前言
鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極，以鉛板作陰極在硫酸、草酸、鉻酸等水溶液中電解，使其表面生成氧化膜層。其中硫酸陽極氧化處理應(yīng)用最為廣泛。鋁和鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜層有較高的吸附能力，易進(jìn)行封孑L或著色處理，更加提高其抗蝕性和外觀。陽極氧化膜層厚一般3～15μm，鋁合金硫酸陽極氧化工藝操作簡單，電解液穩(wěn)定，成本也不高，是成熟的工藝方法，但在硫酸陽極化過程中往往免不了發(fā)生各種故障，影響氧化膜層質(zhì)量。認(rèn)真總結(jié)分析故障產(chǎn)生的原因并采取有效預(yù)防措施，對提高鋁合金硫酸陽極氧化質(zhì)量有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1常見故障及分析
(1)鋁合金制品經(jīng)硫酸陽極氧化處理后，發(fā)生局部無氧化摸，呈現(xiàn)肉眼可見的黑斑或條紋，氧化膜有鼓瘤或孔穴現(xiàn)象。此類故障雖不多見但也有發(fā)生。
上述故障原因，一般與鋁和鋁合金的成分、組織及相的均勻性等有關(guān)，或者與電解液中所溶解的某些金屬離子或懸浮雜質(zhì)等有關(guān)。鋁和鋁合金的化學(xué)成分、組織和金屬相的均勻性會(huì)影響氧化膜的生成和性能。純鋁或鋁鎂合金的氧化膜容易生成，膜的質(zhì)量也較佳。而鋁硅合金或含銅量較高的鋁合金，氧化膜則較難生成，且生成的膜發(fā)暗、發(fā)灰，光澤性不好。如果表面產(chǎn)生金屬相的不均勻、組織偏析、微雜質(zhì)偏析或者熱處理不當(dāng)所造成各部分組織不均勻等，則易產(chǎn)生選擇性氧化或選擇性溶解。若鋁合金中局部硅含量偏析，則往往造成局部無氧化膜或呈黑斑點(diǎn)條紋或局部選擇性溶解產(chǎn)生空穴等。另外，如果電解液中有懸浮雜質(zhì)、塵?；蜚~鐵等金屬雜質(zhì)離子含量過高，往往會(huì)使氧化膜出現(xiàn)黑斑點(diǎn)或黑條紋，影響氧化膜的抗蝕防護(hù)性能。
(2)同槽處理的陽極氧化零件，有的無氧化膜或膜層輕薄或不完整，有的在夾具和零件接觸處有燒損熔蝕現(xiàn)象。這類故障在流酸陽極氧化工藝實(shí)踐中往往較多發(fā)生，嚴(yán)重影響鋁合金陽極氧化質(zhì)量。
2預(yù)防故障的措施
鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜質(zhì)量好壞，抗蝕防護(hù)性能的優(yōu)劣主要取決于鋁合金的成分，膜層厚度以及陽極氧化處理工藝條件，如溫度、電流密度、使用水質(zhì)及陽極氧化后的填充封閉工藝等。要減少或避免陽極氧化故障提高產(chǎn)品質(zhì)量要從微細(xì)處著手，采取有效措施。
(1)對不同的鋁合金，如鑄造成型、壓延成型或機(jī)械加工成型或經(jīng)熱處理焊接等工序，要根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的前處理方法。比如，澆鑄成型的鋁合金表面，其非機(jī)加工表面一般應(yīng)采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對硅含量較高的鋁合金(尤其是鑄鋁)應(yīng)經(jīng)過含有5%左右氫氟酸的硝酸混合酸溶液浸蝕活化，才能有效地保持良好的活化表面，確保氧化膜質(zhì)量。不同材質(zhì)的鋁合金，裸鋁和純零件或大小規(guī)格不同的鋁和鋁合金零件，一般不宜同槽氧化處理。
對于搭接、點(diǎn)焊或鉚接的鋁合金組合件，對于在陽極氧化過程中易形成氣袋不易排除的鋁合金制件，從質(zhì)量考慮，一般不允許采用硫酸陽極氧化工藝。
(2)裝掛夾具材料必須確保導(dǎo)電良好，一般選用硬鋁合金棒，板材要保證有一定彈性和強(qiáng)度。拉鉤宜選用銅或銅合金材料。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時(shí)再次使用，必須徹底退除其表面氧化膜，確保良好接觸。工夾具既要保證足夠?qū)щ娊佑|面積，又要盡量減少夾具印痕。如果接觸面太小，會(huì)導(dǎo)致燒損熔蝕陽極氧化零件。[pagebreak]
(3)硫酸陽極氧化溶液的溫度必須嚴(yán)格控制，最佳溫度范圍是15～25℃。硫酸陽極氧化工藝過程中需采用壓縮空氣攪拌，并應(yīng)配備制冷裝置。在無制冷裝置的情況下，在硫酸電解液中加入1.5%～2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸，可以使陽極氧化溶液溫度范圍超過35℃而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。—些工藝試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐已證實(shí)，在硫酸陽極氧化電解液中加入適量羧酸或丙三醇可有效減少反應(yīng)熱效應(yīng)的不良影響，可以在不降低氧化膜厚度和硬度的條件下提高陽極氧化電解液的溫度允許上限，在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率。另外，控制溫度恒定的條件下，也要注意有效控制陽極電流密度，才能更好地保證氧化膜質(zhì)量。
(4)硫酸陽極氧化電解液所使用的水質(zhì)及電解液中的有害雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制。配制硫酸陽極氧化溶液不宜用自來水，尤其不能用渾濁的含Ca2+，Mg2+，SiO32-及Cl-含量高的自來水。一般情況下，水中Cl-濃度達(dá)25mg/L時(shí)就會(huì)對鋁合金的陽極氧化處理產(chǎn)生有害影響。Cl-(包括其它鹵族元素)可破壞氧化膜生成，甚至根本形不成氧化膜。硫酸陽極氧化應(yīng)選用軟化水、去離子水或蒸餾水，電解液中的Ccl-≤15mg/L，總礦物質(zhì)≤50mg/L。
硫酸溶液在陽極氧化工藝過程中，會(huì)產(chǎn)生油污泡沫及懸浮雜質(zhì)，應(yīng)定期排除。硫酸陽板氧化溶液中常見的其他有害雜質(zhì)還有Cu2+，F(xiàn)e3+，Al3+等。如果雜質(zhì)含量超過允許含量，會(huì)產(chǎn)生有害影響，可部分或全部更換硫酸溶液，才能有效保證鋁合金硫酸陽極氧化質(zhì)量。
鋁合金硫酸陽極氧化處理是廣泛應(yīng)用且成熟的抗蝕防護(hù)裝飾處理工藝，只要嚴(yán)格執(zhí)行工藝條件，認(rèn)真操作，硫酸陽極氧化氧化膜質(zhì)量是完全可以保證的。
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由于鋁氧化膜的絕緣性較好，所以鋁合金制件在陽極氧化處理前必須牢固地裝掛在通用或?qū)Ｓ脢A具上，以保證良好的導(dǎo)電性。導(dǎo)電棒應(yīng)選用銅或銅合金材料并要保證足夠接觸面積。夾具與零件接觸處，既要保證電流自由通過，又要盡可能減少夾具和零件間的接觸印痕。接觸面積過小，電流密度太大，會(huì)產(chǎn)生過熱易燒損零件和夾具。無氧化膜或膜層不完整等現(xiàn)象，主要是由于夾具和制件接觸不好，導(dǎo)電不良或者是由于夾具上氧化膜層未徹底清除所致。
(3)鋁合金硫酸陽極氧化處理后，氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉，特別是填充封閉后，制件表面出現(xiàn)嚴(yán)重粉層，抗蝕性低劣。這一類故障多發(fā)生在夏季，尤其是沒有冷卻裝置的硫酸陽極化槽，往往處理1-2槽零件后，疏松粉化現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，明顯地影響氧化膜的質(zhì)量。
由于鋁合金陽極氧化膜電阻很大，在陽極氧化工藝過程中會(huì)產(chǎn)生大量焦耳熱，槽電壓越高產(chǎn)生熱量越大，從而導(dǎo)致電解液溫度不斷上升。所以在陽極氧化過程中，必須采用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在一定范圍。一般情況下，溫度應(yīng)控制在13～26℃，氧化膜質(zhì)量較佳。若電解液溫度超過30℃，氧化膜會(huì)產(chǎn)生疏松粉化，膜層質(zhì)量低劣，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生“燒焦”現(xiàn)象。另外，當(dāng)電解液溫度恒定時(shí)，陽極電流密度也必須予以限制，因?yàn)殛枠O電流密度過高，溫升劇烈，氧化膜也易疏松呈粉狀或砂粒狀，對氧化膜質(zhì)量十分不利。
(4)偶然發(fā)生鋁合金硫酸陽極氧化后氧化膜暗淡無光，有時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕，嚴(yán)重時(shí)黑色點(diǎn)狀腐蝕顯著，導(dǎo)致零件報(bào)廢，引起較大損失。
這類故障往往是偶然發(fā)生并有特殊原因造成的。在鋁合金陽極氧化過程中，中途斷電又重新給電，往往會(huì)使氧化膜暗淡無光，而中途停電零件在清洗槽停留過久，清洗水槽酸度過高，水質(zhì)不凈，含懸浮物、泥砂等較多，往往會(huì)使鋁合金制件發(fā)生電化學(xué)腐蝕，發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕黑斑等。有時(shí)向電解液中添加自來水，水經(jīng)漂白粉處理且Cl-含量超標(biāo)或有時(shí)盛裝過HCl的容器未經(jīng)徹底清洗又盛裝硫酸，都會(huì)使陽極氧化電解液中混人超量的Cl-，從而導(dǎo)致鋁合金零件陽極氧化產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕使產(chǎn)品報(bào)廢等。
鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極，以鉛板作陰極在硫酸、草酸、鉻酸等水溶液中電解，使其表面生成氧化膜層。其中硫酸陽極氧化處理應(yīng)用最為廣泛。鋁和鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜層有較高的吸附能力，易進(jìn)行封孑L或著色處理，更加提高其抗蝕性和外觀。陽極氧化膜層厚一般3～15μm，鋁合金硫酸陽極氧化工藝操作簡單，電解液穩(wěn)定，成本也不高，是成熟的工藝方法，但在硫酸陽極化過程中往往免不了發(fā)生各種故障，影響氧化膜層質(zhì)量。認(rèn)真總結(jié)分析故障產(chǎn)生的原因并采取有效預(yù)防措施，對提高鋁合金硫酸陽極氧化質(zhì)量有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1常見故障及分析
(1)鋁合金制品經(jīng)硫酸陽極氧化處理后，發(fā)生局部無氧化摸，呈現(xiàn)肉眼可見的黑斑或條紋，氧化膜有鼓瘤或孔穴現(xiàn)象。此類故障雖不多見但也有發(fā)生。
上述故障原因，一般與鋁和鋁合金的成分、組織及相的均勻性等有關(guān)，或者與電解液中所溶解的某些金屬離子或懸浮雜質(zhì)等有關(guān)。鋁和鋁合金的化學(xué)成分、組織和金屬相的均勻性會(huì)影響氧化膜的生成和性能。純鋁或鋁鎂合金的氧化膜容易生成，膜的質(zhì)量也較佳。而鋁硅合金或含銅量較高的鋁合金，氧化膜則較難生成，且生成的膜發(fā)暗、發(fā)灰，光澤性不好。如果表面產(chǎn)生金屬相的不均勻、組織偏析、微雜質(zhì)偏析或者熱處理不當(dāng)所造成各部分組織不均勻等，則易產(chǎn)生選擇性氧化或選擇性溶解。若鋁合金中局部硅含量偏析，則往往造成局部無氧化膜或呈黑斑點(diǎn)條紋或局部選擇性溶解產(chǎn)生空穴等。另外，如果電解液中有懸浮雜質(zhì)、塵?；蜚~鐵等金屬雜質(zhì)離子含量過高，往往會(huì)使氧化膜出現(xiàn)黑斑點(diǎn)或黑條紋，影響氧化膜的抗蝕防護(hù)性能。
(2)同槽處理的陽極氧化零件，有的無氧化膜或膜層輕薄或不完整，有的在夾具和零件接觸處有燒損熔蝕現(xiàn)象。這類故障在流酸陽極氧化工藝實(shí)踐中往往較多發(fā)生，嚴(yán)重影響鋁合金陽極氧化質(zhì)量。
2預(yù)防故障的措施
鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜質(zhì)量好壞，抗蝕防護(hù)性能的優(yōu)劣主要取決于鋁合金的成分，膜層厚度以及陽極氧化處理工藝條件，如溫度、電流密度、使用水質(zhì)及陽極氧化后的填充封閉工藝等。要減少或避免陽極氧化故障提高產(chǎn)品質(zhì)量要從微細(xì)處著手，采取有效措施。
(1)對不同的鋁合金，如鑄造成型、壓延成型或機(jī)械加工成型或經(jīng)熱處理焊接等工序，要根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的前處理方法。比如，澆鑄成型的鋁合金表面，其非機(jī)加工表面一般應(yīng)采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對硅含量較高的鋁合金(尤其是鑄鋁)應(yīng)經(jīng)過含有5%左右氫氟酸的硝酸混合酸溶液浸蝕活化，才能有效地保持良好的活化表面，確保氧化膜質(zhì)量。不同材質(zhì)的鋁合金，裸鋁和純零件或大小規(guī)格不同的鋁和鋁合金零件，一般不宜同槽氧化處理。
對于搭接、點(diǎn)焊或鉚接的鋁合金組合件，對于在陽極氧化過程中易形成氣袋不易排除的鋁合金制件，從質(zhì)量考慮，一般不允許采用硫酸陽極氧化工藝。
(2)裝掛夾具材料必須確保導(dǎo)電良好，一般選用硬鋁合金棒，板材要保證有一定彈性和強(qiáng)度。拉鉤宜選用銅或銅合金材料。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時(shí)再次使用，必須徹底退除其表面氧化膜，確保良好接觸。工夾具既要保證足夠?qū)щ娊佑|面積，又要盡量減少夾具印痕。如果接觸面太小，會(huì)導(dǎo)致燒損熔蝕陽極氧化零件。[pagebreak]
(3)硫酸陽極氧化溶液的溫度必須嚴(yán)格控制，最佳溫度范圍是15～25℃。硫酸陽極氧化工藝過程中需采用壓縮空氣攪拌，并應(yīng)配備制冷裝置。在無制冷裝置的情況下，在硫酸電解液中加入1.5%～2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸，可以使陽極氧化溶液溫度范圍超過35℃而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。—些工藝試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐已證實(shí)，在硫酸陽極氧化電解液中加入適量羧酸或丙三醇可有效減少反應(yīng)熱效應(yīng)的不良影響，可以在不降低氧化膜厚度和硬度的條件下提高陽極氧化電解液的溫度允許上限，在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率。另外，控制溫度恒定的條件下，也要注意有效控制陽極電流密度，才能更好地保證氧化膜質(zhì)量。
(4)硫酸陽極氧化電解液所使用的水質(zhì)及電解液中的有害雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制。配制硫酸陽極氧化溶液不宜用自來水，尤其不能用渾濁的含Ca2+，Mg2+，SiO32-及Cl-含量高的自來水。一般情況下，水中Cl-濃度達(dá)25mg/L時(shí)就會(huì)對鋁合金的陽極氧化處理產(chǎn)生有害影響。Cl-(包括其它鹵族元素)可破壞氧化膜生成，甚至根本形不成氧化膜。硫酸陽極氧化應(yīng)選用軟化水、去離子水或蒸餾水，電解液中的Ccl-≤15mg/L，總礦物質(zhì)≤50mg/L。
硫酸溶液在陽極氧化工藝過程中，會(huì)產(chǎn)生油污泡沫及懸浮雜質(zhì)，應(yīng)定期排除。硫酸陽板氧化溶液中常見的其他有害雜質(zhì)還有Cu2+，F(xiàn)e3+，Al3+等。如果雜質(zhì)含量超過允許含量，會(huì)產(chǎn)生有害影響，可部分或全部更換硫酸溶液，才能有效保證鋁合金硫酸陽極氧化質(zhì)量。
鋁合金硫酸陽極氧化處理是廣泛應(yīng)用且成熟的抗蝕防護(hù)裝飾處理工藝，只要嚴(yán)格執(zhí)行工藝條件，認(rèn)真操作，硫酸陽極氧化氧化膜質(zhì)量是完全可以保證的。
[pagebreak]
由于鋁氧化膜的絕緣性較好，所以鋁合金制件在陽極氧化處理前必須牢固地裝掛在通用或?qū)Ｓ脢A具上，以保證良好的導(dǎo)電性。導(dǎo)電棒應(yīng)選用銅或銅合金材料并要保證足夠接觸面積。夾具與零件接觸處，既要保證電流自由通過，又要盡可能減少夾具和零件間的接觸印痕。接觸面積過小，電流密度太大，會(huì)產(chǎn)生過熱易燒損零件和夾具。無氧化膜或膜層不完整等現(xiàn)象，主要是由于夾具和制件接觸不好，導(dǎo)電不良或者是由于夾具上氧化膜層未徹底清除所致。
(3)鋁合金硫酸陽極氧化處理后，氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉，特別是填充封閉后，制件表面出現(xiàn)嚴(yán)重粉層，抗蝕性低劣。這一類故障多發(fā)生在夏季，尤其是沒有冷卻裝置的硫酸陽極化槽，往往處理1-2槽零件后，疏松粉化現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，明顯地影響氧化膜的質(zhì)量。
由于鋁合金陽極氧化膜電阻很大，在陽極氧化工藝過程中會(huì)產(chǎn)生大量焦耳熱，槽電壓越高產(chǎn)生熱量越大，從而導(dǎo)致電解液溫度不斷上升。所以在陽極氧化過程中，必須采用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在一定范圍。一般情況下，溫度應(yīng)控制在13～26℃，氧化膜質(zhì)量較佳。若電解液溫度超過30℃，氧化膜會(huì)產(chǎn)生疏松粉化，膜層質(zhì)量低劣，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生“燒焦”現(xiàn)象。另外，當(dāng)電解液溫度恒定時(shí)，陽極電流密度也必須予以限制，因?yàn)殛枠O電流密度過高，溫升劇烈，氧化膜也易疏松呈粉狀或砂粒狀，對氧化膜質(zhì)量十分不利。
(4)偶然發(fā)生鋁合金硫酸陽極氧化后氧化膜暗淡無光，有時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕，嚴(yán)重時(shí)黑色點(diǎn)狀腐蝕顯著，導(dǎo)致零件報(bào)廢，引起較大損失。
這類故障往往是偶然發(fā)生并有特殊原因造成的。在鋁合金陽極氧化過程中，中途斷電又重新給電，往往會(huì)使氧化膜暗淡無光，而中途停電零件在清洗槽停留過久，清洗水槽酸度過高，水質(zhì)不凈，含懸浮物、泥砂等較多，往往會(huì)使鋁合金制件發(fā)生電化學(xué)腐蝕，發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕黑斑等。有時(shí)向電解液中添加自來水，水經(jīng)漂白粉處理且Cl-含量超標(biāo)或有時(shí)盛裝過HCl的容器未經(jīng)徹底清洗又盛裝硫酸，都會(huì)使陽極氧化電解液中混人超量的Cl-，從而導(dǎo)致鋁合金零件陽極氧化產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕使產(chǎn)品報(bào)廢等。
