但當溶液溫度過低時容易出現地圖狀花斑,顯得不自然。

  (2)包鋁件加工時部分包鋁層遭到破壞,被切削掉,外層包鋁屬優質鋁,被包的內層是雜鋁,兩種鋁質差異較大,故氧化后出現“良癜風”似的斑點。這一現象客戶往往不會太理解,廠家要多做解釋工作,說明原委,以免引起誤解。

  (3)工藝操作方面問題

  ①工件堿蝕處理不徹底,局部處原始氧化膜、污物未能除盡;

  ②堿蝕后沒有當即進行出光處理,工件表面仍呈堿性;

  ③工件在傳遞過程中接觸過異物。

  當遇有膜層色彩不均勻時要從多方面去尋找原因,采取針對性措施予以解決。

  661.由堿蝕液中鋁離子積聚過高引起故障

  一位讀者來電詢問工件經堿蝕后難以獲得導電氧化膜的原因,經對導電氧化膜難以形成的諸多因素排除之后,考慮到堿蝕液中是否有過高鋁離子問題,對方說堿蝕液很稠。但堿蝕速度不快。當時筆者建議更換堿蝕液,因為堿蝕液使用時間過長之后會積聚過多的鋁離子,鋁離子在工件表面較難洗脫,從而影響鋁件表面與導電氧化溶液的接觸,從而影響到氧化膜的形成。另一建議是若當時無條件更換堿蝕溶液,可將堿蝕后的工件經熱水漂洗后立即在流動水中漂洗,然后再在含有氫氟酸的濃硝酸中出光,然后經充分漂洗后進行導電氧化處理。后該讀者來電話說堿蝕后用熱水洗燙效果很好。

  筆者經驗是,在熱水中洗燙后迅速離開熱水并當即浸入流水中,防止工件干化后因遭到氧化而影響到導電氧化膜的形成。

  662.氧化膜附著力差的四大原因可能原因:

  (1)氧化膜過厚(氧化時間過長);

  (2)氧化溶液濃度過大;

  (3)氧化溶液溫度過高;

  (4)氧化膜未經老化處理。

  操作者可根據上述對氧化膜附著力有影響的四點因素進行調整。

  663.氧化件的孔眼及其周圍較難形成氧化膜主要有如下兩種原因。

  (1)工件堿洗后沖洗不徹底。堿洗時進入孔眼內的堿液如未能沖洗干凈,氧化處理后堿液會從孔眼中流出來,致使孔眼周圍的氧化膜遭到腐蝕。

  (2)工件的孔眼周圍有黃油。鋁材攻螺孔時很澀,操作者常以涂黃油來潤滑,堿洗時如果堿液中缺乏乳化劑,黃油是很難除盡的。

  解決方法:

  (1)在堿洗之前先用汽油洗刷一遍,堿洗液中應添有乳化劑;

  (2)工件堿洗后應沖洗干凈。

  664.氧化膜導電性差

  原因:氧化時間過長,氧化膜過厚。按工藝要求的30~60s操作,所獲得的氧化膜呈淺彩虹色,膜層導電性良好,基本上測不到電阻,若氧化時間過長,膜層厚度增加,不但會影響膜層的導電性能,膜層還會呈土黃色,顯得陳舊。

  預防方法:操作時間應嚴格控制。

  665.后處理工序中需注意的四點

  (1)熱水沖洗。熱水洗目的是老化膜層。但水溫和時間要嚴格控制,水溫過高膜層減薄,顏色變淡。處理時間過長也會出現上述類似問題,適宜的溫度和時間是:

  溫度40~50℃時間0.5~1MIN

  (2)干燥。干燥以自然晾干為好,經熱水沖洗過的工件斜掛于架子上,讓工作表面的游離水以垂直方向向下流。流至下端角邊的水珠用毛巾吸去,按此法晾干的膜層色彩不受影響,顯得自然。

  (3)老化。老化方法可根據氣候條件來決定,有日光的夏季可在日光下曝曬,陰雨天或是冬季可用烘箱烘烤,工藝條件是:

  溫度40~50℃時間10~15min

  (4)不合格件的返修。不合格導電氧化膜件宜在干燥、老化工序之前先挑出來,因干燥、老化后膜層較難退除并會影響工件表面的粗糙度。此問題筆者在工藝上進行了一些摸索,經多種方法試驗,發現采用下列方法效果很好,方法簡單,又不影響工件表面質量,具體過程如下。首先將不合格的工件夾在鋁陽極氧化用的夾具上,然后按鋁在硫酸溶液中的陽極氧化方法進行陽極處理2~3min,待膜層松軟、脫落,再經堿液稍加清洗及硝酸出光后即可重新進行導電陽極化。


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