鋁合金表面處理技術(shù)大全(3)
鋁合金氧化膜生成過程
1. 陽極氧化的第一階段
無孔層的形成階段，ab段，通電開始斷時間（幾秒到幾十秒）內(nèi)電壓劇增，達(dá)到臨界電壓，（電壓的最大值）表明這時陽極表面形成了連續(xù)、無孔的薄膜層。無孔層電阻較大，阻礙了膜的繼續(xù)增厚，無孔層的厚度與形成電壓成正比，氧化膜在電解液中溶解速度成反比。厚度約0.01～0.1微米 。
2. 陽極氧化的第二階段
多孔層形成階段，bc段，在膜最薄的地方將首先被溶解出空穴來，電解液就可以通過這些空穴到達(dá)鋁的新鮮表面，電化學(xué)反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，電阻減小，電壓隨之下降（下降幅度為最高值的10～15%），膜上出現(xiàn)多孔層。
3. 陽極氧化的第三階段
多孔層增厚，cd段，這時電壓平穩(wěn)而緩慢的上升，這時無孔層不斷被溶解成多孔層，新的無孔層友在生長，這樣多孔層就在不斷增厚，當(dāng)生成速度與溶解速度達(dá)到動態(tài)平衡時，膜的厚度就不再增加，這時反應(yīng)就應(yīng)該停止了。
鋁合金陽極氧化的工藝
1. 陽極氧化的常用工藝
鋁合金陽極氧化的常用工藝有：硫酸陽極氧化工藝、鉻酸陽極氧化工藝、草酸陽極氧化工藝和磷酸陽極氧化工藝。最常用的是硫酸陽極氧化。
2. 硫酸陽極氧化
目前國內(nèi)外廣泛使用的陽極氧化工藝就是硫酸陽極氧化，和其他方法相比他在生產(chǎn)成本、氧化膜特點(diǎn)和性能上都具有很大優(yōu)勢，它成本低、膜的透明性好、耐腐蝕耐摩擦性好、著色容易等優(yōu)點(diǎn)。它是以稀硫酸作電解液，對產(chǎn)品進(jìn)行陽極氧化，膜的厚度可達(dá)5um—20um，膜的吸附性好，無色透明，工藝簡單，操作方便。
3. 鉻酸陽極氧化
鉻酸陽極氧化得到的膜較薄，只有2－5um，能保持工件原有的精度和表面粗糙度；孔隙率低難染色，不做封孔也可使用；膜層軟，耐磨性較差但彈性好；耐腐蝕力較強(qiáng)，鉻對鋁的溶解度小，使針孔和縫隙內(nèi)殘留液對部件的腐蝕較小，適于鑄件等結(jié)構(gòu)件，該工藝在軍事上用得較多。同時可以對部件質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，在裂紋處褐色電解液就會流出，很明顯。
4. 草酸陽極氧化
草酸對鋁的氧化膜溶解性小，所以氧化膜孔隙率低，膜層耐磨性和電絕緣性比硫酸膜好；但草酸氧化成本高是硫酸的3~5倍；同時草酸在陰極和陽極都會被反應(yīng)，導(dǎo)致電解液穩(wěn)定性差；草酸氧化膜的色澤易隨工藝條件變化，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生色差，所以該工藝應(yīng)用受到一定限制。但草酸可做硫酸氧化添加劑使用較常見。
5.磷酸陽極氧化
氧化膜在磷酸電解液中溶解比硫酸大，因此氧化膜薄（只有3um），同時孔徑大。因磷酸膜有較強(qiáng)的防水性，可阻止膠黏劑因水合而老化使膠接劑的結(jié)合力比較好，所以主要用于印刷金屬板的表面處理和鋁工件膠接的預(yù)處理。
鋁合金硬質(zhì)陽極氧化
1. 硬質(zhì)氧化膜的特點(diǎn)
鋁合金硬質(zhì)陽極氧化和普通氧化膜相比具有以下特點(diǎn)：氧化膜比較厚（一般厚度不小于25um）、硬度比較高（大于350HV）、耐磨性較好、空隙率較低、耐擊穿電壓較高，而表面平整性可能顯得稍差一點(diǎn)。
2. 硬質(zhì)陽極氧化的工藝特點(diǎn)
硬質(zhì)陽極氧化和普通氧化的原理、設(shè)備、工藝和檢測等各方面沒有本質(zhì)的區(qū)別。硬質(zhì)氧化設(shè)法降低氧化膜的溶解性，主要特點(diǎn)為：
a.槽液溫度較低（普通20度左右，硬質(zhì)5度以下），一般情況下溫度低生成的氧化膜硬度高
b.槽液濃度低（普通硫酸濃度20%，硬質(zhì)15%以下），濃度低對膜溶解性小
c.槽液里添加有有機(jī)酸，硫酸里面加草酸或者酒石酸等
d.外加電壓、電流較高（普通電流1.5A/dm2,電壓18V以下，硬質(zhì)電流2~5A/dm2，電壓25V以上。最高可達(dá)100V）
e.外加電壓宜采用逐步遞增電壓的方法。因其電壓高電流大，處理時間長因此能耗大。同時硬質(zhì)氧化常采用脈沖電源或者特殊波形電源
3. 鑄造鋁合金硬質(zhì)陽極氧化
鑄造鋁合金通常需要硬質(zhì)陽極氧化來提高其性能，鑄造鋁合金常用鋁/硅系合金和鋁/銅系合金，鋁硅系具有良好的鑄造性能和耐磨性能而用量最大，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件和零部件，有時添加銅和鎂改善力學(xué)性能和耐熱性。鋁銅系也是常用的鑄造合金，主要用于承受大的動靜載荷和形狀不復(fù)雜的砂型鑄件。鑄造鋁合金因含有非金屬等元素需要對電解液和電源波形進(jìn)行改進(jìn)，電解液一般可在硫酸中加某些金屬鹽或有機(jī)酸，硫酸-草酸-酒石酸溶液、硫酸-干油溶液；電源形式一般改為交直流疊加、不對稱電流、脈沖電流等，其中脈沖效果較好。電鑄件氧化前應(yīng)對菱角導(dǎo)園和去除毛刺等，防止電流集中。
鋁合金微弧氧化（MAO）
1. 微弧氧化技術(shù)的原理：
微弧氧化也稱微等離子體表面陶瓷化技術(shù),是指在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電增強(qiáng)并激活在陽極上發(fā)生的反應(yīng)，從而在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金為材料的工件表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶瓷膜的方法，是通過用專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件表面的金屬與電解質(zhì)溶液相互作用，在工件表面形成微弧放電，在高溫、電場等因素的作用下，金屬表面形成陶瓷膜，達(dá)到工件表面強(qiáng)化的目的。
2 .微弧氧化的特點(diǎn)
a.大幅度地提高了材料的表面硬度(HV＞1200)，超過熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度；
b.良好的耐磨損性能；
c.良好的耐熱性及抗腐蝕性(CASS鹽霧試驗(yàn)＞480h)，這從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)，因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景；
d.有良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)100MΩ。
e. 工藝穩(wěn)定可靠,設(shè)備簡單.反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，操作方便，易于掌握。
f.基體原位生長陶瓷膜，結(jié)合牢固,陶瓷膜致密均勻。
3. 微弧氧化的應(yīng)用
微弧氧化是一項(xiàng)新的鋁合金表面處理技術(shù)，他把氧化鋁的陶瓷性和鋁合金的金屬性結(jié)合起來，使鋁合金表面具有更優(yōu)良的物理化學(xué)性能。但由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因目前在我國應(yīng)用不廣泛。但由于氧化膜的特殊性能可以在許多領(lǐng)域應(yīng)用，包括航空汽車發(fā)動機(jī)、石化工業(yè)、紡織工業(yè)和電子工業(yè)等。
4. 微弧氧化的不足
微弧氧化會造成火花放電、火花腐蝕，使產(chǎn)品表面比較粗糙，使用時要磨掉粗糙層，造成浪費(fèi)。能耗比較高 是普通氧化的五倍。