氧化铝材的一般原理Word格式文档下载.docx
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按電解液分有：
硫酸、草酸、鉻酸、混合酸和以磺基有機酸為主溶液的自然着色阳極氧化。
按膜层性質分有：
普通膜、硬質膜（厚膜）、瓷質膜、光亮修飾层、半導體作用的阻擋层等阳极氧化。
直流電硫酸阳極氧化法的應用最為普遍,
這是因為它具有适用於铝及大部分铝合金的阳極氧化處理；
膜层較厚、硬而耐磨、封孔後可获得更好的抗蝕性；
膜层無色透明、吸附能力强极易着色；
處理電壓較低,耗電少；
處理過程不必改變電壓周期,
有利於連續生產和實踐操作自動化；
硫酸對人身的危害較鉻酸小,
貨源廣,
價格低等優點。
近十年來,
我國的建築業逐步使用铝門窗及其他裝飾铝材,
它們的表面處理生產線都是采用這種方法。
阳極氧化膜結構、性質与應用
1）
阳極氧化膜的結構
阳极氧化膜由两层組成,
多孔的厚的外层是在具有介電性質的致密的內层上成長起來的,
後者称為阻擋层（亦称活性层）。
（1）
阻擋层
阻擋层是由無水的A12O3所組成,
薄而致密,
具有高的硬度和阻止電流通過的作用。
（2）
多孔的外层
氧化膜多孔的外层主要是由非晶型的A12O3及少量
的r-A12O3.H2O还含有電解液的阴離子。
氧化膜的絶大部分優良特性,如抗蝕、耐磨、吸附、絕緣等性能都是由多孔外层的厚度及孔隙率所決定的,然而這两者却与阳极氧化條件密切相關,
因此可通過改變阳極化條件來获得满足不同使用要求的膜层。
膜厚是阳極氧化制品一個很主要的性能指標,
其值的大小直接影響着膜层耐蝕、耐磨、絕緣及化學着色能力。
在常規的阳極氧化過程中,
膜层随着時間的增加而增厚。
在逹到最大厚度之後,
則隨着處理時間的延長而逐漸变薄,
有些合金如A1-Mg、A1-Mg-Zn合金表現得特別明顯。
因此,
氧化的時間一般控制在逹最大膜厚時間之內。
2）
阳極氧化膜的性質与應用
阳極氧化膜具有較高的硬度和耐磨性、极強的附著能力、較強的吸附能力、良好的抗蝕性和電絕緣性及高的热絕緣性。
由於這些特異的性能,
使之在各方面都获得了廣泛的應用。
以铝或铝合金制品為阳極置於電解質溶液中,
按下列反應放出H2：
++2e
H2
O2,析出的氧不僅是分子态的氧
形成無水的A12O3膜：
歸納起來有以下几種分類方法：
直流電硫酸阳極氧化法的應用最為
普遍,
氧化铝材的一般原理
6063铝合金挤压型材常见缺陷及其解决办法
2005-9-5
25
6063铝合金型材以其良好的塑性、适中的热处理强度、良好的焊接性能以及阳极氧化处理后表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用。
但在生产过程中经常会出现一些缺陷而致使产品质量低下，成品率降低，生产成本增加，效益下降，最终导致企业的市场竞争能力下降。
因此，从根源上着手解决6063铝合金挤压型材的缺陷问题是企业提高自身竞争力的一个重要方面。
笔者根据多年的铝型材生产实践，在此对6063铝合金挤压型材常见缺陷及其解决办法作一总结，和众多同行交流，以期相互促进。
1
划、擦、碰伤
划伤、擦伤、碰伤是当型材从模孔流出以及在随后工序中与工具、设备等相接触时导致的表面损伤。
1．1
主要原因
①铸锭表面附着有杂物或铸锭成分偏析。
铸锭表面存在大量偏析浮出物而铸锭又未进行均匀化处理或均匀化处理效果不好时，铸锭内存在一定数量的坚硬的金属颗粒，在挤压过程中金属流经工作带时，这些偏析浮出物或坚硬的金属颗粒附着在工作带表面或对工作带造成损伤，最终对型材表面造成划伤；
②模具型腔或工作带上有杂物，模具工作带硬度较低，使工作带表面在挤压时受伤而划伤型材；
③出料轨道或摆床上有裸露的金属或石墨条内有较硬的夹杂物，当其与型材接触时对型材表面造成划伤；
④在叉料杆将型材从出料轨道上送到摆床上时，由于速度过快造成型材碰伤；
⑤在摆床上人为拖动型材造成擦伤；
⑥在运输过程中型材之间相互摩擦或挤压造成损伤。
1．2
解决办法
①加强对铸锭质量的控制；
②提高修模质量，模具定期氮化并严格执行氮化工艺；
③用软质毛毡将型材与辅具隔离，尽量减少型材与辅具的接触损伤；
④生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材；
⑤在料框中合理摆放型材，尽量避免相互摩擦。
2机械性能不合格
2．1
①挤压时温度过低，挤压速度太慢，型材在挤压机的出口温度达不到固溶温度，起不到固溶强化作用；
②型材出口处风机少，风量不够，导致冷却速度慢，不能使型材在最短的时间内降到200℃以下，使粗大的Mg2Si过早析出，从而使固溶相减少，影响了型材热处理后的机械性能；
③铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到标准要求；
④铸锭未均匀化处理，使铸锭组织中析出的Mg2Si相无法在挤压的较短时间内重新固溶，造成固溶不充分而影响了产品性能；
⑤时效工艺不当、热风循环不畅或热电偶安装位置不正确，导致时效不充分或过时效。
2．2
①合理控制挤压温度和挤压速度，使型材在挤压机的出口温度保持在最低固溶温度以上；
②强化风冷条件，有条件的工厂可安装雾化冷却装置，以期达到6063合金冷却梯度的最低要求；
③加强铸锭的质量管理；
④对铸锭进行均匀化处理；
⑤合理确定时效工艺，正确安装热电偶，正确摆放型材以保证热风循环通畅。
3几何尺寸超差
3．1
①由于模具设计不合理或制造有误、挤压工艺不当、模具与挤压筒不对中、不合理润滑等，导致金属流动中各点流速相差过大，从而产生内应力致使型材变形；
②由于牵引力过大或拉伸矫直量过大导致型材尺寸超差。
3．2
①合理设计模具，保证模具精度；
②正确执行挤压工艺，合理设定挤压温度和挤压速度；
③保证设备的对中性；
④采用适中的牵引力，严格控制型材的拉伸矫直量。
4
挤压波纹
挤压波纹是指在挤压型材表面出现的类似于水波纹的情况，一般无手感，在光的作用下表现明显。
4．1
①牵引机发生周期性上下跳动使型材表面发生局部弯折；
②模具设计不合理，工作带在挤压力作用下发生颤动导致型材出现波纹。
4．2解决办法
①保证牵引机运行平稳；
②合理设计模具结构。
5
麻面
麻面是指在型材表面出现的密度不等、带有拖尾、非常细小的瘤状物，手感明显，有尖刺的感觉。
5．1
由于铸锭中的夹杂物或模具工作带上粘有金属或杂物，在挤压时被高温高压的铝夹带着脱落，在型材表面形成麻面。
5．2解决办法
①适当降低挤压速度，采用合理的挤压温度和模具温度；
②严格控制铸锭质量，降低铸锭中的夹杂物含量，将铸锭进行均匀化处理；
③加强修模质量管理。
6
黑斑
型材阳极氧化后局部出现近似圆形的黑灰色斑点，在型材纵向贴摆床的面上等距离分布，大小不一。
6．1
由于挤压机出口处风冷量不够，导致铝材在较高温度下接触摆床，接触部位的冷却速度于其它位置不同，有粗大的Mg2Si相析出，在阳极氧化处理后该部位变为黑灰色。
6．2
①加强风冷强度，避免摆床上型材的间隔过小，保证风冷的温度梯度；
②有条件的工厂应采用雾化水冷与风冷相结合的方法，可完全消除黑斑。
7
条纹
挤压型材的条纹缺陷种类比较多，形成因素也较复杂，这里仅就一些常见条纹的产生原因及解决方法加以论述。
7．1
摩擦纹
模具每次光模上机挤压后，纹路都不能一一对应，有轻有重。
7．1．1
在挤压过程中，型材流出模孔的瞬间与工作带紧紧地靠在一起，构成一对热状态下的干摩擦副，且将工作带分成两个区——粘着区和滑动区。
在粘着区内，金属质点受到至少来自两个方面的力的作用：
摩擦力和剪切力。
当粘着区内金属质点所受摩擦力大于剪切力时，金属质点就会粘附在粘着区工作带表面上，并将型材表面擦伤而形成摩擦纹。
7．1．2
①调整模具工作带出口角α，使其在-1°
～-3°
范围内，这样可降低工作带粘着区高度，减小该区的摩擦力，增大滑动区；
②进行高效的模具氮化处理，使模具表面硬度保持在HV900以上；
工作带表面渗硫可降低粘着区摩擦力，减少摩擦纹。
7．2
组织条纹
7．2．1
铸锭铸造组织不均匀，成分偏析，铸锭表皮下存在较严重的缺陷，铸锭的均匀比处理不充分等，在随后的挤压过程中导致型材表面成分不均匀，从而使型材氧化后的着色能力不相同，形成组织条纹。
7．2．2
①合理执行铸造工艺，消除或减轻组织偏析；
②铸锭表面车皮；
③认真进行铸锭均匀化处理。
7．3
金属亮纹
在氧化白料中表现发亮，大多数情况下为笔直条状且宽度不定，在氧化着色料中该条纹呈浅色条状。
7．3．1
由于金属流动出现摩擦或变形极其剧烈时，金属局部温度会上升很高，另外金属流动不均匀也会导致晶粒发生剧烈破碎，然后发生再结晶，致使该处组织发生变化，在随后的氧化处理中导致型材表面出现纵向的亮条纹，着色处理中致使型材着不上色或呈现浅色条纹。
7．3．2
①合理设计模具结构；
②模具加工要注意工作带的过渡，防止出现工作带落差；
③保证模桥呈水滴形，消除棱角。
7．4
焊合条纹
焊合条纹又称焊缝，笔直通长，在氧化白料中多呈现浅灰色，着色料中多显浅色。
7．4．1
①模具分流孔设计过小；
②焊合室深度不够，不能保证有足够的压力；
③挤压时模具焊合室内铝料供应不足；
④挤压工艺不合理，润滑不当。
7．4．2
②注意挤压温度和挤压速度的协调；
③尽量减少润滑或不润滑。
8
裂纹
挤压时型材受到拉应力作用而在表面形成程度不同的金属横向撕裂现象。
8．1
主要原因
①由于摩擦力的原因使金属表层受到附加拉应力的作用，当附加拉应力大于表层金属抗拉强度时就会产生裂纹；
②挤压温度过高，金属表层抗拉强度下降，在摩擦力作用下产生裂纹；
③挤压速度过快时，金属表层所受的附加拉应力增加使型材产生裂纹。
8．2
严格控制挤压工艺参数以保证合理的出口速度和出口温度。
9
波浪、扭拧、弯曲
波浪、扭拧、弯曲是由于金属流动不均匀造成的型材外形缺陷。
9．1
①模具工作带设计不合理导致金属流动不均匀；
②挤压速度过快或挤压温度过高导致金属流动不均匀；
③模具型孔布局不合理造成金属流动不均匀；
④导路不合适或未安装导路；
⑤润滑不合适。
9．2
①修整模具工作带使金属流动均匀；
②采用合理的挤压工艺，在保证出口温度的前提下尽量采用低温挤压；
③合理设计模具结构；
④配置合适的导路；
⑤合理润滑；
⑥采用牵引机牵引挤压。
10
气泡
型材表层金属与基体金属出现局部连续或断续的分离，表现为圆形或局部连续凸起。
10．1
①由于挤压筒经长期使用后尺寸超差，挤压时筒内气体未排除，变形金属表层沿前端弹性区流出而造成气泡；
②铸锭表面有沟槽或铸锭组织中有气孔，铸锭在墩粗时包进了气体，挤压时气体进入金属表层；
③挤压时，铸锭或模具中带有水分和油污，由于水和油污受热挥发成气体，在高温高压的金属流动中被卷入型材表面形成气体；
④设备排气装置工作不正常；
⑤金属填充过快，造成挤压排气不好。
10．2解决办法
①合理选择和配备挤压工具，及时检查和更换；
②加强铸锭的质量管理，严格控制铸锭的表面质量和含气量；
③保证设备的排气系统正常工作；
④剪刀、挤压筒和模具应尽量少涂油或不涂油；
⑤合理控制挤压速度，按要求进行排气。
11
石墨压入
沿型材纵向浅表层呈条状半露的孔隙，短的几毫米，长则几厘米或更长。
孔隙中主要成分为石墨。
11．1
①
由于石墨润滑剂中石墨比例过高或石墨没有完全搅拌均匀，有颗粒或块状石墨存在；
②
石墨润滑剂的涂抹过于接近分流或型孔，挤压时这些石墨没有进入压余，而是被高温高压的金属流卷入制品的浅表层形成石墨压入。
11．2
使用优质的润滑剂；
润滑剂涂抹时要离分流孔或型孔远一些，尽量少使用或不使用润滑剂。
常用有色金属材料理论重量简易计算公式
2005-8-27
27
材料类别
理论重量（W）简易计算公式
铜棒
W=0.00698×
直径的平方
黄铜棒
W=0.00668×
铝棒
W=0.0022×
方铜棒
W=0.0089×
边宽的平方
方黄铜棒
W=0.0085×
六角铜棒
W=0.0077×
对边距离的平方
六角黄铜棒
W=0.00736×
铜板
厚×
宽
黄铜板
铝板（纯铝）
W=0.00271×
花纹铝板（纯铝）
宽×
长+（宽×
长×
0.6）
紫铜管
W=0.028×
壁厚×
（外径－壁厚）
黄铜管
W=0.0267×
铝管
W=0.00879×
铜排
厚
铝排
W=0.0027×
注：
W的单位为千克/米，其它单位为毫米。
常用有色金属材料的密度
材料名称
密度，克/立方厘米
纯铜材
8.9
LY1LY2LY4LY6
2.76
59、62、65、68黄铜
8.5
硬
LY3
2.73
80、85、90黄铜
8.7
LY7、LY8、LY10、
2.8
96黄铜
8.8
LY11、LY14
59-1、63-3铅黄铜
铝
LY9LY12
2.78
74-3铅黄铜
LY16LY17
2.84
90-1锡黄铜
LD2LD30
2.7
70-1锡黄铜
8.54
锻
LD4
2.65
60-1和62-1锡黄铜
LD5
2.75
77-2铝黄铜
8.6
LD8
2.77
67-2.5、66-6-3-2
LD7、LD9、LD10
60-1-1铝黄铜
超硬铝
2.85
镍黄铜
LT1特殊铝
锰黄铜
工业纯镁
1.74
硅黄铜、镍黄铜
MB1
1.76
铁黄铜
变
MB2、MB8
1.78
5-5-5铸锡青铜
形
MB3
1.79
3-12-5铸锡青铜
8.69
镁
MB5、MB6、MB7、
1.8
6-6-3铸锡青铜
8.82
MB15
7-0.2、6.5-0.4、6.5-0.1
铸镁
4-3锡青铜
工业纯钛（TA1、TA2
4.5
4-0.3、4-4-4锡青铜
TA3）
4-4-2.5锡青铜
8.75
TA4、TA5、TC6
4.45
5铝青铜
8.2
TA6
4.4
7铝青铜
7.8
TA7、TC5
4.46
19-2铝青铜
7.6
钛
TA8
4.56
9-4、10-3-1.5铝青铜
7.5
TB1、TB2
4.89
10-4-4铝青铜
7.46
合
TC1、TC2
4.55
铍青铜
8.3
TC3、TC4
4.43
3-1铍青铜
8.47
金
TC7
1-3硅青铜
TC8
4.48
1镉青铜
TC9
4.52
0.5镉青铜
TC10
4.53
0.5铬青铜
纯镍、阳极镍、电真空镍
8.85
1.5锰青铜
镍铜、镍镁、镍硅合金
5锰青铜
镍铬合金
8.72
B5、B19、B30
锌锭（Zn0.1、Zn1、Zn2
7.15
白
BMn40-1.5
Zn3）
BMn3-12
8.4
铸锌
6.86
BZn15-20
4-1铸造锌铝合金
6.9
铜
BAI6-1.5
4-0.5铸造锌铝合金
6.75
BAI13-3
铝和铅锑合金
11.37
纯铝
铅阳极板
11.33
LF2LF43
2.68
防
LF3
2.67
锈
LF5LF10LF11
LF6
2.64
LF21
常用金属材料的密度表
材料名称
密度,克/
立方厘米
灰口铸铁
6.6~7.4
不
钢
1Crl8NillNb、Cr23Ni18
7.9
白口铸铁
7.4~7.7
2Cr13Ni4Mn9
可锻铸铁
7.2~7.4
3Cr13Ni7Si2
8.0
铸钢
工业纯铁
7.87
普通碳素钢
7.85
优质碳素钢
碳素工具钢
易切钢
锰钢
7.81
15CrA铬钢
7.74
20Cr、30Cr、40Cr铬钢
7.82
38CrA铬钢
7.80
铬钒、铬镍、铬镍钼、铬锰、
硅、铬锰硅镍、硅锰、硅铬钢
67-2.5、66-6-3-2、60-1-1铝黄铜
铬镍钨钢
铬钼铝钢
7.65
硅黄铜、镍黄铜、铁黄铜
含钨9高速工具钢
含钨18高速工具钢
高强度合金钢`
轴承钢
7-0.2、6.5-0.4、6.5-0.1、4-3锡青铜
0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、Cr17Ni2、Cr18、9Cr18、Cr25、Cr28
7.75
4-0.3、4-4-4锡青铜
Cr14、Cr17
7.7
0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、
2Cr18Ni9
1Cr18Ni11S
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