摘要：對(duì)砂面鋁型材料噴砂條件下砂面形機(jī)理以及由此經(jīng)起的型材表面微觀形貌和表層組織結(jié)構(gòu)的變化作了分析，指出了它們對(duì)陽極氧化膜層性能可能產(chǎn)生的影響。
砂面鋁型材傳統(tǒng)的表面預(yù)處理工藝是采用化學(xué)砂面法，用堿蝕洗使其表面形成砂面，然而這是一種鋁耗、堿耗、酸耗很大的不合理工藝近幾年來、國外推出了機(jī)械砂面法用于鋁型材表面預(yù)處理并獲成功，我國已有廠家從國外引進(jìn)了這種砂面機(jī)替代亞光堿蝕，在提高產(chǎn)品檔次、降低成本和減輕環(huán)境污染等方面均有顯著成效，然而這二種工藝方法的砂面形成機(jī)理不同，表面預(yù)處理后其表面及表層狀態(tài)也有重要的區(qū)別，這些都直接或間接影響陽極氧化化膜層性能。
在實(shí)際生產(chǎn)中如果不加區(qū)別地將原喊蝕洗工藝流程中其它工序工藝參數(shù)照搬到噴砂工藝流程中來或在噴砂工藝中未能確定適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，其最終產(chǎn)品可能是不合格的，因此對(duì)噴砂條件下鋁型材表面及表層狀況的研究將有助于整個(gè)工藝流程的確立和最佳工藝參數(shù)的選擇.。
1、砂面形成機(jī)理
化學(xué)砂面法其本質(zhì)是利用金屬材料在某種特定的介質(zhì)中發(fā)生孔濁而達(dá)到精飾的目的，與化學(xué)砂面法相比，機(jī)械砂面法砂面形成機(jī)理完全不同，機(jī)械砂面是用壓縮空氣將不同磨粒射向鋁型材表面，機(jī)械噴砂過程兼具有噴砂處理的沖凈作用和噴丸處理的表面強(qiáng)化作用。
其砂面形成機(jī)理見圖1.從圖1可以看出鋁材表面尖銳處在噴九的沖擊下變得平整，而原本光滑的表面則在金剛砂作用下變得比原來粗糙，最終在鋁型材表面形成具有一定粗糙度的均勻細(xì)致麻面，經(jīng)噴砂面處理可以消除鋁型材表面的擠壓條紋和擦傷。
2、 表面形貌對(duì)陽極氧化膜層性能的影響
從噴砂砂面形成機(jī)理可以看出，噴砂過程對(duì)鋁型材表面形貌會(huì)有較大的影響，我們對(duì)國內(nèi)某廠分別進(jìn)行化學(xué)砂面和噴砂砂面的鋁型材在陽極氧化前（表面預(yù)處理工藝中在砂面形成后的堿洗和中和工藝參數(shù)相同）現(xiàn)場取樣，用表面祖糙度檢測儀和掃描電鏡(SEM)對(duì)2種樣品作了檢測，發(fā)現(xiàn)2種工藝條件下鋁型材的表面形貌參數(shù)值有較大差異.表1列出了2種試樣表面祖糙度幾個(gè)參數(shù)的對(duì)比，同時(shí)從金相照片（圖2)可以看出化學(xué)砂面材在堿洗和出光后己露出基底金屬要比噴砂材光滑得多。
圖1：鋁型材砂面形成示意圖
砂面鋁型材傳統(tǒng)的表面預(yù)處理工藝是采用化學(xué)砂面法，用堿蝕洗使其表面形成砂面，然而這是一種鋁耗、堿耗、酸耗很大的不合理工藝近幾年來、國外推出了機(jī)械砂面法用于鋁型材表面預(yù)處理并獲成功，我國已有廠家從國外引進(jìn)了這種砂面機(jī)替代亞光堿蝕，在提高產(chǎn)品檔次、降低成本和減輕環(huán)境污染等方面均有顯著成效，然而這二種工藝方法的砂面形成機(jī)理不同，表面預(yù)處理后其表面及表層狀態(tài)也有重要的區(qū)別，這些都直接或間接影響陽極氧化化膜層性能。
在實(shí)際生產(chǎn)中如果不加區(qū)別地將原喊蝕洗工藝流程中其它工序工藝參數(shù)照搬到噴砂工藝流程中來或在噴砂工藝中未能確定適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，其最終產(chǎn)品可能是不合格的，因此對(duì)噴砂條件下鋁型材表面及表層狀況的研究將有助于整個(gè)工藝流程的確立和最佳工藝參數(shù)的選擇.。
1、砂面形成機(jī)理
化學(xué)砂面法其本質(zhì)是利用金屬材料在某種特定的介質(zhì)中發(fā)生孔濁而達(dá)到精飾的目的，與化學(xué)砂面法相比，機(jī)械砂面法砂面形成機(jī)理完全不同，機(jī)械砂面是用壓縮空氣將不同磨粒射向鋁型材表面，機(jī)械噴砂過程兼具有噴砂處理的沖凈作用和噴丸處理的表面強(qiáng)化作用。
其砂面形成機(jī)理見圖1.從圖1可以看出鋁材表面尖銳處在噴九的沖擊下變得平整，而原本光滑的表面則在金剛砂作用下變得比原來粗糙，最終在鋁型材表面形成具有一定粗糙度的均勻細(xì)致麻面，經(jīng)噴砂面處理可以消除鋁型材表面的擠壓條紋和擦傷。
2、 表面形貌對(duì)陽極氧化膜層性能的影響
從噴砂砂面形成機(jī)理可以看出，噴砂過程對(duì)鋁型材表面形貌會(huì)有較大的影響，我們對(duì)國內(nèi)某廠分別進(jìn)行化學(xué)砂面和噴砂砂面的鋁型材在陽極氧化前（表面預(yù)處理工藝中在砂面形成后的堿洗和中和工藝參數(shù)相同）現(xiàn)場取樣，用表面祖糙度檢測儀和掃描電鏡(SEM)對(duì)2種樣品作了檢測，發(fā)現(xiàn)2種工藝條件下鋁型材的表面形貌參數(shù)值有較大差異.表1列出了2種試樣表面祖糙度幾個(gè)參數(shù)的對(duì)比，同時(shí)從金相照片（圖2)可以看出化學(xué)砂面材在堿洗和出光后己露出基底金屬要比噴砂材光滑得多。
圖1：鋁型材砂面形成示意圖
表1，2種預(yù)期處理?xiàng)l件下表面粗糙度的對(duì)比
在表1中，可以看出在消除擠壓條紋和擦傷方面，噴砂工藝比堿洗工藝更具優(yōu)勢，其橫向與縱向粗糙度數(shù)值基本一致.顯然它能比化學(xué)砂面工藝獲得更為均勻的砂面.
在表1中，我們還可以看出另一個(gè)重要的差別：在噴砂條件下表面粗糙度要比化學(xué)砂面條件下粗糙度要大得多，究其原因，一方面與砂面形成機(jī)理有關(guān)，這與磨粒性質(zhì)（如粒度、材質(zhì)，硬度）和工藝參數(shù)(如噴射壓力、壓縮空氣噴射時(shí)間、表面覆蓋率）有很大關(guān)系；另一方面則與表層組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，噴砂過程實(shí)際上是一個(gè)塑性加工過程，鋁型材在金剛砂的沖擊下，這種變形是通過晶體的位錯(cuò)完成的，而在其后的堿洗過程中，表面的腐蝕基本上是沿位錯(cuò)方向發(fā)展，.在位錯(cuò)處成核時(shí)所需自由能變化G比無缺陷處要小，從而在鋁型材表面形成擇優(yōu)腐蝕.，在噴砂后堿洗時(shí)間不充分的情況下，這種擇優(yōu)腐蝕也將使表面粗糙度增大。
粗糙度過大顯然會(huì)造成陽極氧化膜層厚度的不均勻，另一方面：由于粗糙峰谷底電解液擴(kuò)散速度要比谷峰電解液擴(kuò)散速度低，同時(shí)在陽極氧化過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而谷底熱量比谷峰熱量更難擴(kuò)散，這將使谷底層的溶解速度更快，這些使得陽極氧化膜層孔隙比增大，附蝕性降低，色差難以控制。
如果把鋁型材表面粗糙峰按理想圓錐體或理想球體進(jìn)行對(duì)比估算就會(huì)發(fā)現(xiàn)噴砂材真實(shí)表面積要比化學(xué)砂面材真實(shí)表面積大得多，這就會(huì)導(dǎo)致電流密度值的失真，其結(jié)果是陽極氧化工藝參數(shù)的失真，從而影響陽極軾化膜層性能。
3表層組織結(jié)構(gòu)對(duì)陽極氧化的影響
噴砂過程中金剛砂的沖擊作用將引起鋁型材表層組織結(jié)構(gòu)的變化，噴砂時(shí)表層金《在高速彈丸的沖擊下發(fā)生激烈的塑性變形，伴隨著塑性變形過程晶體發(fā)生滑移，導(dǎo)致亞晶粒內(nèi)位錯(cuò)密度的增加，晶格畸變。
晶格間距發(fā)生變化，噴砂后在表層將獲得較為細(xì)密的顯微組織。
晶格間距發(fā)生變化，噴砂后在表層將獲得較為細(xì)密的顯微組織。
在噴砂過程中，表層金屬經(jīng)歷了易滑移階段和形交強(qiáng)化等階段，在易滑移階段，對(duì)變形提供主要貢獻(xiàn)的是出現(xiàn)在晶體表面的位錯(cuò)，在低于結(jié)晶溫度下，位錯(cuò)對(duì)潛在的變形能有重要影響。在塑性滑移條件下單位體積內(nèi)的機(jī)械變形功將等于系統(tǒng)在單位體積中形成單位位錯(cuò)時(shí)熱力勢的增加，現(xiàn)代形變強(qiáng)化理論認(rèn)為：位錯(cuò)形成了平面塞積群，它由幾個(gè)受滑移面障礙阻滯的平面位錯(cuò)組成，其結(jié)果是流變應(yīng)力增大，塞積群位錯(cuò)的交互作用導(dǎo)致每一個(gè)位錯(cuò)能增加，這樣將使表面位錯(cuò)的化學(xué)位能增加。
這種表面化學(xué)位和表面活化能的改變對(duì)其后的陽扱氧化的影響主要體現(xiàn)在導(dǎo)致陽極氣化時(shí)兩極過電位和陽極表面活化能的改變，在陽極氧化的阻擋層生成過程中，氧化電流服從下述公式
從上述公式可以看出表層組織的改變將會(huì)通過影響氧化電流而直接影響氣化膜層的性能，隨著表面活化能和兩扱過電位的增加，其氧化電流減少，結(jié)果在同樣的氧化時(shí)間內(nèi)獲得的氧化膜致密層減薄，耐蝕性降低。
4、結(jié)束語
在不同預(yù)處理?xiàng)l件下，由于砂向形成機(jī)理的不同，鋁型材表面微觀形貌、表層晶體組織結(jié)構(gòu)、表面活化能也有本質(zhì)的區(qū)別，這些將亢接或間接地對(duì)陽極氧化膜層性能有著重要的影響，在生產(chǎn)實(shí)踐中如果不加區(qū)別地將堿蝕洗工藝流程中的工藝參數(shù)照搬到噴砂工藝流程屮來，可能使產(chǎn)品不合格。
要想獲得合格的產(chǎn)品，必須確立合理的表面預(yù)處理路線和最佳工藝參數(shù)，如噴砂工藝中磨粒性質(zhì)<如粒度、材質(zhì)、硬度}和工藝參數(shù)（如噴射壓力、壓縮空氣噴射時(shí)間、表面覆蓋率砂面后堿洗和中和工藝參數(shù)的合理調(diào)整。
在陽極氧化工藝中，應(yīng)考慮預(yù)處理對(duì)鋁型材表面狀態(tài)的影響，可以通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分運(yùn)用現(xiàn)代優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)尋求最佳工藝參數(shù)。
在陽極氧化工藝中，應(yīng)考慮預(yù)處理對(duì)鋁型材表面狀態(tài)的影響，可以通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分運(yùn)用現(xiàn)代優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)尋求最佳工藝參數(shù)。
