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求铝合金化学氧化着黑色的工艺配方。

激情的悟空
长情的钢笔
2023-01-03 07:32:26

求铝合金化学氧化着黑色的工艺配方。

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2026-03-28 04:08:44

铝合金化学发黑新工艺

1前言

在铝合金产品应用中,黑色是一种重要的常见色调。它不仅可作大方典雅的表面装饰色,还是铝合金制备吸热材料、光学材料和零部件时必不可少的颜色。铝合金着黑色有较大的市场需求。目前铝合金着黑色多采用传统的电解着色和硬质阳极氧化着色法,耗电量大,需专用设备及工夹具,不适用于超小型工件及结构复杂的工件。采用一种化学氧化着黑色的新技术,通过两步氧化着色,得到了结合力好、耐蚀性强、颜色鲜艳美观的铝合金黑色氧化膜。

2实验部分

2.1实验过程

铝合金两步法氧化发黑工艺流程:

工件→化学脱脂+超声波→碱蚀→酸蚀出光→化学氧化→发黑→封闭→干燥→成品

2.1.1前处理

(1)化学脱脂

用60~65℃碱性化学脱脂液处理工件约2 min,除去工件表面的油污,以保证碱蚀均匀,防止工件产生花斑。其脱脂液配方如下:

NaOH5~6 S/L

Na2CO320~25 g/L

Na3PO4•12H2O10~15 g/L

表面活性剂1 g/L

(2)碱蚀

在60℃的NaOH(ρ(NaOH)=40~50g/L)溶液中碱蚀l~2min,以除去工件表面残存的自然氧化膜及变质合金层,并调整基体表面,使之均匀一致。为了减少腐蚀过程中沉淀的氧化铝絮凝物,可采用柠檬酸铵(ρ=10g/L)作为螯合剂。

(3)酸蚀出光

用H2SO4和HNO3体积浓度分别为15~20 mL/L、3~5 mL/L的酸蚀液中和残留碱,同时溶去挂灰附着物,使工件露出光洁的活性表面。

2.1.2氧化着色

氧化着色分两步,第1步采用传统的铬酸盐氧化工艺,对经前处理的工件及时进行化学氧化,以免再次污染或生成新的自然氧化膜,其工艺规范如下:Na2CrO418

g/L

Na2CO45 g/L

NaOH4g/L

Na3PO48g/L

θ60~70℃

t10 min

经该步处理,可得到耐蚀性基本达标的氧化膜。

第2步为对经氧化处理的工件着黑色。该步工艺配方采用某过渡金属化合物A为着色剂,KMnO4为氧化剂,NiSO4为催化剂,并加HNO3调节pH值为5左右。工件在80~90℃处理约8min即可。

2.1.3封闭

可采用水解盐法进行封闭,在已形成的发黑膜孔隙中产生氢氧化物沉淀,将微孔堵塞。经封闭可进一步提高耐蚀性,增加光泽度。水解盐法封闭工艺规范如下:

NiSO4 4~5 9/L

NaAc•3H2O4~6g/L

CoSO4•7H2O0.5~0.8g/L

H3BO34~5 9/L

pH值4~6

θ80~85 ℃

t15~20 min

2.2膜层主要性能评价指标

因采用两步氧化成膜,该配方在较大试验范围内均可得到耐蚀性好的氧化膜,故确定正交评分及检验标准时着重选用了膜层色度、均匀度、附着力三个指标(见表1)。表中,均匀度由显微镜(100目)观察,用同样面积内膜上小坑或突起的多少计分;附着力以脱脂棉力度均匀地擦拭膜表面至露基底的次数计分。综合评分z由公式计算。

3结果与讨论

3.1各因素对着色效果的影响

经初步试验,选取了影响着黑色效果的4个主要因素:着色剂A质量浓度,KMnO4质量浓度,着色温度,着色时间。采用L9(34)正交表进行正交试验优选,并固定NiSO4质量浓度为2g/L,各配方均用HNO3)调节pH值为5。

以正交试验的结果作极差分析,绘制极差分析图见图1。由图可知,着色剂A用量对色度及附着力均有较大影响,用量大有利于提高膜层整体性能;KMnO4浓度有一最佳值,用量过高膜层各项指标反而有所下降;着色温度可在一较大范围内波动,易于操作控制。

3.2最佳工艺条件

根据正交试验极差分析结果,综合进行单因素试验的结果,得到了最佳工艺条件。

着色剂A16~18g/L

KMnO48~10 g/L

NiSo42g/L

θ80~85 ℃

pH值4.5~5

t8~10 min

3.3氧化层测试结果

以最佳工艺条件处理铝合金表面,得到了黑色鲜艳、附着力强、平整、光洁、均匀致密的黑色氧化膜,且表面无挂灰。

由膜层表面电镜照片(图2)分析可知,其表面明显为具有高耐蚀性的非晶型结构,膜层均匀致密;由侧面电镜照片(图3)可知该膜层非常均匀,两层氧化膜结合良好。

由电子能谱分析(图4)可知膜层主要成分为Al2O3、MnO2、NiO及另一关键着色成分,质量分数分别为25%、44.5%、13.5%、17%。

对本试验获得的着色工件采用锉刀法评价其结合力,用扁锉呈45。由基体金属向镀层方向锉镀层的边棱,镀层未见揭起或脱落。

4结论

利用该铝合金化学发黑新技术对经碱性铬酸盐氧化液处理后的铝合金化学着色,得到了颜色鲜艳、结合力好、耐蚀性强、有很好的装饰及防蚀效果的黑色氧化膜。且该法耗电量低,设备简单,投资小,操作简便,便于批量生产,尤其适用于形状复杂的铝合金工件表面着黑色,具有较好的应用前景.

最新回答
笨笨的大雁
包容的发箍
2026-03-28 04:08:44

铝及铝合金的氧化处理的方法主要有两类: 铝及铝合金的化学氧化处理设备简单,操作方便,生产效率高,不消耗电能,适用范围广,不受零件大小和形状的限制。

铝及铝合金化学氧化的工艺按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类。

按膜层性质可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸-磷酸盐膜。 组成物的质量浓度/g·L 配 方 编 号  1 2 3 碳酸钠 40~60 50~60 40~50 铬酸钠 15~25 15~20 10~20 氢氧化钠 2~5 磷酸三钠  1.5~2  硅酸钠 0.6~1.0 温度/℃ 85~100 95~100 90~95 时间/min 5~8 8~10 8~10 注:①配方1,2适用于纯铝,铝镁合金,铝锰合金和铝硅合金的化学氧化。膜层颜色为金黄色,但后二种合金上得到的氧化膜颜色较暗。碱性氧化液中得到的膜层较软,耐蚀性较差,孔隙率较高,吸附性好,适于作为涂装底层。

②配方3中加入硅酸钠,获得的氧化膜为无色,硬度及耐蚀性略高,孔隙率及吸附性略低,在硅酸钠的质量分数为2%的溶液中封闭处理后可单独作为防护层用,适合于含重金属铝合金氧化用。

③工件经氧化处理后为提高耐蚀性,可在20g/L的CrO3溶液中,室温下钝化处理5~15s,然后在低于50℃温度下烘干。 组成物的质量浓度/g·L 配 方 编 号  1 2 3 4 5 磷酸 10~15 50~60 22 铬酐 1~2 20~25 2~4 4~5 3.5~5 氟化钠 3~5  5 1~1.2 0.8 氟化氢氨  3~3.5  磷酸氢二氨  2~2.5  硼酸  0.6~1.2 2 铁氰化钾  0.5~0.7  重铬酸钾 3~3.5 温度/℃ 20~25 30~40 室温 25~35 25~30 时间/min 8~15 2~8 15~60s 0.5~1.0 3 注:①配方1得到的氧化膜较薄,韧性好,耐蚀性好,适用于氧化后需变形的铝及铝合金,也可用于铸铝件的表面防护,氧化后不需要钝化或填充处理。

②配方2溶液pH值为1.5~2.2,得到的氧化膜较厚,约1~3微米,致密性及耐蚀性都较好,氧化后零件尺寸无变化,氧化膜颜色为无色至浅蓝色,适用于各种铝及铝合金氧化处理。在配方2溶液中氧化处理后零件应立即用冷水清洗干净,然后用重铬酸钾40~50g/L溶液填充处理(PH=4.5~6.5时用碳酸钠调整),温度90~95℃,时间5~10分钟,清洗后在70℃烘干。

③配方3溶液中得到的氧化膜为无色透明,厚度约0.3~0.5微米,膜层导电性好,主要用于变形的铝制电器零件。

④配方4适用于纯铝及防锈铝及铸铝等合金。氧化膜很薄,导电性及耐蚀性好,硬度低,不耐磨,可以点焊或氩弧焊,但不能锡焊;主要用于要求有一定导电性能的铝合金零件。

⑤配方5得到的氧化膜较薄,约0.5微米,导电性及耐蚀性好,孔隙少,可单独作防护层用。

爱笑的老鼠
悲凉的石头
2026-03-28 04:08:44
达到黑色哑光,可以在氧化前先进行喷砂处理,以形成无光表面,经过氧化着色就成了哑光黑色。

铝合金表面氧化着色

氧化着色分两步,第1步采用传统的铬酸盐氧化工艺,对经前处理的工件及时进行化学氧化,以免再次污染或生成新的自然氧化膜,其工艺规范如下:

Na2CrO418 g/L

Na2CO45 g/L

NaOH4g/L

Na3PO48g/L

θ60~70℃

t10 min

经该步处理,可得到耐蚀性基本达标的氧化膜。

第2步为对经氧化处理的工件着黑色。该步工艺配方采用某过渡金属化合物A为着色剂,KMnO4为氧化剂,NiSO4为催化剂,并加HNO3调节pH值为5左右。工件在80~90℃处理约8min即可。

可采用水解盐法进行封闭,在已形成的发黑膜孔隙中产生氢氧化物沉淀,将微孔堵塞。经封闭可进一步提高耐蚀性,增加光泽度。水解盐法封闭工艺规范如下:

NiSO4 4~5 9/L

NaAc·3H2O4~6g/L

CoSO4·7H2O0.5~0.8g/L

H3BO34~5 9/L

pH值4~6

θ80~85 ℃

t15~20 min

机灵的板凳
迷路的水壶
2026-03-28 04:08:44
一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品,表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷,如灰尘、金属氧化物(天然的或高温下形成的氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(主要成分是脂肪酸和含氮的化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前,用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗,使其裸露纯净的金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。

(一)脱脂

铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。

乳化溶液 石蜡三乙醇胺油酸松油水 8.0%0.25%0.5%2.25%89% 常温 适当 水清洗 溶液组成以体积记

有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂,常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。表面活性剂是一些在很低的浓度下,能显著降低液体表面张力的物质。常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。碱性脱脂溶液的配方非常多,传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠,其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用,溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。在碱性溶液中阴极电流脱脂,阳极最好为镀镍钢板。其在铝及铝合金表面处理中不常用。乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液,并添加有降低表面张力及对各相均有亲和力的去污剂。

(二)碱蚀剂

碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程,通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理,以便进一步清理表面附着的油污赃物;清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体,利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外,通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其他操作条件,可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。蚀洗溶液的基本组成是氢氧化钠,另外还添加调节剂(NaF、硝酸钠),结垢抑制剂、(葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等)、多价螯合剂(多磷酸盐)、去污剂

铝表面阳极氧化处理方法(二)铝表面阳极氧化处理方法(二)

(三)中和和水清洗

铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或热的清水洗中都不溶解,但却能溶于酸性溶液中,所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰和残留碱液,以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗,这种过程称为中和、光泽或出光处理。其工艺过程是制品在300-400g/L硝酸(1420kg/立方米)溶液中,室温下浸洗,浸洗时间随金属组成的不同而有差异,一般浸洗时间3-5分钟。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰,可用硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液,于室温下处理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L和氧化铬5-15g/L的溶液或氧化铬100g/L加硫酸(1840kg/立方米)10ml/L溶液中于室温下进行。各道工序间的水清洗,目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物,使下道工序槽液免遭污染,确保处理效率和质量。清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后的制品普遍采用热水紧接着是冷水的二重清洗。热水的温度为40-60度。中和处理后的制品经水清洗就可以进行氧化处理,所以这道清洗应特别认真,以防止清洁的表面受污染。否则前几道工序的有效处理可能会因最后的清洗不当而前功尽弃。经中和、水清洗后的制品应与上进行氧化处理。在空气中停留的时间不宜过长,如停留30-40分钟,制品就需要重新蚀洗和中和。

二、阳极化处理

铝制品表面的自然氧化铝既软又薄,耐蚀性差,不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中,部分基体金属发生反应,使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程,常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜,它们既薄吸附性又好,可进行着色和封孔处理,表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比,膜薄得多,抗蚀性和硬度比较低,而且不易着色,着色后的耐光性差,所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。

铝表面阳极氧化处理方法(三)(一)阳极氧化处理的一般概念

1、阳极氧化膜生成的一般原理

以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料,如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时,在阴极上,放出氢气;在阳极上,析出的氧不仅是分子态的氧,还包括原子氧(O)和离子氧,通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的氧化铝膜,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。

2、阳极氧化电解溶液的选择

阳极氧化膜生长的一个先决条件是,电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。 3、阳极氧化的种类

阳极氧化按电流形式分为:直流电阳极氧化,交流电阳极氧化,脉冲电流阳极氧化。按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性子分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。 4、阳极氧化膜结构、性质

阳极氧化膜由两层组成,多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上上成长起来的,后者称为阻挡层(也称活性层)。用电子显微镜观察研究,膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔,它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体,称为晶胞,整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。阻挡层是又无水的氧化铝所组成,薄而致密,具有高的硬度和阻止电流通过的作用。阻挡层厚约0.03-0.05μm,为总膜后的0.5%-2.0%。氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成,此外还含有电解液的阳离子。当电解液为硫酸时,膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的,它们都与阳极氧化条件密切相关。

(二)直流电硫酸阳极氧化

1、氧化膜成长机理

在硫酸电解液中阳极氧化,作为阳极的铝制品,在阳极化初始的短暂时间内,其表面受到均匀氧化,生成极薄而有非常致密的膜,由于硫酸溶液的作用,膜的最弱点(如晶界,杂质密集点,晶格缺陷或结构变形处)发生局部溶解,而出现大量孔隙,即原生氧化中心,使基体金属能与进入孔隙的电解液接触,电流也因此得以继续传导,新生成的氧离子则用来氧化新的金属,并以孔底为中心而展开,最后汇合,在旧膜与金属之间形成一层新膜,使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化时间的延长,膜的不断溶解或修补,氧化反应得以向纵深发展,从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。其内层(阻挡层、介电层、活性层)厚度至氧化结束基本都不变,位置却不断向深处推移;而外早一定的氧化时间内随时间而增厚。 铝表面阳极氧化处理方法(四) (三)其他阳极氧化

1、草酸阳极氧化

对硫酸阳极氧化影响的大部分因素也适用于草酸阳极氧化,草酸阳极氧化可采用直流电、交流电或者交直流电迭加。用交流电氧化比直流电在相同条件下获得膜层软、弹性较小;用直流电氧化易出现孔蚀,采用交流电氧化则可防止,随着交流成分的增加,膜的抗蚀性提高,但颜色加深,着色性比硫酸膜差。电解液中游离草酸浓度为3%-10%,一般为3%-5%,在氧化过程中每A?h约消耗0.13-0.14g,同时每A?h有0.08-0.09g的铝溶于电解液生成草酸铝,需要消耗5倍于铝量的草酸。溶液中的铝离子浓度控制在20g/L以下,当含30g/L铝时,溶液则失效。草酸电解液对氯化物十分敏感,阳极氧化纯铝或铝合金时,氯化物的含量分别不应超过0.04-0.02g/L,溶液最好用纯水配制。电解液温度升高,膜层减薄。为得到厚的膜,则应提高溶液的pH值。直流电阳极氧化用铅、石墨或不锈钢做阴极,其与阳极的面积比为(1:2)-(1:1)之间。草酸是弱酸,溶解能力低,铝氧化时,必须冷却制品及电解液。草酸膜层的厚度及颜色依合金成分而不同,纯铝的膜厚呈淡黄或银白色,合金则膜薄色深如黄色、黄铜色。氧化后膜层经清洗,若不染色可用3.43×10的4次方Pa压力的蒸汽封孔30-60分钟。

2、铬酸阳极氧化

铬酸阳极氧化工艺见表-4。氧化过程中应经常进行浓度分析,适时添加铬酐。电解的阴极材料可用铅、铁、不锈钢,最好的阳阴面积比为(5:1)-(10:1)。当溶液中三价铬离子多时,可用电解的方法使其氧化成六价铬离子。溶液中的硫酸盐含量超过0.5%,阳极氧化效果不好,硫酸根离子多时可加入氢氧化钡或者碳酸钡使其生成硫酸钡沉淀。溶液中氯化物含量不应超过0.2g/L。溶液中铬含量超过70g/L时就应稀释或更换溶液。铬酸阳极氧化有电压周期变化的阳极氧化方法或恒电压阳极氧化法(快速铬酸法)两种。

3、硬质(厚膜)阳极氧化

硬质阳极氧化是铝及铝合金表面生成厚而坚硬氧化膜的一种工艺方法。硬质膜的最大厚度可达250μm ,纯铝上形成的膜层微硬度为12000-15000MPa,合金的一般为4000-6000MPa,与硬铬镀层的相差无几,它们在低符合时耐磨性极佳,硬质膜的孔隙率约为20%左右,比常规硫酸膜低。

4、瓷质阳极氧化

瓷质阳极氧化铝及铝合金在草酸、柠檬酸和硼酸的钛盐、锆盐或钍盐溶液中阳极氧化,溶液中盐类金属的氢氧化物进入氧化膜孔隙中,从而使制品表面显示出与不透明而致密的搪瓷或具有特殊光泽的类似塑料外观的处理过程。瓷质阳极氧化处理工艺流程与常规硫酸阳极氧化基本一致,不同的是瓷质阳极氧化是在高的直流电压(115-125V)和较高的溶液温度(50-60度)、电解液经常搅拌、经常调节pH值使之处于1.6-2范围内的条件进行。

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硬质阳极氧化法工艺要求

为了得到质量较好的硬质阳极氧化膜,并能保证零件所需要尺寸,必须按下列要求来进行加工。

1.1 锐角倒圆

被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的地方因为硬质氧化,一般阳极氧化时间均是很长的,而且氧化过程(A1+O2A12O3+ )本身就是一个放热反应。又由于一般零件棱角的地方往往又是电流较为集中的部位所以这些部位最易引起零件的局部过热,使零件被烧伤。因此铝和铝合金所有棱角均应进行倒角处理,并且倒角y圆半径不 应小于0.5 毫米。

1.2 表面光洁度

硬质阳极氧化后,零件表面的光洁度是有所改变的,对于较粗糙的表面来说,经此处理后可以显得比原来平整一些,而对于原始光洁度较高的零件来说,往往经过此种处理后,显 示的表面光洁光亮度反而有所降低,降低的幅度在1~2 级左右。

1.3 零件尺寸的余量

因硬质氧化膜的厚度较高,所以如需要进一步加工的铝零件或以后需要装配的零件,应事先留有一定的加工余量,及指定装夹部位。 因硬质阳极氧化时,要改变零件尺寸,故在机械加工时,要事先预测,氧化膜的可能厚度和尺寸公差,而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸,以便处理后,符合规定的公差范围。 一般来说,零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。

1.4 专用夹具

因硬质阳极氧化的零件在氧化过程中,要承受很高的电压和较高的电流,一定要使夹具和零件能保持极良好的接触,否则将因接触不良而造成击穿或烧伤零件接触部位的毛病。所 以要求对不同形状的零件,以及零件氧化后的具体要求来设计和制造专用夹具。

2 硫酸法硬质阳极氧化的电解液配方及操作规范

2.2 操作方法

首先打开降温设备,将电解液温度降低到工艺所规定的温度范围内,阴极挂铅版,然后把装挂好的零件放置在阳极导电杠上卡紧,零件与零件之间,零件与阴极之间一定要保持较大的距离,绝对不能接触。打开压缩空气电解液搅拌(注意:压缩空 气一定要进行油水分离处理)。

送以直流电源,开始的电流密度一般为0.5A/dm2,在25分内分5~8 次逐步升高到 2.5 -3.5A/dm 。以后保持电流密度,均每隔5 分钟调查一次电流,开始电压为8~ 12V,最终电压可根据膜层的厚度和材料不同而定。

在硬质阳极氧化过程中,须经常注意电压和电流表,如发现有电流突然增加,电压下降的现象,这说明零件膜层局部已溶解,应立即关闭电源,检查并取出溶解的零件,其它零件可继续进行氧化处理,电流可一次给足。

2.3 各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层,主要取决于电解液的成份浓度,温度, 电流密度,及其原材料的成分。

2.3.1电解液的浓度

采用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时,一般在10%~30%浓度范围内,浓度低时,氧 化膜硬度高,特别是纯铝比较明显,但对铜含量较高的铝合金(CY12)例外。因为含铜量 较高的铝合金易生成CuAl2 的化合物,这种化合物在氧化时溶解速度较快,极易烧毁铝零件。 所以一般不适合用低浓度的硫酸电解液,必须在高浓度(H2SO4 300~400g/L)中进行氧化处理或采用交直流电叠加法处理。

2.3.2温度对膜层的影响

电解液温度对氧化膜的耐磨性影响极大,一般来说,如果温度下降,那么铝和铝合金的阳极氧化膜耐磨性能就增高,这是由于电解液对于膜的溶解速度下降所造成的,为了获得较 高硬度的氧化膜。我们要掌握温度在+-2摄氏度范围内进行硬质阳极氧化处理为好。

3 硬质阳极氧化的挂具设计及设备条件

3.1 硬质阳极氧化挂具硬质阳极氧化挂具和夹具应具有足够的机械强度和刚度,以免制件在搅拌电解液时,被 急流的溶液冲下来。此外,挂具应有良好的接触导电性能,重量要轻,坚固耐用,装卸制件 方便,装载量和零件布局应有适当的要求。硬质阳极氧化挂具常用的有两种类型:一种是具 有压紧螺钉的夹具,另一种是用螺栓连接夹板或夹具。其中所有与制件的触点,均由铝、铝 镁合金和铝硅镁合金制成,除了制件接触部位有导电要求外,其它部位都要与挂具绝缘处理, 使其成为非导体,这样可使阳极氧化过程都集中在制件上,提高生产效率,节约挂具的金属 材料以及电能消耗。

3.2 硬质氧化溶液的发热和氧化膜再溶解问题

在氧化时工作表面通过较大电流,因氧化膜具有很大电阻,热量大部分集中在氧化膜部位上。发热量可用下列公式计算:

焦耳热Q1=0.864电压电流(千卡/小时)

氧化液发热量Q2=2.334电流(千卡/小时)

阳热氧化反应热2Al+3[O]Al2O3+375800

总发热量Q=(Q1+Q2)1.1(千卡/小时)

根据上式可设计冷却用冷冻设备,硬质氧化发热量必须迅速交换掉,如不及时冷却,生成氧化膜不仅仅是化学溶解,而且也由于加入电场发生电化学溶解。这样,就严重影响了膜 层的表面光洁度,同时也使得厚度降低。因此,必须要有强制性冷却措施,使电解液保持低 温,才能获得较大硬度的氧化膜。

3.3 硬质阳极氧化电器设备

硫酸硬膜直流法阳极氧化工艺只需要直流发电机或整流器,其中使用整流器效率较高,并要求设置恒电流控制,在膜生长时要设置电压上升的自动装置。

4硬度氧化质量检验

4.1 外观

由于铝材的不同和工艺不同,氧化膜外观的颜色也不一样,膜层由褐色,深褐色,灰色到黑色;电解液温度愈低,氧化膜愈厚。不允许有烧焦或易搅拌的疏松膜层,也不允许因局 部受热使氧化腐蚀的光亮斑点和边缘角部分膜层脱落的现象存在。整个零件表面,除夹具影 响外,局部表面不得有无氧化膜的地方,允许包铝板全件氧化膜出现小裂纹。

4.2 氧化膜厚度测试

皮膜厚度使用平均值,以防止合金导致的厚度不均。硬质氧化的国外规格:标准50 误差10。膜厚制定为100 时,误差范围不变。从零件或试件正切取横向试片在全相显 微镜下测定厚度,也可用涡流测厚仪直接测出氧化膜厚度。

4.3 硬度测定

从皮膜用途来看,硬质皮膜最重要的就是耐磨性,也就是耐磨性。硬质皮膜是素材被氧化为氧化膜形成的,因此硬度受合金种类、电解液、处理条件影响较大。人们根据合金种类 研究了各种处理方法,以提高皮膜的性能,各材质皮膜硬度几乎是固定的。

在阳极氧化处理工艺中,不溶解的元素:硅、铅;溶解但以氧化物或其他不溶性化合物存在的元素:镁、锌;溶解性强,不会在皮膜中以安定化合物存在的元素:铜、镍等添加成 分的影响会残留在氧化皮膜中。

正常情况下规定硬质皮膜的硬度进行断面测定。素材硬度越高,表面硬度越低。皮膜越厚,此差越大。因此测量要在皮膜中央进行。显微硬度可以用显微硬度计在横向上测出,不 应低于300kg/mm

5 硬质阳极氧化常见故障原因及其排除方法(见表三)

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1.

磷酸高了因药水浓稠度高,

杂质易附於工件表面,

容易有麻点.

药液中的水分过少也容易产生麻点.

2.

氧化槽内必须要有铝离子,

阳极氧化的反应才会好,

铝离子最佳浓度为

5-15g/l.

可以加适量的添加剂(如草酸等,

外面有卖专密配方),

提高作业温度及氧化膜硬度.

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1.自然氧化是让铝合金型材在自然环境下和空气中的氧气发生反应,表面形成一层氧化铝保护层,并让内部基体与氧气继续发生反应——形成保护层是透明的,就是氧化膜。

2.化学氧化

化学氧化是将表面除油除灰后的铝合金型材放入氧化剂和活性剂的氧化溶液中进行反应,生成一层人工氧化膜,

3.阳极氧化

阳极氧化是将铝型材置入酸性电解质溶液中,作为阳极,通高压直流电,使阴离子向阳极移动,并在阳极产生新生氧与阳极的铝合金生成氧化膜

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铝合金氧化可以使用碱溶液这种液体去清洗,也可借助酸性的液体进行浸泡。

1、在铝合金表面氧化之后,我们可以使用碱溶液这种液体去清洗,只要将吸附在铝合金表面上的氧化膜去除之后,再次使用蒸馏水清洗5次左右的次数即可有效的去除铝合金表面上的脏东西。

2、铝合金表面氧化也可借助酸性的液体进行浸泡,普通的白醋酸度只有3%到5%左右,不足以溶解铝合金表面上的氧化物,不过在长时间浸泡之后多少也是存在—些清洗效果的,只要我们在浸泡后取出立即使用清水去清洗并使用砂纸打磨,就可以呈现出铝合金原本的光亮状态。

铝合金类的制品正常都是需要经过特殊的氧化处理才行,并且在使用过程当中也尽量避免其暴露在空气当中,长期暴露在空气当中不仅会出现氧化严重的情况,同时也有可能会影响到铝合金制品的耐磨性和耐腐蚀性。

很多人为了更明显的清洗掉铝合金上的氧化物都会选择使用化学物品去进行清洗,但实际上这种清洗方法是对会铝合金制品产生一定的磨损和消耗。

实际上使用弱酸或者是草酸去清洗氧化物,效果才会更明显,且不会对铝合金的耐磨性造成任何的影响,在每次清洗之后也要使用清水去擦拭铝合金表面,确保铝合金在清洗后呈现干燥的状态才可以。