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阳极氧化处理的工艺条件和要求

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文章出处:www.sztyzj.cn责任编辑:娟娟作者:不锈钢电解抛光液厂家人气:-发表时间:2015-06-16 21:30:00

 

  阳极氧化处理的工艺条件和要求

  阳极氧化处理所用的溶液种类很多,目前常用的有:硫酸、草酸、草酸加硫酸、丙二酸和磺基水杨酸等。其中最普遍的做法是用硫酸作为氧化处理溶液,通电进行阳极氧化处理,这种方法通常简称为硫酸阳极氧化处理法。它的优点是:除了得到致密的氧化膜外,其氧化膜孔隙率也大,能更好地浸渍填料,并且适应该氧化处理法的铝材料范围较广,同时操作工艺简单、成本低,特别是电能消耗低。因此,在很多情况下都采用硫酸阳极氧化处理法。
采用硫酸阳极氧化处理法,应考虑影响氧化膜质量的以下因素。
 
  (1)硫酸氧化处理溶液的浓度
  硫酸氧化处理溶液的浓度对氧化处理过程的影响极大。在较浓的硫酸溶液中,氧化膜生长速度要比较稀的硫酸溶液中慢得多,因为在比较浓的溶液中生成的氧化膜溶解速度大。当硫酸深度升高时,氧化膜的硬度有所降低。在浓度比较高的硫酸中,得到的氧化膜的孔隙率大,膜层也比较平滑而均匀。但硫酸的浓度也不能太高,否则所生成的氧化膜呈粉状,且疏松,易脱落;硫酸的浓度也不能太低,若采用较低浓度的硫酸溶液,不仅氧化处理液的使用寿命缩短,而且零件也容易被烧坏。
 
  (2)水
  水是阳极氧化处理溶液中的主要部分,选用什么样的水作溶剂,与氧化膜的质量好坏有着直接的关系。通常,工厂中都采用蒸馏水和冷开水,不直接用未经处理的自来水。实践证明:自来水中含有氯离子,当溶液中含有氯离子浓度超过1%时,铝的阳极氧化处理零件就会被侵蚀,出现白色斑点。如果采用硬水,必须经过软化处理,因为硬水中含有可溶性的钙盐、镁盐。值得注意的是:当溶液中镁盐的含量超过5g/L时,就会影响氧化膜的质量。
 
  (3)氧化处理溶液的温度 
   温度也是影响氧化膜质量的重要因素之一。当氧化处理溶液温度低时,氧化膜的溶解速度下降,可以使氧化膜增厚,提高氧化膜的硬度,增加了氧化膜的光滑性、致密性。但是,在阳极氧化处理过程中,由于氧化膜生成的热(每生成lgAl2O3放出1.68kj的热量)及电流通过氧化膜时因焦耳效应产生的热,会使氧化处理溶液的温度升高,增大氧化膜的溶解速度,降低氧化膜的硬度,并且使氧化膜层变薄,这一点应值得注意。
 
  (4)电流密度 
  电流密度也是影响氧化膜质量的重要因素之一,它与氧化膜的生成速度、氧化膜的组织有较大的关系。如果电流密度太小,氧化膜生成速度缓慢,处理时间就要增加,同时延长了氧化膜在硫酸溶液中的溶解时间。
电流密度与外加电压的关系是:最初时,随着氧化膜生成而使电压增加加快,但当电压达到一定值时,只有电流密度增加,而电压实际趋向不变,这主要因为氧化膜厚度继续增加,并且变得多孔,更易于导电的缘故。
但是,电流密度太高,必然导致电解液和电极因焦耳效应而过热,从而使氧化膜溶解的速度变大。如果把电流密度提高太多,则生成的氧化膜硬度将下隆,表面粗糙、疏松并起粉末,容易脱落。甚至因电流密度过高,氧化处理件形成局部过热,以致铝制品产生“电腐蚀”,也就是通常所讲的“烧损”。
 
  在实践中,通常把电流密度控制在2.5A/dm2左右。
 
  (5)初、末电压与处理时间
   阳极氧化处理的初、末电压与时间,对氧化膜质量的影响也很大。如果一开始电压升得太高,通过处理零件的电流也愈大,因焦耳效应而产生剧烈的发热现象,加上氧化膜的生成热,造成零件附近溶液温度升高,增加了氧化膜的溶解速度,生成的氧化膜软、无光泽、表面呈粉末状。特别是氧化膜层与基体金属结合处的热量来不及散发,形成局部过热而烧杯零件。如果末电压过大,即通过的电流超过了规定的电流密度,同时也产生上述现象;电压过小,即通过的电流达不到有所要求的电流密度,则形成的氧化膜薄且不耐磨。
 
  对于氧化处理时间,一般随着氧化处理时间的延长,氧化膜的厚度增大。但到了一定时间后即氧化膜的生成速度与溶解速度相等,若不增加外电压,氧化膜厚度实际不再增加。如果延长时间,则氧化膜硬度降低,经封闭处理后会起粉末。如果处理时间太短,氧化膜层厚度薄且不耐磨。
 
  (6)氧化处理溶液的搅拌速度 
  关于氧化处理搅拌的重要性,前面已作了介绍。氧化膜质量与氧化处理溶液的搅拌速度大小有关。采用压缩空气进行搅拌时,若阀门开得大小,溶液的搅拌速度就小,则来不及将氧化处理零件附近产生的热量带走,零件有被烧坏的危险;若压缩空气阀门开得过大,溶液搅拌速度太快,容易使挂具发生晃动,造成夹具与零件接触不良,引起夹具与零件接触处“电磨触”而出现残缺现象。
因此,在不松动零件与夹具接触的前提下,阳极氧化处理溶液的搅拌速度应尽量提高。总之,阳极氧化处理的工艺条件与要求,应根据氧化膜的生成速度快、膜层厚且硬,同时与基体附着力强等要求来考虑。对于耐磨性要求高的氧化处理零件,还应考虑其多孔性的问题。阳极氧化处理零件的要求之间是相互关联的,不能片面地或孤立地考虑某个条件与要求。
 
  除了上面提到的硫酸阳极氧化处理溶液外,常用来进行阳极氧化处理溶液的还有铬酸电解液和草酸电解液。
 
  (7)铬酸电解液中的阳极氧化
  铬酸电解液中获得的氧化膜是不透明的灰色或彩虹色,弹性较好,几乎没有气孔,它的耐蚀性比不封闭的在硫酸溶液中得到的氧化膜要强。只是铬酸电解液中获得的氧化膜的厚度较薄,氧化后零件的实际尺寸只增加1um,但可以利用这一点保持零件的原有精度。由于铬酸溶液对铝及其合金的腐蚀性比其他电解液要小,所以对一些具有铆钉、狭缝、砂眼的零件,特别是对压铸、浇铸件的阳极氧化处理较为适用。
随着氧化过程的进行,铝不断地进入电解液中。由于溶解的铝与铬酸化合,所以游离铬酸的含量将随着处理时间的延续而减少,这将导致膜的耐蚀性降低。因此,要定时间向电解液中补充铬酐。
铬酸电解液中的有害杂质是Cr3+、Cl-、SO4.为了保证阳极氧化的质量,在进行阳极氧化时,要注意分别控制这些有害成分的含量。
 
  目前还有一种取代铬酸阳极氧化的薄层阳极氧化工艺,即铝合金的硼酸-硫酸阳极氧化工艺。该工艺属清洁工艺,对环境保护有积极意义。
 
  (8)草酸电解液中的阳极氧化 
用该种方法得到的氧化膜的电绝缘性好,因此多用于绝缘氧化。所生成的氧化膜是一种厚且有弹性的膜,可用于铝线材的加工处理。这种电解液的缺点是有毒,价格昂贵,生产过程中在阴极上可还原成羟基乙酸,而在阳极上被氧化成二氧化碳,因此电解液不稳定。
 
  在草酸电解液中阳极氧化的特点是所用的电压较高。这是由于氧化膜的结构很致密,电阻大,如果不增加电压,氧化膜就不能增厚。在氧化过程开始时,电流和电压的增加应该缓慢进行。因为,如果操之过急则会造成新生膜层中不均匀处的电流集中,这将导致该处出现严重的电击穿,从而会引起金属铝材的腐蚀。因此,在实际应用中,一旦发现电流突然上升(电压下降),则说明正常阳极氧化过程被破坏了。另外,由于所采用的电压很高,电解液中的温度往往不均匀,这就要求剧烈地搅拌电解液。生产中多采用净化了的压缩空气来进行搅拌。为了提高氧化膜绝缘性能的稳定性,最后可将氧化后的零件或铝线用清漆或绝缘漆浸泡。
 
  上述工艺适用于纯铝和铝镁合金,但不适用于铝-铜合金,其原因是由于铝-铜合金中的AlCu2在阳极氧化时会被溶解,造成膜层的疏松多孔。
 

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