铝与铝合金导电氧化工艺经验谈.docx

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铝与铝合金导电氧化工艺经验谈

铝及铝合金导电氧化工艺经验谈

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大|中|小2006-08-3113:

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铝及铝合金经导电氧化工艺后所获的氧化膜具有导电性能，这是其特有的性能，而且膜层的防护与装饰性能良好。

铝及铝合金导电氧化工艺操作简便，无需专用设备。

近年来，有关导电氧化膜层易于吸附有机涂料结合力良好得到进一步认识，因而在油漆和电泳涂料基底的应用也逐步开展。

笔者服务于此工艺已多年，在工艺管理和生产实践中都积累了一定的经验，下面简述工艺全过程。

1　前处理

　　铝在空气中极不稳定，易生成用肉眼也难以识别的氧化膜。

由于铝件加工工艺的不同铸造成型，或是由延压板材直接剪切而成，或是机械精细加工成型，或是经不同工艺成型后又经热处理或焊接等等，经上述不同的加工工艺，工件表面会留下不同状态、不同程度的污物或痕迹，在前处理工序中必须根据工件表面的实际情况选择前处理的工艺方法。

　　精细加工件在前处理工序中需要注意的问题:

精细加工件虽然表面的自然氧化膜才初生成、较易清除，但细腻重，特别是孔眼及其周围（因机加工过程中润滑需要而添加的），这类工件必须先经有机溶剂清洗，若直接用碱洗不但油腻重难以除净，且精细加工面承受不了长时间的强碱腐蚀，结果还会影响到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最终成为废品。

　　铸造成型件在前处理工序中需要注意的问题:

铸造成型件并非所有表面都经过机械加工的，未经机加工的表面留有浇铸过程中形成的过厚氧化层，有的还夹有砂层，一般情况下，机加工或喷砂方法先除去这一部位的原始氧化膜，或是经碱洗后再加工，只有这样才能既除净未加工部位的原始氧化层，又避免机加工部位公差尺寸的改变。

　　经过热处理或焊接工艺的工件在前处理工序中需要注意的问题:

按工艺要求，工件转入热处理或焊接工序之前需经有机溶剂清洗，除净表面油污，但目前一般做不到这一点，故工件表面形成一层油污烧结的焦化物，这层焦化物在有机溶剂中难以除净，若浸泡在碱液中会引起局部腐蚀，产生麻点或造成凹凸不平，严重影响产品质量。

笔者用浓硝酸浸泡的方法来松软这层焦化物，待焦化物松软后在碱液中稍加清洗即能彻底除净。

　　1.1　有机溶剂除油

　　油污不太严重的可采取在溶剂中短时间浸泡；油污严重的应采取用棉纱蘸溶剂揩擦，或用鬃刷刷洗。

操作中要注意安全，用后剩余溶剂要妥善保管好。

　　1.2　晾干

　　无论采用何种有机溶剂的清洗方式，晾干工序决不可省略，否则将会失去清洗意义。

　　1.3　绑扎

　　①绑扎用的材料宜选用铝线，禁用铜线和镀锌铁线，可用退去锌层的铁线。

　　②稍大件的单件绑扎为好，尽可能绑在离零件边沿最近的孔眼中，以减少对工件表面的影响。

　　③不同种工件不宜同绑于一串中，因不同成分（牌号）的铝材氧化处理时间是有所区别的。

　　④注意所绑扎的工件悬空时的方向，要避免凹入部位因朝下而产生窝气。

　　1.4　碱洗

氢氧化钠　　　　　　　　50～70g/L

温度　　　　　　　　　　　50～70℃

时间　　　　　　　　　　0.5～2min

　　碱洗时间视工件表面油污除净为止。

　　1.5　循环水冲洗

　　碱洗后的冲洗最好先用热水冲洗，有利于洗净工件表面上的碱性物质。

有盲孔、狭缝的工件要加强对该部位的冲洗，并甩净其中的残留溶液。

　　1.6硝酸出光

硝酸　　　　　　　　　　　　200～300ml/L

温度　　　　　　　　　　　　　　　　室温

时间　　　　　　　　　　　视黑膜退净为止

　　若处理杂铝、铸铝还应在此配方的基础上添加50ml/L氢氟酸，以加速除去碱洗时粘附在铝件表面的不溶物。

2　氧化成膜

　　2.1　氧化

　　溶液配方及工作条件

铬酐　　　　　　　　　　　　　　4～5g/L

氟化钠　　　　　　　　　　　　1～1.2g/L

铁氰化钾　　　　　　　　　　0.5～0.7g/L

温度　　　　　　　　　　　　　25～35℃

时间　　　　　　　　　　　　　　30～60s

　　经前处理后要立即转入氧化工序，以防因工件在大气中搁置过久而又生成自然氧化膜而影响氧化层的质量。

再度浸泡在清水中虽优于曝露在大气中，但也不宜浸泡过久。

　　氧化过程中溶液的温度是至关重要的工艺条件，溶液温度过高，成膜速度加快，氧化膜容易出现粉化；溶液温度过低，成膜速度缓慢，所生成的膜色调偏淡，附着力差。

　　在同一型号铅材为求得表面基本一致的色彩，应在同一溶液温度下处理同样时间。

　　在一定的围温度与时间成反比，即溶液温度越高，所需时间越短，反之所需时间越长。

　　铝材纯度越高所需的氧化处理时间越长。

氧化处理时间不足，生成的氧化膜过于浅淡；铝材纯度低，氧化时间缩短，否则氧化膜显旧，甚至影响膜层的导电性能。

　　为了获得均匀的氧化膜色彩，小件氧化时可在溶液中多晃动，大件可采取搅拌溶液或静处理（不搅拌溶液、不晃动工件），以防工件的边缘部位与溶液的交换机会比工件的中心部位增多而产生不均匀的氧化膜色彩。

　　2.2　循环水冲洗

　　对于有盲孔、狭缝的工件要加强对这些部位的冲洗，并甩净里面的残留溶液，以防氧化溶液流出来氧化面受破坏。

　　2.3　自检

　　工件经循环水冲洗后宜即自检质量，如发现有缺陷的可在碱液中退除，出光后重新氧化。

3　后处理

　　3.1　热水冲洗

　　热水洗目的是老化膜层。

但水温和时间要严格控制，水温过高膜层减薄，颜色变淡。

处理时间过长也会出现上述类似问题，适宜的温度和时间是:

　　温度　　　　　　40～50℃

　　时间　　　　　　0.5～1min

　　3.2　干燥

　　干燥方法以自然晾干为好，经热水冲洗过的工件斜挂于架子上，让工作表面的游离水以垂直方向向下流。

流至下端角边的水珠用毛巾吸去，按此法晾干的膜层色彩不受干扰，显得自然。

　　3.3　老化

　　老化方法可根据气候条件来决定，有日光的夏季可在日光下曝晒，阴雨天或是冬季可用烘箱烘烤，工艺条件是:

　　温度　　　　　　40～50℃

　　时间　　　　　10～15min

　　3.4　不合格件的返修

　　不合格导电氧化膜件宜在干燥、老化工序之前先挑出来。

若干燥、老化后膜层较难退除并会影响工件表面的粗糙度，为此问题笔者在工艺上进行了一些摸索，经多种方法试验，发现采用下列方法效果很好，方法简单。

又不影响工件表面质量，具体过程如下:

　　首先将不合格的工件夹在铝阳极氧化用的夹具上，然后按铝在硫酸溶液中的阳极氧化方法进行阳极处理2～3min，待膜层松软、脱落，再经碱液稍加清洗及硝酸出光后即可重新进行导电阳极化。

　　铝及铝合金导电氧化是一项很有应用前景的工艺，该工艺操作简便，生产成本低廉，所获膜层除特有的导电性能之外，还可用于工件的防护与装饰，色彩比锌层彩色钝化膜雅致，具有较浅且均匀的细纹彩虹，是有推广价值而尚未被广泛认识的涂覆工艺。

铝合金基本常识

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一、分类：

展伸材料分非热处理合金及热处理合金

1.1非热处理合金：

纯铝─1000系，铝锰系合金─3000系，铝矽系合金─4000系，

　　　　　　　　　铝镁系合金─5000系。

1.2热处理合金：

铝铜镁系合金─2000系，铝镁矽系合金─6000系，铝锌镁系合

　　　　　　　　金─7000系。

二、合金编号：

我国目前通用的是美国铝业协会〈AluminiumAssociation〉的编号。

兹举

　　　　　　　　例说明如下：

1070-H14（纯铝）

　　　　　　　　　　　　　　2017-T4（热处理合金）

　　　　　　　　　　　　　　3004-H32（非热处理合金）

　2.1第一位数：

表示主要添加合金元素。

　　　　　　　1：

纯铝

　　　　　　　2：

主要添加合金元素为铜

　　　　　　　3：

主要添加合金元素为锰或锰与镁

　　　　　　　4：

主要添加合金元素为矽

　　　　　　　5：

主要添加合金元素为镁

　　　　　　　6：

主要添加合金元素为矽与镁

　　　　　　　7：

主要添加合金元素为锌与镁

　　　　　　　8：

不属於上列合金系的新合金

　2.2第二位剩表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金

0：

表原合金

　　　　　　　1：

表原合金经第一次修改

　　　　　　　2：

表原合金经第二次修改

　2.3第三及四位数：

　　　　　纯铝：

表示原合金

　　　　　合金：

表示个别合金的代号

　　　　　＂-″：

后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的链度符号

　　　　　-Hn：

表示非热处理合金的链度符号

　　　　　-Tn：

表示热处理合金的链度符号

铝及铝合金的热处理

一、链度符号：

若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效　

处理及软烧等处理，以获取所需要的强度及性能。

这些处理的过程称

之为调质，调质的结果便是链度。

链度符号定　义

F制造状态的链度

无特定链度下制造的成品，如挤压、热轧、锻造品等。

H112未刻意控制加工硬化程度的制造状态成品，但须保证机械性质。

O软烧链度

完全再结晶而且最软状态。

如系热处理合金，

则须从软烧温度缓慢冷却，

完全防止淬水效果。

H加工硬化的链度

H1n：

施以冷加工而加工硬化者

H2n：

经加工硬化后再施以适度的软烧处理

H3n：

经加工硬化后再施以安定化处理

n以1~9的数字表示加工硬化的程度

n=2表示1/4硬质

n=4表示1/2硬质

n=6表示3/4硬质

n=8表示硬质

n=9表示超硬质

TT1：

高温加工冷却后自然时效。

　　挤型从热加工后急速冷却，再经常温十效硬化处理。

亦可施

　　以不影响强度的矫正加工，这种调质适合於热加工后冷却便

　　有淬水效果的合金如：

6063。

T3：

溶体化处理后经冷加工的目的在提高强度、平整度及尺寸精

　　度。

T36：

T3经6%冷加工者。

T361：

冷加工度较T3大者。

T4：

溶体化处理后经自然时效处理。

T5：

热加工后急冷再施以人工时效处理。

　　人工时效处理的目的在提高材料的机械性质及尺寸的安定性

　　适用於热加工冷却便有淬水效果的合金如：

6063。

T6：

溶体化处理后施以人工时效处理。

　　此为热处理合金代表性的热处理，无须施以冷加工便能获得

　　优越的强度。

於溶体化处理后为提高尺寸精度或矫正而施以

　　冷加工，如不保证更高的强度时，亦可当作是T6链度。

T61：

溶体化处理后施以温水淬水再经人工时效处理，温水淬水的

　　目的在防止发生变形。

T7：

溶体化处理后施以安定化处理（亦及人工时效处理的温度或时

　　间较T6处理高或长）。

　　其目的在改善耐硬力腐蚀裂及防止淬水时发生变形。

T7352：

溶体化处理后除去残馀应力再施以过时效处理（亦及人工

　　时效处理的温度或时间较T6处理高或长）。

　　目的在改善耐硬力腐蚀裂。

於溶体化处理后施以1~5%永久变

　　形的压缩加工，以消除残馀应力。

T8：

溶体化处理后施以冷加工再施以人工时效处理，冷加工时断

　　面减少率为3%及6%各为T83及T86。

T9：

溶体化处理后人工时效处理，最后施以冷加工，最后冷加工

　　的目的在增加强度。

二、软烧处理：

2.1目的：

展伸用材料包括压延用材料，挤压用材料及锻造用材料，通常其制造程序为：

　　铸造→热加工→冷加工→材料成品

　　在热加工或冷加工的过程中，材料发生加工硬化的情况，使强度变大或导致加工

硬化的情况，使强度变大或导致加工性减低。

为消除这些加工硬化，於冷加工前，

中或后所施的热处理即为软烧处理，其目的在使材料具有使用上所需要的程度。

2.2分类：

由於软烧条件的不同而分：

2.2.1部分软烧：

仅消除部份加工硬化，处理温度在再结晶温度以下，

实际温度则视强度而定，强度愈高则处理温度较低。

2.2.2完全软烧：

处理温度在材料的再结晶温度或稍高使材料发生再结晶而完

全消除加工硬化，亦使强度达到最低的状态。

软烧处里就时机而分：

2.2.3中间软烧：

再冷加工开始之前或冷加工过程中，所加的软烧处理，

通常为完全软烧，其目的在恢复其加工性，使接下去的加功能较顺利，

及控制其组织状态，俾能适合於最终成品的要求。

2.2.4最终软烧：

主要目的再调整成品最后的强度水准亦即调整链度。

加工常识

一、铝合金成型加工通常出现之缺陷：

缺　陷原　因改善对策

　●　胚料有瑕疵

1.空心壳壁或凸缘之龟裂1.滚动缺陷（摺叠）1.改善品质管制

2.起耳状物2.机械性质太过平均2.退火（如不致生晶粒生长）

工具有瑕疵

1.引伸一开始，空心壳之

　底部即被撕裂。

1.冲头或模之圆角太小。

1.加大冲头或模之圆角。

2.引伸末了，空心壳之底

　部方被撕裂。

2.引伸比太大，冲头未对准模孔中心。

2.增加中间引伸，选用品质较佳之材料；若为方形空心壳则增加转角之冲模间隙。

3.引伸刮痕。

3.润滑不佳，工具表面之情况不佳（已磨耗）。

3.使用特殊引伸用黄油（材料必须经磷酸盐处理或镀铜），再光制工具表面（镀铬），选用不易产生刮痕之材料。

4.成品边缘有锯齿形，壳

　表面有皱纹。

4.模圆角太大，冲模间隙太大。

4.再轮模或更换引伸模具

　●　工具或机器之调整不常瑕疵

1.凸缘上有皱纹。

1.胚料架压力太小。

1.增加胚料架之压力。

2.成品之一边有抓伤或其他痕迹，而工具表明面显之痕迹。

2.冲头未对准模孔中心，或倾斜一角度，而造成磨损。

2.再轮磨或重新校准模具

3.壳壁太粗，尤其是矩形深引伸成型成品为然。

3.胚料架压力太小，或模之圆角太大。

3.增加胚料架之压力，或於模与胚料架间制一加强之隆起。

4.壳线有压平之皱纹或龟裂。

4.胚料架压力太小，或冲模间隙太大。

4.更换模具。

二、硫酸阳极处理通常出现之缺陷：

工作物件局部位置电击烧伤或穿孔1.工作物和阴极接触发生

　短路。

1.放置工作物於处理槽

　时，注意与阴极之距离

　，避免发生接触。

2.工作物彼此之间接触发

　生短路。

2.加大工作物间距离。

3.工作物件和夹具接触不

　良。

353.夹具使用前须加以清洗

　，与工作物间须夹紧。

氧化膜极疏松，用手就可擦掉1.电解液温度太高。

1.设法降低温度，例如进

　行搅拌或开动冷却设备

　，并控制温度差在±2℃

　。

2.氧化处理时间太久。

2.缩短氧化时间。

3.工作电流密度太高。

3.降低电流密度。

氧化膜带红色斑点或整个表面或局部表面发红1.导电棒和夹具之间的接

　触不好令铜沉积在铝表

　面。

1.改善导电棒与夹具的接

　触，材质改用铝材。

2.接触中断，如导电中断2.加强氧化过程的检验。

氧化膜暗淡不够光亮或烧焦现象1.工作物件在槽中长时间

　无给电，或断电后又给

　电。

1.经常检查纠正与电器维

　修严格管制处理时程。

2.硫酸溶液溶存的铝业

　增加导致氧化膜的透明

　性变差，最后发生烧焦

　现象。

2.检验处理液中的铝量。

2.1硫酸液中含铝量以1gm/l

　左右为宜。

2.2新液则添加12~13gm/l

　的硫酸铝。

氧化膜有黑斑或黑条纹1.电解液中有悬浮的杂质

1.清理表面悬浮杂质。

2.工作物件表面有油渍

　或其它污染物。

2.彻底纠正除油液成份；

　确实执行前处理。

3.电解液中含铜和铁杂质

　太多。

3.分析后除去并定期更新

　部份电解液。

4.电解后工作物未洗乾净

　就进行封孔。

4.电解后工作物要立即清

　洗乾净，避免处理液或

　杂质残留於氧化膜表面

氧化膜局部表面被腐蚀1.氧化后氧化膜上的电解

　液未洗乾净。

1.加强氧化后的洗涤。

2.深凹处藏有电解无洗乾

　净。

2.均加强氧化后的洗涤。

3.电解液无洗乾净就进行

　封孔处理。

3.均加强氧化后的洗涤。

经重铬酸钾填充后氧化膜色淡而发白1.溶液温度低，填充时间

　短。

1.改正不适宜条件。

2.SO4-2含量太高。

2.检查和校正SO4-2成份。

3.氧化膜太薄。

3.增加氧化处理时间。

氧化膜厚薄不均1.工作物表面附有污染物

　未清理乾净。

1.前处理须彻底将表面洗

　净。

2.处理槽溶液搅拌不够

2.加强搅拌作用。

3.电流密度过高。

3.一般硫酸液阳极处理的

　电流密度以1~2A/dm2为

　宜。

无色的工作物件经热水填充处理易沾上手印，水印，膜层发白1.封孔的温度和时间不够1.按适宜条件进行。

2.PH值不当2.调整PH值。

3.溶液氢氧化铝太多。

3.更换用水。

三、铬酸阳极处理通常出现之缺陷：

缺　陷原　因改善对策

工作物件被烧伤1.零件和夹具间的接触不良。

1.夹紧改进接触。

2.零件和阴极接触，零件之间彼此接触。

2.设法消除避免接触。

3.电压太高。

3.降低电压。

零件被腐蚀成深坑1.电解液中CrO3含量低。

1.调整增加之。

2.铝本身有缺陷，合金成份

不均匀。

2.更换材料。

氧化膜薄，具发白现象1.夹具和导电棒之接触不良。

1.改善接触条件。

2.氧化时间短。

2.加强氧化时间。

3.电流密度小。

3.调整电流密度。

氧化膜上有粉末1.电解液温度高。

1.调整之。

2.电流密度大。

2.调整之。

膜层发黑1.工作物件上的抛光膏无洗乾净。

1.加强氧化前的洗涤。

2.原铝材料本身有问题。

2.更换原材料。

氧化膜发红1.表面准备不好。

1.改善准备工作。

2.导电棒和零件夹具间接处不良。

2.改善接触条件。

四、硬质阳极处理通常出现之缺陷：

缺　陷原　因改善对策

氧化膜的厚度不够1.氧化的时间太短。

1.增加氧化时间。

2.电流密度太低。

2.加大电流密度。

3.氧化的面积计算不正确3.正确计算零件面积。

氧化膜层硬度不够高1.溶液温度高。

1.降低电解液温度。

2.电流密度太大。

2.降低电流密度。

3.膜层厚度太厚。

3.缩小氧化时间。

氧化膜被击穿并烧坏工作物

件

1.铝合金中含铜量高。

1.更换原材料。

2.工作物件散热不好。

2.加强电解液搅动和冷却

3.工作物件和挂具接触不良。

3.设法使接触良好。

4.氧化时给电太急。

4.注意改善作业过程。

（完）