铝材工艺Word文件下载.docx
《铝材工艺Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铝材工艺Word文件下载.docx（59页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
分离掉红色溶液（9）。
分离后的铝酸钠溶液流入搅
拌分解槽（5），在搅拌分解槽中“析出”氢氧化铝，余下的氧化钠溶液重新回到混合器使用（3）。
过滤得到的氢氧化铝流入焙烧炉，在焙烧炉内析出掉水份后“焙烧”成氧化铝。
最终产品—纯铝
纯铝也叫电解铝，其纯度在百分之九十九点五到九十九点八之间。
这是冶炼铝的最终产品。
铝的最终冶炼是熔融电解，就是把氧化铝投入高温熔池中融化，并通上电流使它分解为氧和铝。
每二吨氧化铝可提取一吨纯铝（见图2）。
图1
炼铝厂的终端产品是纯铝和合金，供货形成是铝锭或铸块，可以供给用作铸造成或者进一步加工成铸件或锻件，按不同的需要，供货的铝锭规格也不同：
△轧制铝锭→铝板、铝带和铝箔。
△挤压用铝锭→用于挤压铝型材、棒材、铝管、铝线。
△线材→铝线
通过添加剂诸如镁（Mg）、锰（Mn）、铜（Cu）、硅（Si）和其它一些元素合金添加剂可以很大范围内改变铝的性能。
从而也形成了各种铝合金。
根据国家标准GB/T5237—93规定建成建筑型材的品种有两种LD30、LD31。
3.1铝型材生产流程
3.1.1程序图（见图3）
图3
铸造
均化处理
挤压
模具制造
人工时效处理
废液处理
表面处理
型材
3.1.2生产的特点
铝型材生产技术的四个环节：
好的型材不但具有表面光泽好，几何尺寸准确等外观特征，而且具备许多良好的内在性能。
要作好这些，须抓好四个环节：
（1）原材料质量：
原材料的成份和均化程度直接影响型材内在和表面质量。
（2）挤压的水平：
从挤压速度上即可看出，质量好的型材一般挤出时出料速度达到20米/分以上。
一般挤压速度15米/分为佳。
（3）要有好的模具。
（4）阳极氧化技术
3.2铸造
建筑铝型材一般壁厚较薄且外形复杂，国际上一般采用6063—T5牌号的铝镁硅合金。
其生产工艺是在纯铝锭的溶液中添加剂所需的化学成份，并连续铸成各种规格的铝合金棒，这时特别提到的是对合金成份和杂质的要求，将对挤压和表面处理的质量，有着极其重要的影响。
图4
3.2.1铸造工艺流程图（见图5）
（图5）
纯铝过秤
除渣
熔化炉
添加镁、硅。
加精炼剂、吹氮处理。
炉前分析去掉炼剂、防止气化。
稳定炉
放覆盖剂（静止炉）
防止氧化分析
铸造
（立式炉）
均化处理
（均火炉）
冷却
运输
挤压过程
3.2.2各项工艺技术
影响铝棒质量的因素有：
（1）化学成份
（2）溶解气体
（3）非金属杂质
（4）结晶粒度和合金偏析
（5）铸造条件
分别叙述如下：
3.2.2.1化学成份
从必要的机械性能、挤压工艺性、特别是考虑到高速挤压，要调整化学成份，将硅、镁作为添加元素，将其它元素作为杂质加以控制管理，特别要注意的是杂质增高，会使挤压型材表面和阴极氧化的型材表面质量降低，从而降低成材率。
表16603—T5的化学成份表表1
元素名称
镁
铜
硅
锰
锌
铬
钛
铁
铝
国家冶金标准
0.45～0.90
0.10以下
0.20
～0.60
0.35以下
其余
考虑到化学成份对机械性能的影响，有必要把镁和硅的含量比，调整到1.73：
1。
特别是过剩的镁能降低材料的强度，过剩的硅有损于铝的挤压性能和电解着色性能，如果含量少，将降低型材的机械性能。
含铁成份过多，挤压型材表面粗糙，影响氧化膜的光泽，要使着色的色差小，就必须严格控制铁的含量，使之降到最小范围，锌、铜含量高，将对氧化膜外观质量有明显降低，因此在熔铸时调整成份就严格按要求进行。
3.2.2.2熔化过程
这一流程最关键的是除渣、脱气处理、搅拌。
如果这一项处理不当，使杂质混进铝棒或吸收气体，将使挤压时的型材起泡，表面产生缺陷（气泡、夹杂）。
（1）熔化
如果熔化温度高，铝会进入炉底耐火砖内，致使缩短炉床寿命，同时增加熔铝的氧化损失和吸收气体，而熔化温度过低，会降低铝水的流动性。
（2）除渣
在铝水表面上和铝水中散布着以氟化物、氧化物为主要成份的熔渣，溶化时要将浮渣清除。
（3）脱气处理
一般脱气处理是以氧化物的片剂型，用氯气、非活性气体或氯气和非活性气体的混合气体之中的一种进行处理，一般为了环境保护及取得良好的脱气处理，用混合气体者较多。
渤海铝业采用氩气脱气处理。
（4）熔化铝水的过滤
脱气处理后，在保温炉与冷凝器之间安装陶瓷过滤板以过滤溶铝，除掉其氧化物夹渣。
3.2.2.3铸造工程
在铸造铝棒时，重要的铸造条件是在于铸造温度、速度和铝的凝固梯度等，因为这些会影响铝棒表面缺陷及组织偏析，这样在挤压时，在型材上会出现多纹等缺陷，而且会严重影响表面处理后的产品的产品质量。
铸造参数见表2：
表2
铝棒直径
铸造温度℃
铸造速度每100毫米的秒数
φ114
700～730
40～50
φ152
60～65
φ254
90～100
铸造中一般均用井式竖向顶铸。
小料也用卧式铸造。
3.2.2.4均化处理
均化处理是为了满足以下几点：
（1）复杂断面形状的型材和尺寸精度。
（2）机械性能。
（3）表面质量（包括着色表面质量）。
（4）挤压速度。
之所以要均化处理是因为铸造存在下列问题：
a）晶界偏析，即已熔金属间化合物降低了合金的可加工性，而且在阳极氧化后产生条纹结构。
b）合金组分的高度弥散的沉淀物，其过饱和固溶体，增大了高湿度流动应力，也就降低了可加工性，有时粘附于模具表面而使型材表面产生“划痕”。
c）一些合金元素，包括镁、铁及锆，不论是固溶在其中还是作为高度弥散沉淀物，都阻碍了再结晶，在着色阳极氧化时，对表面质量影响特别明显。
d）在连续铸造后，冷却时沉淀出的Mg2Si使型材无法达到要求的硬度，并损害表面的光洁度。
e）单一晶粒及晶胞边界的沉淀显示结构的痕迹，降低型材表面的光洁度。
上述影响可以部分地或全部地在铸棒进行均化处理予以消除。
均化处理的加热温度为560～580℃。
最少的保温时间6小时，冷却速度为200℃/小时以上。
特别是冷却速度对型材质量挤压工艺性的影响较大，因为冷却速度一慢，固熔体中的元素就要析出。
3.3挤压型材
挤压加工时，重要的条件是精度、模痕、伤痕、形位公差，要控制在规定的范围内，使型材表面不会在表面处理时发生缺陷，用高速挤压型材是提高生产率和表面质量的途径。
3.3.1挤压流程的概要（如图6见下页）
3.3.2各流程的技术
挤压过程中，型材质量和工艺参数，受到挤压机型式与吨位、型材断面的情况、铝棒的质量、模具的情况及挤压温度、速度、型材冷却速度及人工时效处理的影响（见图6）。
3.3.2.1铝棒加热温度及挤压速度
铝棒加热温度与型材断面情况和表面质量有关。
一般在可能条件下，选择应尽量选择较低温度，提高温度虽然可减少挤压压力，但会对型材表面质量带来许多不好的影响。
由于铝棒和挤压模腔之间磨擦产生的热量在工频加热炉的设备设计上就考虑到，坯料头部温度要比尾部的温度高约束30～50℃,也就是在整个坯料上的温度均成倒锥
形。
铝棒（坯料）加热温度如表3。
图6
校形滚轮
表面质量监视
氧化处理
定尺锯切断
拉抻矫直
强冷和冷却
热坯剪
铝棒加热
锯断
工频炉、或电炉、煤气炉
计算机控制
坯料长短
表3
实心型材
430±
20℃
空心型材
490±
图7
挤压速度与铝棒温度影响一样,关系到型材表面质量,按型材断面情况选择适当的速度,一般挤压实心型材,挤出的型材速度在40米/分左右,空心型材在20米/分左右。
以上数据可供参考。
现场挤压速度及挤压棒温度应根据实际情况而确定。
3.3.2.2型材的冷却
为使型材固溶体化，在出模时可以强制冷却，这是因为型材的硬化因素的Mg2Si的析出量，粒子的大小与温度时间一起变化，而影响机械性能和型材表面缺陷。
一般是以T5来处理，进行强冷，以100～155℃/分的冷却速度，但厚度太大时，会使冷却慢，这时需采用水冷或液氮冷却。
但用水冷会使型材变形，给校正增加困难。
3.3.2.3人工时效处理
6063铝合金为时效硬化型合金，以提高型材的机械的机械性能为目的，进行人工时效处理，将硬化合金元素Mg2Si固溶体,在170～200℃之间,加热一定时间后很均匀地析出。
工艺参数:
180℃—10小时,其中加热升温2小时。
3.3.2.4挤压比：
即挤压筒直径大小面积与型材断面面积之比，一般应在15～35，型材外轮廓即外圆尺寸应小于挤压筒直径。
在挤压比允许下若大于挤压筒直径可采取扩展模技术。
4型材的表面处理技术
当裸露不经表面处理的铝暴露于空气中，在其表面上立即形成一层薄的保护膜，这层自然生成的膜能够抑制腐蚀，而当这层膜被损坏时，能很快愈合。
但是在长期风化影响下，这层膜被蚀透，并且使铝的表面逐渐地变粗糙、变暗、成麻坑或出现白色粉末等现象。
这对于建筑门窗需要良好的外观是不允许的，而且，自然氧化膜很薄，仅0.001～0.003μ厚，其质地较软极易划伤。
因此，必须采取表面处理（见图8）。
表面处理的作用。
1）提高了表面耐腐蚀性能，保持表面光泽不易划伤。
2）提高了表面耐腐蚀性能。
3）使型材表面有坚固的抗风化性能，保持型材表面
的美观。
4）满足建筑艺术色彩的要求，能提供长期耐久有魅力的外观（如图9）。
图9
图10工艺流程图
上料
热水洗
阳极氧化
脱脂
电泳涂漆
水洗
中和
腐蚀
高纯水洗
电解着色
除水
烤干
封孔
卸料
料
工艺过程：
表面予处理阳极氧化沸水封孔
4.1.1表面予处理
为了获得良好性能氧化铝薄膜而进行的表面予处理过程叫表面予处理。
4.1.1.1一般工艺
脱脂水洗碱蚀洗一次水洗二次水洗
中和水洗
4.1.1.2脱脂
种类：
有机溶剂脱脂（汽油、酒精、丙酮）
表面活性剂脱脂（肥皂、合成洗涤剂）。
碱性溶液脱脂（磷酸钠、氢氧化钠）。
酸性溶液脱脂。
电解脱脂。
主要工艺见表4。
渤铝：
酸性溶液脱脂（H2SO4180～220克/升3min）后水清洗处理。
4.1.1.3碱蚀洗
碱蚀洗是铝制品在添加或不添加其它物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱洗。
机理：
AL203+2NaOH≒2NaALO2+H2O
同时：
2AL+2NaOH+2H2O→2NaALO2+2H2↑
阳极：
AL+4OH-→ALO2+2H2O+3e
阴极：
2H2O+2e→H2+OH–
碱洗溶液组成往往根据铝制品的用途来确定，氢氧化钠浓度一般为4～10%，最多不超过15%，溶液的控制温度为40～90℃。
建材：
55～60℃。
工艺见表5。
表4脱脂种类及主要工艺
表5铝及合金碱蚀洗工艺
4.1.1.4中和
建筑型材的生产大量采用LD31合金。
该合金不含铜和难溶的氧化物，该合金不含铜和难溶的氧化物蚀洗的其表面的挂灰，可用非氧化性
的稀H2SO4除去。
出光效果好。
中和处理后的制品经水清洗就可进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真。
4.1.2定义及原理
定义：
以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金阳极氧化处理。
原理：
实质是水电解的原理。
当电流通过时，将发生以下的反应：
在阴极上，放出H2：
2H++2e→H2↑
在阳极上：
4OH－4e→2H2O+O2↑
作为阳极的铝合金表面被析出的氧所氧化,形成无水的AL203膜。
4AL+3O2=2AL203+3351J
（图11）型材H2阴极板
———
O2
4.1.2.2氧阳极氧化的种类
按电流分：
直流电阳极氧化。
交流电阳极氧化。
脉冲电流阳极氧化。
按电解溶液分：
硫酸按膜层性质分：
普通膜
草酸硬质膜
铬酸瓷质膜
混合酸光亮修饰层
磺基有机酸半导体作用阻挡层
4.1.2.3其中以直流电硫酸阳极氧化法最常用。
优点：
它适合铝和大部分铝合金的阳极氧化处理；
膜层较厚，硬而耐磨，封孔后可获得更好的抗蚀性；
膜层无色透明，吸附能力强极易着色；
处理电压较小，耗电少；
处理过程不必改变电压周期，有利于连续生产和实现操作自动化，硫酸对人身的危害较铬酸小，货源广，价格低等优点。
工艺参数见表6：
工艺参数内容
工艺参数
电解溶液
15%稀硫酸
电解温度
21±
1℃
电流密度DC
1.3安培/dm2
电解电压DC
16V
电解（min）
30分种以上
图12
1.铝金属基体2.膜内层（阻挡层）3.膜外层4.膜层孔隙
5.电解液6.新生膜
4.1.2.4阳极氧化膜的计算
σ=KIt
σ—阳极氧化膜厚度μm
K系数（取0.311）
I电流密度A/dm2
t氧化时间min
4.1.2.5影响氧化膜生长和质量因素
1）温度。
电解液温度升高，膜的溶解速度呈抛物线形式增加。
2）电流密度。
电流密度的增加，制品表面生成铝氧化膜，厚度都有增加。
3）电解液成份及其浓度。
硫酸浓度对氧化膜的厚度的影响不大。
4）时间
随着阳极氧化时间的延长，氧化膜厚度增加。
槽液的浓度、温度、
电压、电流、时间是阳极氧化技术的关键。
另外水洗时水一定要经过循环处理。
4.1.2.6建筑铝型材的阳极氧化工艺
1）阳极氧化膜厚度:
AA15级。
2）电流液成分:
H2SO410～30%±
2%15±
2%（最佳值）
铝离子含量:
20g/L以下5g/L以下（最佳值）
溶液温度:
15～20℃1±
1℃（最佳值）
电流密度:
DC0.6～1.3A/dm21.3±
5%A+dm2（最佳值）
时间:
按膜厚确定TD31:
30—10min（最佳值）
60—28min（最佳值）
电压：
设值±
2V16V（最佳值）
4.1.3封孔处理
4.1.3.1分类：
水合封孔、无机盐溶液封孔、适明存机余层。
4.1.3.2水含量封孔
水含封孔包括：
沸水封孔和常压，加压蒸汽封孔。
建筑型材一般采用沸水封孔，因为常压加压蒸汽封孔，需要高压容器。
不适合大型产品的流水线生产使用。
1）原理包括两种形式：
80℃以下，PH＜4。
AL2O3+H2O→2AL（OH）H2OAL2O3·
3H2O可逆
80℃以上,中性水中。
AL2O3+H2O→2AL（OH）AL2O3·
3H2O
这就是通常所指的水合封孔过程。
2）工艺
沸纯水温度＞95℃最佳工艺（＞95℃）
PH值＞5.5（5～9）最佳工艺（6±
0.5）
时间＞10min最佳工艺（20～30min）
3）严格控制以下几方面
a.槽液PH值。
b.入槽封孔的制品须清洗干净。
c.为避免氧化膜产生裂纹，封孔前的清洗使用温水。
d.封孔制品应与槽体绝缘。
e.防止封孔液的大量蒸发。
4.2.1将阳极氧化的铝制品置于无机盐电解质溶液中进行。
电解溶液中的金属离子渗到膜孔隙底部还原沉积而使膜层着色的方法，称为电解着色法。
也称二次电解法（如图13见下页）。
2.2工艺
表面予处理直流电硫酸阳极氧化电解着色
沸水封孔或电泳涂浸
图13
着色工艺：
在金属盐溶液（PH值0.5～7、金属盐浓度1～100g/升、室温）中交流电解（电压倒5～30V，电流密度0.2～0.8A/dm2交流电频率50HZ，对应电极易采用与着色金属离子相同的材料，可用钛、不锈钢、石墨）1～15min。
所着颜色与选用的金属盐有关，同一种颜色色调的深浅与电解时间有关。
亚锡盐SnSO4·
SnCL2琥珀、青铜色。
铜盐CuSO4·
5H2OCu（AC）2红茶色。
镍盐NiSO4·
7H2ONi（AC）2青铜色。
钴盐CoSO4·
Co（AC）2FeCl2青铜色。
银盐AgNO3·
Ag2SO4黄绿色。
金盐AuCl2·
Au（CN）2红紫色。
铅盐PbSO4·
Pb（AC）2茶褐色。
锰盐MnSO4茶金色。
铁盐FeSO4青铜色。
锰酸盐KMnSO4黄褐色。
硒酸盐No2SeO3浅黄金色。
4.2.3亚锡盐溶液电解着色的几个问题
1）亚锡离子含量多，所得色深，一般采用5～30g/L。
2）电压越高，色调越深，电压6～8V。
电压过高会造成色差。
3）电流密度一定时，颜色深浅取决于电解时间。
一般0.5～15min，最好1～12min。
4）室温变化，对着色颜色影响不大，当温度低于是10℃高于35℃时，色变浅。
温度升高，耐磨性降低。
一般17～23℃。
5）制品以阳极氧化,清洗后应立即电着色,在空气中放置不超30min,在纯水中,不超过2小时。
6）着色不理想，可在硫酸溶液中浸泡几分种，重新着色。
7）对应电极最好采用纯铝板。
4.3电泳涂漆
电泳涂漆是六十年代出现的一种先进工艺。
4.3.1特点
1）涂料是水溶性的。
2）涂膜可通过变化电量进行控制，膜层附着力强。
3）生产效率高，易于实现自动化生产。
4）涂料利用率高达90～95%。
4.3.2原理
以阳极氧化（着色）后的制品作为阳极，铝或不锈钢为阴极，置于热固化型水溶液丙稀酸透明树脂渣溶液中，在外电场的作用下，带负电荷的涂料粒子向制品移动，从而在其表面形成一层带有胶粘性的漆膜。
4.3.3工艺
表面予处理阳极氧化电解着色
电泳涂漆
工艺条件：
树脂漆溶液中固体分浓度13%±
1%。
电泳溶液温度22±
3℃。
电泳溶液PH值：
9.2±
0.4（20℃）。
电阻率：
2250±
1250Ω·
cm（20℃、15%）。
供电电压：
100～250V。
电流密度：
0.2～0.5A/dm2。
通电时间：
90～180s（漆膜厚6～9μm）。
烧烤温度:
170～200℃（25～35min）。
电泳涂漆见图14。
图14
电泳涂漆能否得到质量良好的漆膜，主要取决于涂料对被涂工件表面的浮覆能力的好坏。
除漆液种类不同外，它与电泳工艺参数密切相关，一般情况下，泳透力与漆液固体分浓度、电泳电压、时间、温度成正比，与漆液PH值和电极间距成反比。
所以，在过程中，对这些因素加以控制。
此外，在操作时，应避免电泳液遭受污染；
溶液需进行搅拌，使固体成份和液温分布均匀；
采用0.3:
1的阴阳极面积比，阳极设有防护罩，以消除氢气对电沉积的影响；
漆膜烧烤温度要均匀，以避免出现花斑。
4.4粉末喷涂
把干燥粉状物吸附于金属工件，经过200℃左右高温烘干后，粉状物固化成为一定厚的坚固光亮的涂层。
主要成份：
环氧树脂、聚脂聚氨脂与它们之间的不同组合。
工艺过程：
铝型材经表面予处理，然后在铬酸盐溶液中进行化学氧化；
清洗干燥后进入喷粉室，在强电场（40～100KV）中,通过喷枪（0.1～0.8×
10pa）将带负电荷的粉未均匀地喷涂在型材表面上,所以能保持长时间粘合并能达到100μm。
最后在烘干固化室固化,这种涂层抗蚀性、耐热性、硬度都很高，色泽鲜艳、颜色多达几十种，成本较低。
渤铝
升级会员 