铝合金阳极氧化重点工艺介绍
发布日期:2016-12-23
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铝合金阳极氧化重点工艺介绍

 

铝合金阳极氧化普遍工艺简介

前处理:

脱脂(酸性脱脂,中性脱脂,碱性脱脂)

碱蚀(氢氧化钠,硝酸钠)

化学抛光(两酸,三酸)

中和除渍(硝酸,添加剂)

药水管控方法:

由于不同厂商提供的前处理药水成分有一定差异,按药水厂商提供的分析方法定期分析补加。

后处理:

阳极氧化(硫酸)

着色(有机染料染色,无机盐电解着色)

封孔(常温,中温,高温)

重点工艺介绍

一、阳极氧化

阳极氧化通常以硫酸、草酸、铬酸、硼酸、有机酸等作为电解液。硬质铝氧化有时需要采用高速电解法或特殊的电流波形,但是如果后续工艺中需要染色处理时,一般使用硫酸电解液。

硫酸电解法的原理
如(图-1)所示,阳极氧化是指在硫酸电解液中,以铝材为阳极进行水电解,阳极上生成的氧离子与铝离子结合,形成氧化铝的过程。

                                             

2、氧化皮膜的构造
如(图-2)所示,氧化皮膜为多孔质皮膜(600 亿个/cm2),其构造分为上下两层。下面
较薄的一层结构致密,无孔,可导电,被称为“阻挡层”。上面的一层是多孔膜,由很多垂直生长的单元体构成,每一个单元体呈六角柱状中空结构,按一定的规则排列。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3、阻挡层的生长在氧化膜刚开始生长时,其生长速度与电解电压呈一定的比例,大约为 10~15Å/V。随着膜厚的增加,阻挡层表面会受到电解液的腐蚀,发生轻微溶解。当氧化皮膜的厚度达到限界值(0.02 µm 左右)时,电流会集中在被腐蚀过的凹陷部位,在电化学作用下发生局部溶解。这种局部溶解作用会促进氧化膜继续向铝材内部扩张。同时电流集中在凹陷部位,加速了该部位的溶解。在生长与溶解的反复进行中形成了阻挡层。此外,由于电流在一定范围内集中在某一部位,所以决定了被溶解部位的间距具有规则性。随着氧化膜不断向内部延伸,凹陷部位的溶解反应不断进行,最终形成通电孔,构成氧化皮膜的基本构造。

4、多孔皮膜的生长阻挡层在生长和溶解的交替过程中,向内层扩展最终形成了氧化皮膜的整体结构。阻挡层的上层结构是排列规则的具有六角形柱状构造的多孔皮膜。如(表-1)所示,多孔皮膜是由很多六角形柱状单元体构成的,单元体的外径为0.03~0.05µm,中间为孔状结构,孔径为0.01~0.02µm。由于阻挡层的厚度只有0.01~0.02µm 左右,因此我们可以把阳极氧化皮膜简单地认为是上层的多孔皮膜。

照片-1为硫酸高速氧化形成的皮膜断面,可以清晰地看到单元体和通电孔。

(表-1)电流密度对硫酸皮膜大小的影响

 

照片-1硫酸高速铝氧化皮膜晶粒构造剖面图

 

二、阳极氧化膜染色

1、染料的染色机理
磺酸基[D (-SO3Na)-]作为染料的组成成分本身带有负电荷,氧化膜〈Al(H2O) 4(OH) 2+ ·AlOn+ >带有正电荷,在静电吸附作用下,染料分子被吸引到导电孔内。但是由于电化学吸附力很弱,进入孔内的染料蓄积厚度仅及氧化膜厚的 1/21/3。进入孔内的染料分子会通过离子结合和酸析现象固定在孔内。

如图-3所示,氧化膜自身电位对染色性非常重要。氧化膜所带的正电荷和染料所带的负电荷在静电作用下相互吸引,通过离子结合和酸析现象等附着在氧化膜上。
氧化膜内部酸性越强,所带的正电荷就越多,但是如果皮膜表面有残酸,会出现不上色的情况,因此在染色前必须充分水洗。相反如果水洗时间过长,氧化膜所带电荷会被中和,同样会出现染色性恶化的问题。

-3皮膜电位-染料吸附等的模式图

2、老化现象
除了不纯物的蓄积,染料分解的副产物和盐类的过剩蓄积也是造成染色浴老化的原因。
随着染色浴的老化,槽液的粘度会逐渐增加,会产生染色性下降以及浮色等不良现象,因此有必要进行定期更新。
另外需要注意的是,染料分解生成的副产物增多时,染色处理品的耐紫外线性以及耐热性会下降。当染色浴老化到一定程度以后,频繁的补加染料并不能恢复染色性能,只会造成染料的浪费,获得的色调也不稳定。部分更新之后槽液中仍然残留各种老化因子,会缩短槽

溶解铝对 ODM BLACK (BK927)染色性的影响

 

硫酸根对 ODM BLACK (BK927)染色性的影响

 

三、封孔处理

1、封孔机理和种类

封孔也称水合处理,是将多孔质槽状构造的皮膜导电孔封闭的处理方法。(表-2)所示为代表性的封孔方法,其中蒸气封孔·沸水封孔·醋酸镍封孔·铬酸封孔等方法的机理都是水合反应。从染色到封孔的模式如(图-4)所示。

高温封孔是将具有很高化学活性的非晶质氧化膜变成化学钝态的结晶质氧化膜的过程。

 

这种大晶体的水化氧化铝是稳定而不可逆的,在腐蚀环境中勃姆石比三羟铝石稳定,所以高温封孔水温一定要达到85℃以上才好。被水化的结晶氧化膜体积膨胀,将膜孔堵塞。
加有金属盐的高温封孔除水化反应外,还有金属盐的水解作用。例如加镍、钻盐者有金属氢氧化物;加重铬酸盐者则有[A1(OOH)Cr04][A1(OH)Cr2O7]

 

-2代表性的封孔方法

从染色到封孔的模式图

 

 

 

 

 

2、醋酸镍系封孔 ODM SEAL EX

醋酸镍封孔虽然也是以水合反应为主,但是氢氧化镍在孔内的填充抑制了染料的溶出,使封孔皮膜获得了良好的耐蚀性,因此被广泛使用。(图-5)所示为醋酸镍系封孔的概念图,(图-6)表示的是镍的吸附量。

-5醋酸镍系封孔的概念图

 

 

-6镍的吸附量

专栏:行业资讯
作者: 佚名
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