前言

隨著建筑鋁合金型材逐漸普及，陽(yáng)極氧化鋁型材因用于民用建筑的鋁門窗而被人們所熟知。且氧化膜具有抗蝕、耐磨、吸附、絕緣、經(jīng)久耐用、安全無(wú)毒等優(yōu)良特性，因而越來(lái)越融入人們的日常生活中。膜厚在20μm以上的陽(yáng)極氧化膜在夏天高溫長(zhǎng)時(shí)間曝曬的情況下，表面會(huì)有曝裂現(xiàn)象出現(xiàn)，銀白料會(huì)較清晰地呈現(xiàn)出來(lái)。針對(duì)此現(xiàn)象，從生產(chǎn)工藝角度來(lái)分析、解決，避免此異?，F(xiàn)象對(duì)鋁門窗的使用產(chǎn)生不良影響。

陽(yáng)極氧化是將鋁型材作為陽(yáng)極置于硫酸電解質(zhì)溶液中，在直流電的作用，氧離子與鋁基材表面發(fā)生化合作用使其形成AL2O3膜層。鋁的陽(yáng)極氧化實(shí)質(zhì)就是水的電解作用。

在陰極上的反應(yīng)：

在陽(yáng)極上的反應(yīng)：

鋁型材與其電解作用析出的氧離子，生成無(wú)水氧化鋁膜AL2O3。

形成氧化膜的反應(yīng)：

氧化膜由Al2O3?H2O、多孔層、阻擋層三種結(jié)構(gòu)組織組成。由于氧化鋁離子的體積大于鋁原子，所以在最初幾秒鐘所生成的氧化膜完全覆蓋了鋁表面，此時(shí)生成的是致密無(wú)孔、電阻較高的氧化膜內(nèi)層—阻擋層，而硫酸電解液是一種強(qiáng)酸性溶液，對(duì)生成的氧化膜有溶解作用，故氧化膜的生成是不均勻的，氧化膜邊生長(zhǎng)邊溶解，電場(chǎng)作用下就形成了多孔氧化膜—多孔層。陽(yáng)極氧化過程中，阻擋層既不斷轉(zhuǎn)化成多孔層，同時(shí)又不斷朝鋁金屬內(nèi)部方向重新生成 ，其厚度幾乎維持不變，而多孔層卻在不斷增厚。氧化膜中均含有水，但均為結(jié)晶水。

氧化膜厚度在20μm以下，在正常生產(chǎn)工藝控制下，其耐熱裂是很少出現(xiàn)異常的，只有氧化膜厚度在20μm（含20μm）以上才容易出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象。

陽(yáng)極氧化膜在20μm以上的生產(chǎn)控制

1.陽(yáng)極氧化

陽(yáng)極氧化時(shí)電解槽液一般控制在18℃～22℃。電解槽溫度低時(shí)，鋁型材表面電解形成的氧化膜變硬、變脆。檢測(cè)加溫時(shí)氧化膜出現(xiàn)熱裂紋的幾率增大。電解槽溫度高時(shí)，非晶型多孔的Al2O3膜變疏松、孔徑增大，檢測(cè)加溫時(shí)出現(xiàn)裂紋的幾率減小。

電流密度控制過高和氧化時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，Al2O3膜變硬變厚，出現(xiàn)裂紋的幾率增大。因膜厚越高抗裂性能越差，在滿足訂單要求的前提下盡量減少膜厚的偏差。不僅能有效地控制生產(chǎn)成本，降低消耗，還提高抗裂檢測(cè)合格率。

2.封孔

氧化膜抗裂性能另一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)就是封孔。封孔時(shí)產(chǎn)生的Ni(OH)2在Al2O3膜孔中大量沉積，填充其蜂窩狀六棱體，從而達(dá)到將氧化膜孔封閉。當(dāng)封孔后的熱純水洗時(shí)溫度大于80℃時(shí)，多半生成一水軟鋁水合物：

經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的封閉層呈松軟的絮狀。封孔處理完畢后仍然吸收空氣中的水分，水合反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，形成致密的氧化膜達(dá)到真正封孔。若在封孔處理過程中，封孔速度快、封孔效果不好的情況下，抗裂檢測(cè)加溫時(shí)，因Ni(OH)2膨脹系數(shù)與Al2O3膨脹系數(shù)不一樣，封閉層脫水吸收熱量發(fā)生膨脹，將膜孔脹裂。

陽(yáng)極氧化膜在20μm以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.一般生產(chǎn)工藝控制（表1），生產(chǎn)期間在6～7月。

表 1

2.熱裂性檢測(cè)（表2）

表 2

2、氧化膜厚度均在20～28μm。

3.改善后生產(chǎn)工藝的控制(表3)，生產(chǎn)期間在8月份。

表 3

4.熱裂性檢測(cè)（表4）

表 4

2、氧化膜厚度均在20～25μm。

一般生產(chǎn)工藝條件下生產(chǎn)的20μm以上的陽(yáng)極氧化膜，在夏天高溫長(zhǎng)時(shí)間曝曬狀態(tài)下，表面會(huì)出現(xiàn)曝裂現(xiàn)象，特別是銀白料表面可較清晰看到，且影響使用質(zhì)量。本論文主要針對(duì)此現(xiàn)象，論述通過陽(yáng)極氧化生產(chǎn)工藝的控制，生產(chǎn)20～25μm氧化膜在溫度達(dá)到82℃時(shí)，氧化膜都不會(huì)出現(xiàn)曝裂。

經(jīng)過3個(gè)月的生產(chǎn)工藝試驗(yàn)、檢測(cè)中心的批量檢測(cè)，生產(chǎn)20～25μm厚的陽(yáng)極氧化膜，生產(chǎn)工藝應(yīng)嚴(yán)格按工藝控制，曝膜的現(xiàn)象基本上可以避免。

鋁型材表面陽(yáng)極氧化膜的性質(zhì)

1、陽(yáng)極氧化膜為二層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層是純度較高的三氧化二鋁，致密的薄的玻璃狀膜，厚度約0.01~0.05μm，硬度較高；外層是含水的三氧化二鋁（Al2O3·H2O）膜。

2、氧化膜與基體結(jié)合牢固，因?yàn)檠趸な怯苫w金屬生成的，與基體金屬結(jié)成為一個(gè)整體。

3、氧化膜孔隙多，孔隙成錐形毛細(xì)管狀，孔徑自內(nèi)向外變大。因而，它具有很好的吸附能力，易染成各種顏色，加強(qiáng)裝飾作用；與涂料結(jié)合力強(qiáng)，適于作涂裝底層；為提高耐蝕性能，應(yīng)進(jìn)行封孔處理。
4、氧化膜是絕緣體，當(dāng)膜厚1μm時(shí)，擊穿電壓為25V；純鋁氧化膜的電阻率為109Ω/cm2。

5、氧化膜耐熱性能優(yōu)良，耐熱可高達(dá)1500℃，其熱導(dǎo)率比金屬低。

6、氧化處理后，工件的尺寸稍有增大，因?yàn)槿趸X的體積比鋁的體積大。

廣東省屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，在進(jìn)入干燥少雨冬季以后，生產(chǎn)工藝和條件在相同的情況下，抗裂檢測(cè)結(jié)果會(huì)有所改變，所以生產(chǎn)時(shí)不可忽略了氣候的變化。在冬季干燥少雨的情況下，生產(chǎn)時(shí)需注意：

1、使封孔效果比夏季略差一點(diǎn)，即提高封孔槽的PH值，減少封孔時(shí)間。

2、控制氧化槽溫度在標(biāo)準(zhǔn)范圍的上限值，即19℃～21℃。

3、盡量控制膜厚偏差。

4、增加熱純水洗時(shí)間及溫度。以上措施可有效減少氧化膜爆裂出現(xiàn)的幾率。