鋁材表面處理工藝條件與陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量有何關(guān)系？

    陽(yáng)極氧化工藝條件的掌握與氧化膜質(zhì)量關(guān)系密切,這是因?yàn)楣に嚄l件是根據(jù)不同的工藝配方,經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)而得出的,進(jìn)行陽(yáng)極氧化之前,對(duì)所指定的工藝條件均應(yīng)做到心中有數(shù),操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求做.其中最基本,也是對(duì)質(zhì)量影響最敏感的因素有:溶液溫度、電壓和電流密度的控制范圍,陽(yáng)極氧化時(shí)間、溶液攪拌方法、槽液體積電流密度和槽液體積與陽(yáng)極氧化面積之比等等.在執(zhí)行這些工藝條件的過(guò)程中若有偏差,則陽(yáng)極氧化膜的質(zhì)量將會(huì)受到明顯的影響,當(dāng)偏差過(guò)大時(shí),還可能引起制件報(bào)廢,造成經(jīng)濟(jì)損失.

    各項(xiàng)工藝條件超越控制范圍時(shí),對(duì)陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量關(guān)系的影響程度,不同的癥狀現(xiàn)象以及糾正方法等有關(guān)技術(shù),在以下各問(wèn)答題中分別進(jìn)行探討.

    陽(yáng)極氧化時(shí)電壓如何控制?

    電壓的調(diào)節(jié)要隨溶液溫度而定.溶液溫度較低時(shí)要采用規(guī)定上限的電壓,這是因?yàn)槿芤簻囟容^低時(shí)所獲得的氧化膜致密,氧化膜電阻大,要加厚氧化膜必然要采取較高電壓,否則難以獲得正常的氧化膜質(zhì)量.溶液溫度較高時(shí)則相反,要降低電壓,否則會(huì)出現(xiàn)因所生成的氧化膜疏松而引起膜層溶液過(guò)快,難以獲得理想的氧化膜厚度.

    例如:在無(wú)冷卻裝置的單位,夏季溶液溫度會(huì)接近極限溫度,如仍需繼續(xù)工作的,則電壓不可超過(guò)12V.而冬季溶液溫度低于極限溫度下限,此時(shí)電壓要升至高位值,如18V.

    陽(yáng)極氧化是放熱反應(yīng),當(dāng)工作量較飽滿時(shí),溶液的溫度會(huì)逐漸上升,故要隨時(shí)測(cè)試,作為提供調(diào)節(jié)電壓的依據(jù).若溫度繼續(xù)升高,此時(shí)電壓將至規(guī)范以下也難以保證質(zhì)量.此時(shí)應(yīng)停止生產(chǎn).采取相應(yīng)措施予以降溫,待符合工藝要求時(shí)再進(jìn)行加工.

    陽(yáng)極氧化時(shí)電流密度如何控制?

    在正常的溫度條件下(20℃左右),除特種的工藝配方之外,一般鋁及其合金陽(yáng)極氧化的電流密度控制在1——1.5A/dm2之間.

    根據(jù)溶液的溫度、溶液濃度、制件形狀及其他有關(guān)工藝條件進(jìn)行選擇.

    在可能條件下,適當(dāng)提高電流密度有利于加速膜的生成速度,縮短陽(yáng)極氧化時(shí)間,增加膜層的孔隙率,提高著色效果.但當(dāng)繼續(xù)升高電流密度時(shí),陽(yáng)極氧化過(guò)程中會(huì)增加受到焦耳熱的影響,膜孔內(nèi)熱效應(yīng)加大,局部溫升顯著,從而加快的氧化膜的溶解速度,成膜速度下降,遇到復(fù)雜件還會(huì)造成電流分布不均,影響著色效果.在制件表面還可能出現(xiàn)容易擦去的疏松氧化膜、或膜層發(fā)脆、開(kāi)裂,或出現(xiàn)白色痕跡,嚴(yán)重時(shí)還可能引起燒蝕制件.

    選擇合適的電流密度在一定范圍內(nèi)可加速膜的生長(zhǎng)速度,但當(dāng)超過(guò)一定值后,成膜速度反而降低.

    根據(jù)上述規(guī)律,為保證產(chǎn)品質(zhì)量及提高生產(chǎn)效率,可采取以下的方法.

    在冷卻條件好、溶液能滿足強(qiáng)烈攪拌時(shí),可采用電流密度的上限,以提高工作效率.

    在既無(wú)冷卻裝置、又無(wú)強(qiáng)烈攪拌的條件下,雖然當(dāng)時(shí)溶液的溫度適中,電流密度仍要適當(dāng)控制,以防陽(yáng)極氧化過(guò)程中因升溫過(guò)快而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)還可能引起制件燒蝕.此時(shí)最有效的方法是降低體積電流密度.

    陽(yáng)極氧化制件表面積的正確估算,也是合理控制電流密度的重要條件,應(yīng)予以重視.

    陽(yáng)極氧化件深凹部位的表面應(yīng)與其它表面配送相同電流密度.

    影響陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量的幾大主要因素

    ①電流密度:在一定限度內(nèi),電流密度升高,膜生長(zhǎng)速度升高,氧化時(shí)間縮短,生成膜的孔隙多,易于著色,且硬度和耐磨性升高;電流密度過(guò)高,則會(huì)因焦耳熱的影響,使零件表面過(guò)熱和局部溶液溫度升高,膜的溶解速度升高,且有燒毀零件的可能;電流密度過(guò)低,則膜生長(zhǎng)速度緩慢,但生成的膜較致密,硬度和耐磨性降低.

    鋁氧化,用于防護(hù),裝飾及純裝飾加工時(shí),多使用允許濃度的上限,即20%濃度的硫酸做電解液.

    ②氧化時(shí)間:氧化時(shí)間的選擇,取決于電解液濃度,溫度,陽(yáng)極電流密度和所需要的膜厚.相同條件下,當(dāng)電流密度恒定時(shí),膜的生長(zhǎng)速度與氧化時(shí)間成正比;但當(dāng)膜生長(zhǎng)到一定厚度時(shí),由于膜電阻升高,影響導(dǎo)電能力,而且由于溫升,膜的溶解速度增大,所以膜的生長(zhǎng)速度會(huì)逐漸降低,到最后不再增加.

    ③硫酸濃度:通常采用15%——20%.濃度升高,膜的溶解速度加大,膜的生長(zhǎng)速度降低,膜的孔隙率高,吸附力強(qiáng),富有彈性,染色性好(易于染深色),但硬度,耐磨性略差;而降低硫酸濃度,則氧化膜生長(zhǎng)速度加快,膜的孔隙少,硬度高,耐磨性好.

    ④電解液溫度:電解液溫度對(duì)氧化膜質(zhì)量影響很大.溫度升高,膜的溶解速度加大,膜厚降低.當(dāng)溫度為22——30℃時(shí),所得到的膜是柔軟的,吸附能力好,但耐磨性相當(dāng)差;當(dāng)溫度大于30℃時(shí),膜就變得疏松且不均勻,有時(shí)甚至不連續(xù),且硬度低,因而失去使用價(jià)值;當(dāng)溫度在10——20℃之間時(shí),所生成的氧化膜多孔,吸附能力強(qiáng),并富有彈性,適宜染色,但膜的硬度低,耐磨性差;當(dāng)溫度低于10℃,氧化膜的厚度增大,硬度高,耐磨性好,但孔隙率較低.因此,生產(chǎn)時(shí)必須嚴(yán)格控制電解液的溫度.要制取厚而硬的氧化膜時(shí),必須降低操作溫度,在氧化過(guò)程中采用壓縮空氣攪拌和比較低的溫度,通常在零度左右進(jìn)行硬質(zhì)氧化.

    ⑤攪拌和移動(dòng):可促使電解液對(duì)流,強(qiáng)化冷卻效果,保證溶液溫度的均勻性,不會(huì)造成因金屬局部升溫而導(dǎo)致氧化膜的質(zhì)量下降.

    ⑥電解液中的雜質(zhì):在鋁陽(yáng)極氧化所用電解液中可能存在的雜質(zhì)有Clˉ,Fˉ,NO3ˉ,Cu2+,Al3+,Fe2+等.其中Clˉ,Fˉ,NO3ˉ使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松.若其含量超過(guò)極限值,甚至?xí)怪萍l(fā)生腐蝕穿孔(Clˉ應(yīng)小于0.05g/L,Fˉ應(yīng)小于0.01g/L);當(dāng)電解液中Al3+含量超過(guò)一定值時(shí),往往使工件表面出現(xiàn)白點(diǎn)或斑狀白塊,并使膜的吸附性能下降,染色困難(Al3+應(yīng)小于20g/L);當(dāng)Cu2+含量達(dá)0.02g/L時(shí),氧化膜上會(huì)出現(xiàn)暗色條紋或黑色斑點(diǎn);Si2+常以懸浮狀態(tài)存在于電解液中,使電解液微量混濁,以褐色粉狀物吸附于膜上.

    ⑦鋁合金成分:一般來(lái)說(shuō),鋁金屬中的其它元素使膜的質(zhì)量下降,且得到的氧化膜沒(méi)有純鋁上得到的厚,硬度也低,不同成分的鋁合金,在進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理時(shí)要注意不能同槽進(jìn)行.