阳极氧化生产线基本工艺原理及添加剂使用方法讲义12页word资料.docx

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阳极氧化生产线基本工艺原理及添加剂使用方法讲义

宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。

至元明清之县学一律循之不变。

明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。

到清末，学堂兴起，各科教师仍沿用“教习”一称。

其实“教谕”在明清时还有学官一意，即主管县一级的教育生员。

而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。

“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。

于民间，特别是汉代以后，对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。

在一些特定的讲学场合，比如书院、皇室，也称教师为“院长、西席、讲席”等。

第一部分基本工艺原理

教师范读的是阅读教学中不可缺少的部分，我常采用范读，让幼儿学习、模仿。

如领读，我读一句，让幼儿读一句，边读边记；第二通读，我大声读，我大声读，幼儿小声读，边学边仿；第三赏读，我借用录好配朗读磁带，一边放录音，一边幼儿反复倾听，在反复倾听中体验、品味。

1．铝及铝合金的基本知识

其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键是记忆有技巧,“死记”之后会“活用”。

不记住那些基础知识,怎么会向高层次进军?

尤其是语文学科涉猎的范围很广,要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生“死记”名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。

这样,就会在有限的时间、空间里给学生的脑海里注入无限的内容。

日积月累,积少成多,从而收到水滴石穿,绳锯木断的功效。

1.1铝的物理性质

原子序数13

原子量27

密度2.7g/cm3

熔点660℃

沸点2060℃

1.2铝的化学性质

铝是一种化学活度很大的金属，在自然条件下，铝表面会生成一层致密的自然氧化膜，使之不容易被腐蚀。

自然氧化膜的厚度为0.001～0.003μm。

一般说来，自然氧化膜在pH值=5～8的水溶液里是稳定的。

1.3铝合金

挤压生产中使用的铝合金通常为Al-Mg-Si合金，常用的Al-Mg-Si合金有以下几种：

6063合金——铝型材挤压中使用最广泛的铝合金，适用于建筑铝门窗型材。

6061合金——强度高，适用于自行车车圈材料的生产。

6463合金——光亮度好，适用于装饰材料。

铝合金表面在热处理过程中形成的高温氧化膜是自然氧化膜的十几倍。

2．预处理

2.1机械法预处理

机械法预处理法的种类及效果见表1。

表1机械法预处理法的种类及效果

类型

加工方法

效果

抛光法

使用研磨剂、布轮

镜面效果

喷砂法

使用不锈钢砂

砂面效果

拉丝法

使用钢刷

线状花纹

2.2化学法预处理

2.2.1脱脂处理

脱脂处理也称作除油处理，目的是除去制品表面的油脂及其他污物。

用单纯硫酸除油，并非真正要去除油脂，而是浸润表面，以保证在碱洗工序中，制品表面能够腐蚀均匀。

脱脂处理常使用硫酸法。

其工艺参数为：

硫酸浓度5%～25%

温度室温

时间3～5min

2.2.2蚀洗处理

蚀洗处理也称碱洗处理，目的是进一步除掉制品表面的自然氧化膜使基体金属表面裸露出来。

蚀洗处理还有整平表面和使表面产生砂面的作用。

其工艺参数为：

浓度添加剂：

15～30g/L；氢氧化钠：

35～70g/L

温度40～65℃

时间1～25min

添加剂的作用是使型材表面浸蚀均匀，防止槽液结垢。

基本反应：

Al2O3+2NaOH—→2NaAlO2+H2O

2Al+2NaOH+2H2O—→2NaAlO2+3H2↑

2.2.3酸洗处理

酸洗的目的是除掉腐蚀后残留在型材表面的黑色腐蚀产物，以获得光亮的金属表面，同时兼有中和碱液的作用。

附着在型材表面的黑色蚀产物是铝合金中的硅、镁、铁、铜之类的杂质或金属组元在铝上沉积所形成的。

常用酸洗法有：

硝酸法：

浓度：

100～500g/L；温度：

室温；时间：

1～5min。

适用于任何铝合金。

硫酸法：

浓度：

100～800g/L；温度：

室温；时间：

3～6min。

仅适用于6063合金。

上述两种方法中，硝酸的效果更好一些，有时两种酸可以混用。

2.2.4化学抛光

化学抛光有三酸抛光和两酸抛光。

3．阳极氧化处理

3.1基本机理

铝阳极氧化的实质就是水的电解（见图1），即电解液通电后在电流的作用下发生水解。

图1阳极氧化处理机理示意图

阳极：

4OH--4e—→2H2O+O2↑

阴极：

2H++2e—→H2↑

2Al3++3O2-—→Al2O3+热量

Al2O3+3H2SO4—→Al2（SO4）3+3H2O

在上述反应中，由于溶解和成膜同时发生，因而在铝型材表面形成针孔。

针孔数目为：

76×109/cm3。

图2为氧化膜结构示意图；图3为氧化膜的显微照片；图4为乌德模型。

图2氧化膜结构示意图

图3氧化膜的显微照片图4乌德模型

3.2工艺参数

H2SO4浓度150～200g/L（最佳为160～180g/L）

H2SO4浓度降低时会使维持一定电流密度所需的槽液电压升高，

孔隙率减少，染色稍差，但硬度和耐蚀性提高；H2SO4浓度升

高时的影响与降低时相反。

温度（20±2）℃

温度低时，透明性降低，着色性能降低；温度高时，氧化

膜起粉，此时需要进行冷却和循环搅拌。

Al3+的浓度5～20g/L

大于20g/L时形成胶态粒子，出现白点、白斑或粉霜。

电流密度100～200A/m2（最佳为120～135A/m2）

氧化时间与膜厚

σ=K·i·t

其中：

σ——膜厚/μm

i——电流密度/A·dm-2

t——氧化时间/min

K——系数，与电流效率及成膜密度有关，系数范围：

0.25～0.34

4．电解着色

4.1着色机理

通过电解把金属盐溶液中的金属离子沉积在阳极氧化膜的针孔底部。

4.2工艺参数（以锡镍混盐为例）

浓度硫酸：

15～20g/L；硫酸镍：

18～22g/L；硫酸亚锡：

8～12g/L；

BY-C11B（固体）：

15～20g/L

电压：

15～20V

温度（20±5）℃

pH值0.8～1.0

着色时间1～15min（预浸30～60s）

说明：

1）添加剂的作用是：

提高着色的速度、均匀性和防止硫酸亚锡水解。

2）硫酸的作用是：

防止锡盐水解和提高电导。

硫酸浓度偏低时，产品光泽性好，但亚锡稳定性下降；硫酸浓度太高时，着色速度极光泽度下降。

3）电流与电压20～80A/m2（电流密度）

电压为15～18V时着色速度最快。

从理论上讲，着色电压不可高于氧化电压，否则易出现膜剥落现象，这是因为电流密度大时，造成析氢剧烈所致。

电压升压时需缓慢进行（每3秒钟升压一伏，但有的浅色产品需要直接升压），否则易产生着色不均匀。

浅色系列的产品在生产时应注意：

氧化膜最好控制在12μm，偏差越小越好。

槽液的工艺参数波动范围越小越好，上料面积要精确计算。

5．封孔

多孔型阳极氧化膜的封孔工序是保证铝合金制品耐蚀性、耐候性、耐磨性，从而获得持久的使用性能的关键工序。

常用方法有：

常温封孔、中温封孔及电泳涂漆。

5.1常温封孔的工艺参数

浓度Ni2+浓度：

0.8～1.3g/L；F-浓度：

0.3～0.7g/L

温度25～35℃

速度0.7～1.2μm/min

pH值5.5～7.0

说明：

1）[Ni2+]低时不易封孔，[Ni2+]高时，带出量大造成浪费。

2）[F-]低时封不上孔，高时起粉。

Ca3+、Mg2+、Al3+的引进都会消耗F-，需补加。

3）温度低时封孔速度慢，温度高时起粉。

4）pH值低时封不上孔，pH值高则会发生Ni2+沉淀。

5.2中温封孔工艺参数

Ni2+浓度0.8～1.3g/L

pH值5.5～6.4

温度45～55℃

时间15～20min

特点：

1）不易挂灰

2）不含F-

3）适合厚膜（冷封孔厚膜易裂）

4）封孔质量高于冷封孔

6．水洗

水洗是氧化生产中非常重要的环节，此环节若出现问题，将严重影响产品质量，甚至生产出不合格产品。

6.1脱脂后的水洗

脱脂后要经过两道水洗，目的是清洗掉型材表面的污物和残留的脱脂液，以免污染碱蚀槽。

6.2碱蚀后的水洗

碱蚀后也要经过两道水洗，目的是清洁型材表面和清除残留的碱蚀液，碱蚀后若不清洗，不仅会污染中和槽，而且结垢后所形成的腐蚀痕即便是返工也无法将其去除。

6.3氧化后的水洗

氧化后要进行两道水洗：

第一道水洗的pH值1.5～2.5

第二道水洗的pH值3.5～5.0

6.4着色后的水洗

着色后需经两道水洗。

第一道水洗的pH值1.5～2.5

第二道水洗的pH值3.5～5.0。

着色时，一般情况下前后四个水洗槽的pH值要相对稳定，开启一定量的溢流水，尽量避免整槽加水。

氧化第一道水洗停留数分钟会加快着色速度，氧化第二道水洗停留则会减慢着色速度。

型材料挂从着色槽及第一道水洗起吊后，不要停留时间过长，否则会出现色带，着色不均急泻水端头发白等缺陷。

6.5封孔前水洗

封孔前最好加一道纯水洗，以防止杂离子进入封孔槽，且pH值应控制在＞5，pH值低时不易封孔。

第二部分添加剂的使用及槽液维护

1．添加剂的作用

1.1使用添加剂可使槽液稳定。

如：

碱蚀添加剂可以防止草叶结垢；着色添加剂可以防止Sn2+氧化。

1.2可使型材表面反应均匀。

1.3可提高反应速度。

1.4提高电解液的导电性

2．新槽液的配制

配制新槽液的步骤如下：

1）加水至槽体的2/3～3/4（有的需要加热至工作温度）。

2）开启搅拌或循环。

3）加入化学药品。

a.按顺序添加

b.固体药品需溶解后加入

4）搅拌或循环0.5～1小时，静止2小时后分析槽液。

下面以配制锡镍混盐槽为例加以说明（药品按加入顺序添加）。

⑴加水至槽体的2/3～3/4；

⑵开启搅拌或循环；

⑶将硫酸（98%）按16g/L加入；

⑷将BY-C11B（固体）在溶解罐中或水桶中用纯水或槽液溶解，按16g/L加入；

⑸将硫酸镍在溶解罐中或水桶中用纯水或槽液溶解，按18g/L加入；

⑹将硫酸亚锡在溶解罐中或水桶中用槽液溶解，按10g/L加入；

⑺在搅拌或循环状态下，缓慢加入去离子水至液位。

说明：

①硫酸可以直接加入，说明注意事项；

②用槽液溶解药品是为了防止水解产生沉淀；

③缓慢加水为的是防止局部沉淀。

3．槽液维护

3.1槽液分析

工作槽液要每天分析，产量大时要每班分析。

要严格按工艺要求补加药品。

在条件允许的情况下，工艺参数的波动范围要尽量小。

3.2槽液调整

调整槽液加药时，要开搅拌，加固体药品时，要先将药品溶解后再加入。

着色槽药品要用槽液溶解。

3.3pH值的调整

调整槽液pH值用的酸或碱要配成3%～5%的稀溶液。

3.4对清洗水的要求

清洗水槽要保证其工艺要求的pH值及清洁度，以防止将杂质带入工作槽。

3.5工作槽的维护

着色槽不用时要加盖，以防止其他槽液进入。

停产时，碱洗槽要保持40℃左右的温度。

3.6倒槽清理

工作槽产生沉淀物要定期倒槽清理。

第三部分阳极氧化膜常见缺陷、产生原因及对策

表1示出了在阳极氧化和封孔中容易出现的缺陷的特征、成因和防治措施。

表2为在着色（电解着色和染色）和预处理中容易出现的缺陷的特征、成因和防治措施。

表1阳极氧化和封孔发现的缺陷及其特征、成因及对策

缺陷

特征

产生原因

对策

白斑

（白点）

表面有点状或水星状的白色花样，而氧化膜并未剥落

合金中夹杂金属间化合物或其他异物，使氧化膜产生不连续处

改善铸造和挤压，防止卷入异物；铝棒进行均匀化处理等

表面有点状未着色部分，而氧化膜未剥落

阳极氧化膜上附着碱雾末

加大碱洗槽的排气能力，改变车间的气流方向等

白灰

阳极氧化发生的白灰

见粉化（氧化灰）

见粉化（氧化灰）

封孔发生的白灰

见粉化（封孔灰）

见粉化（封孔灰）

彩虹色

（干涉色）

阳极氧化膜出现彩虹色

阳极氧化失败；如大气曝露后出现则表面有封孔灰

全面检查工艺和设备

粗晶表面

（粗晶带）

在挤压方向上呈粗晶条带或条纹，碱洗和阳极氧化使该缺陷显露

挤压时，铝不能以均匀的速度流经模具；挤压比不够

改进模具设计；加大挤压比

点腐蚀

阳极氧化膜上细微麻点，边缘处更为明显

阳极氧化槽液氯化物含量高

检查水质（槽液中去除氯离子非常困难）

粉化

（封孔灰）

沸水封孔后发生的白灰，用湿布可以抹去；封孔灰不与染料作用，可与氧化灰相鉴别

沸水封孔所用水的硬度高，如溶解了较多盐类的自来水

更换封孔水；添加除灰剂；用20%（体积分数）的硝酸溶液洗灰，再用水清洗

粉化

（氧化灰）

阳极氧化膜局部发生的白灰；湿布可以擦去，干燥后又再次出现

阳极氧化局部过热

槽液温度高；空气搅拌不充分；局部挂料太密

黑斑

阳极氧化后在挤压方向上大致等距离出现的黑、白或灰色斑

挤压冷却时析出的Mg2Si中间相，使阳极氧化膜的结构紊乱

加大加压的冷却风量；减小挤压件接触物的热导率

焊合线明显

中空型材在碱洗和氧化后出现发暗的线或带，偶尔在半中空挤压型材上发生

挤压时，模具进口处金属的压力不够

改进模具设计；加大挤压比

碱洗流痕

碱液在铝表面流动发生的碱蚀痕迹

碱液局部腐蚀铝工件

缩短碱洗槽转移到水洗的时间；降低碱洗液的温度；降低碱洗槽液的腐蚀性

续表1

缺陷

特征

产生原因

对策

亮度下降

阳极氧化膜的亮度明显下降并且感觉失光发暗

挤压出口温度过高或冷却太慢；氧化温度低或电流密度大；碱洗不良或除灰不够；氧化槽液重金属离子高；封孔工艺不当；厚氧化膜引起发光

针对各种可能的原因，对症采取措施；硫酸质量须严格把关，如铁含量不宜过高；核对氧化膜的厚度

铝盐沉淀

阳极氧化膜上有白色沉淀物

硫酸氧化槽液中氯离子高或铝盐饱和而沉淀析出

控制铝离子含量最好低于20g/L

膜剥离

阳极氧化膜发生脱膜

阳极氧化过程曾发生突然中止

检查氧化程序，排除故障

膜发绿

镍盐封孔（含冷封孔）后阳极氧化膜呈浅绿色，有时候经过大气曝露才显露

微孔中吸收镍太多；封孔槽液镍离子过高或pH值过高

调整封孔槽液的镍离子和pH值

膜泛黄

阳极氧化膜带黄色，致使着色的色调变化

电解液或合金中铁硅等杂质掺入氧化膜中；阳极氧化温度低或电流密度高

降低槽液和合金的铁硅含量；核对阳极氧化工艺条件

膜厚不足

未得到预计的膜厚

挂料面积计算有误；电接触不良；恒电压阳极氧化

改为恒电流阳极氧化；核对挂料面积；检查电接触

膜厚不均

用一根料的膜厚或同一挂料上下的膜厚不同

挂料工件过于密集；阴阳极的面积比不当；槽液上下温差太大

调整挂料之间、阴阳极之间的距离；合理布置阴极；加大槽液的循环量

膜硬度下降

（软膜）

阳极氧化膜的硬度或耐磨性下降，硬质阳极氧化更为多见

槽液温度或硫酸浓度高；槽液的循环或搅拌不够

降低槽温和加强搅拌

膜烧损

阳极氧化膜局部灾难性的程度不同的浸蚀，或伴有金属溶解

阳极氧化时局部过热，尤其多见于高铜铝合金的金属间化合物大块析出位置

维持良好搅拌；保持槽液温度；控制电流上升速度，最好采用脉冲电源阳极氧化

氧化膜发暗

参见亮度下降

氧化温度低或电流密度大，使膜厚高于正常值

核对温度和电流密度

氧化膜龟裂

氧化膜发现裂纹（氧化，封孔、大气曝露或弯曲加工以后）

沸水封孔发生由于膨胀产生的应力；由于电流密度太大发生硬质氧化；阳极氧化膜的塑性不够

对症采取措施；冷封孔之后热水浸泡提高氧化膜的塑性

氧化膜疏松

膜的致密性差，疏松容易擦坏

阳极氧化温度高；电流密度大；氧化时间长

检查工艺参数并照章改正

污灰

封孔后发现的灰色或褐色的污灰

阳极氧化前的除灰不干净

检查硫酸除灰质量或改用硝酸除灰

指纹腐蚀痕

（指痕）

手指接触后留下的指纹腐蚀痕迹

手指上汗迹中的氯化物引起

操作人员不能赤手接触工件

表2着色（点解着色和染色）和预处理中的常见缺陷及其成因和对策

缺陷

特点

成因

对策

白色（白点）

染色后发现的白斑，染黑色更容易发生

染色槽氯化物等杂质，引起电偶作用产生点蚀

降低染色槽的氯离子含量；检查工件与夹具或与槽体是否构成电偶作用

电解着色后发现的未着色的白色

合金中的异物或金属间化合物着不上色；如有白斑拖尾则有氧化膜裂纹

调整合金成分；防止卷入异物；铝棒充分均匀化；检查电解着色条件

电解着色后不属于合金或氧化膜裂纹的白点

电解着色前氧化膜上附着碱雾引起着色不良

检查碱洗后的工序和厂房的气流

表面沉积

（松散沉积）

电解着色得到表面灰黑色松散的沉积物，尤其在锡盐着色时发生

pH值过低，着色电压太高，或时间太长

加入氢氧化钡，升高pH值，以降低硫酸浓度

分布能力差

型材电解着色后端部色深或色浅，或者一挂料周围深色或浅色

电解着色槽和对电极的设计不佳；电解着色的电压不正确

改变电解着色液和通电方式；端部颜色深则降低着色电压，反之亦然

彗星斑

电解着色后表面发生小白点并有彗星状拖尾

阳极氧化膜发生裂纹，裂纹产生的气体阻碍着色，多集中在材料的边棱位置

检查电解着色和阳极氧化条件，尤其在脉冲氧化的情况下

接触处发白

接触点附近着色不好发生白斑块

电接触不良

检查接触位置，尤其注意工件表面氧化膜或涂料是否去除干净

碱流痕

（碱滴痕）

电解着色后工件表面的碱液流痕使得颜色不均

水洗没有洗净的碱液影响电解着色，尤其在镍盐着色的情况下

加强碱洗之后的水洗

膜局部剥落

（膜破坏）

电解着色后发现的大小不等的未着色白点

由于着色电压太高或着色槽液污染，使得阳极氧化膜发生点状的局部剥落

降低着色电压；去除着色槽液的杂质；提高阳极氧化电压

剥落

电解着色之后，甚至若干天以后发现氧化膜剥落，5XXX系比6XXX系严重

电解着色的上升电压太快

降低电压上升速度

染色不准

染色的颜色发生变化，可能稍深或稍浅

染色槽液污染，重金属离子和铝离子超标；因加热和搅拌引起染料的破坏

检查原因，尽量避免重新配槽

酸流痕

（酸滴痕）

工件表面的酸液流痕使得电解着色的颜色不均

阳极氧化等酸溶液附在料架、夹具等处未能彻底清洗

彻底水洗

零部件的盲孔、沟槽等位置附近未染上颜色

由于难以清洗的位置残留酸液，妨碍正常染色

增加水清洗的效率；可能最好设法修改零部件设计

未着色斑

染色或电解着色发现一连串圆形或椭圆形无色透明的斑块

由于截留空气泡或逸出的气泡使得着色染色困难

首先分辨是否来自阳极氧化；增加工件倾斜度，使得气泡容易逸出可能是简单的办法

续表2

颜色不均

电解着色后色调模糊深浅不均

阳极氧化后水洗不充分、水质不好或时间太长；电解着色预浸时间不够；着色溶液质量或着色后的水洗问题

调整阳极氧化和着色之后的水洗；检查着色溶液；延长着色的预浸时间

颜色灰暗

（多种原因）

色调发暗，没有光泽，发白

熔铸工序引起，尤其在均匀化处理时氢进入坯料

均匀化宜用间接炉，不要直接接触燃气

色调发暗，浑浊

碱洗引起。

碱洗温度或浓度过高，时间太长

检查和调整碱洗的条件

色调发暗，阳极氧化膜无透明感

阳极氧化引起。

电流密度过高失去光泽或过低浑浊发白；电解着色的色泽发暗

检查和调整阳极氧化的工艺参数

色调发暗，彩度低、浑浊

电解着色引起。

着色槽液铝离子或其他杂质过高，着色时气体逸出激烈

去除着色槽液的杂质，检查和选取正确的电解着色的正负电压

色差

一挂料的零部件发生色差

一挂料上的零部件的电接触不同；阳极氧化膜的厚度可能不同

检查设备和工艺

各挂料之间的色差

阳极氧化的温度和搅拌等；染色的温度、浓度、时间和pH值的差异

检查设备和工艺

第四部分氧化车间生产安全常识

1．安全培训

所有新进员工必须在经受安全培训后方可上岗。

原则：

安全第一

1）不伤害自己

2）不伤害他人

3）不被他人所伤害

2．设备方面的注意事项

2.1现场禁忌

1）天车不能乱动

2）电器开关不能乱动

3）所有管线阀门不能乱动

2.2动用设备时的注意事项

1）所有设备的操作都要有始有终

2）设备检修及维护时一定要有监护

2.3化学药品操作注意事项

所有的化学药品及添加剂都有一定的腐蚀性及毒性，所以使用时一定要注意：

1）药品接触皮肤后一定要用大量的水清洗。

2）添加药品时一定要佩戴好劳保用品，并要有人监护。

3）禁止用槽体内的水洗手和洗餐具。

4）禁止用手直接搅拌槽液。

5）卸液体药品时（如：

盐酸、硝酸、硫酸），要有人监护，卸前必须检查管线所有阀门的开关走向及接头的牢固程度。

对于浓硫酸，卸前、卸后都不可用水清洗管线。

6）遗落到地上的酸或碱要及时用水清洗，禁止用碱或酸中和。

7）浓硝酸遇易燃物会产生燃烧；由浓硝酸引起的燃烧只能用水灭火，不可用二氧化碳灭火器或干粉灭火器灭火，灭火时一定要佩戴防毒面具。

8）稀释浓硫酸时禁止将水加到浓硫酸里。

9）