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铝合金阳极氧化技术发展郑家宁

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：郑家宁庞耀斌

[导读] 摘要：文章简要介绍了传统铝合金阳极氧化技术，分析了阳极氧化技术的特点。

        航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江哈尔滨 150000
        摘要：文章简要介绍了传统铝合金阳极氧化技术，分析了阳极氧化技术的特点。从预处理、阳极氧化和密封性薄膜处理三个角度阐述了航空工业铝合金阳极氧化研究现状，并提出了研究新技术、提高阳极薄膜质量、反冲的措施。
        关键词：铝合金；阳极氧化技术；发展；处理工艺；
        前言
        一般来说铝，金属具有较强的空气亲和性，因此在相对干燥的空气中铝金属总是通过氧化反应，铝表面出现AL2O3的非晶层。但是，由于天然氧化反应产生的氧化膜比较薄，耐蚀性不高，不能满足实际生产要求。为了有效解决这个问题，需要有针对性地处理铝合金表面，铝合金阳极氧化是最常用的处理方法，具有三个特点。第一个特点是阳极氧化具有很好的力学性能；二是阳极氧化具有良好的耐蚀性；第三个特征是阳极氧化具有良好的摩擦强度。因此，在航空领域，铝合金通常用作飞机的加工材料。飞机机体处理过程中，所选材料应具有较强的机械性能和较小的机体重量。因为铝合金满足许多要求，铝合金在航空中广泛应用。
        一、铝合金阳极氧化技术分析
        1.H2SO4溶液阳极氧化
        对于传统H2SO4阳极氧化系统，需要0.5μm ~ 20.0μm薄膜层，以确保更好的吸附性，整体工艺更适合绘画，能有效提高其基本性能，保持其应用效果和基本水平。应当指出，在处理氧化硫酸的薄膜时，孔隙率应保持在35%左右，因为它是多孔的。此外，H2SO4溶液具有较强的整体吸附性，便于染色操作，可提高基材的装饰效果。但是，疲劳强度较低，不适合点焊或熔胶组合。
        2.铬酸阳极氧化
        铬酸溶液阳极氧化时，氧化膜整体较薄，主要介于2μm至5μm之间，最深的颜色为深灰色，不能染色，能保证零件的原始精度和表面粗糙度。请注意，在膜层纹理处理过程中，整体纹理和耐磨性较低，可在密封性处理后直接使用。由于铬酸与铜之间的反应，当铝合金中铜质量分数超过4%时，耐蚀性差和环境保护成本高，增加了工艺的成本，要引起相关技术人员的注意。
        3.草酸阳极化
        草酸阳极氧化能够得到8 ~ 20um氧化膜，日本和德国在初期广泛使用了氧酸硬阳极氧化。抗腐蚀、耐磨性和绝缘性能优于硫酸膜，因为草酸溶解铝合金及其氧化膜的能力较低，氧化膜孔隙率较低。叶酸阳极氧化的传统工艺容易受到电击和腐蚀，成功率低。此外，溶液对氯化离子更敏感，需要更高的电压和能源消耗。因此，生产成本是硫酸阳极氧化成本的3至5倍。草酸还原成阳极甘草酸，阳极氧化成二氧化碳，使电解质不稳定。氧化草地的薄膜颜色很容易根据工艺条件变化，导致产品颜色差异。因此，该工艺的应用有限，只能用于铝罐、铝罐、铝饭盒、电气绝缘保护等日常用品的表面装饰等特殊要求。近年来，该技术还广泛用于建筑材料、电力、造船、日常用品和机械等领域。
        4.磷酸阳极氧化
        磷酸盐阳极氧化首次被用作铝合金电镀的预处理工艺，波音公司在美国首次使用。目前，磷酸盐阳极氧化很少用于电镀前处理，取而代之的是锌或锡盐预处理。磷酸盐阳极氧化主要用于印刷金属板材的表面处理和铝件的预处理。一般而言，高质量浓缩工艺为贴膜生产大型氧化膜孔隙，胶膜的平均质量浓度类型，喷涂层的低质量浓度类型。磷酸盐阳极氧化膜孔隙率高，粘附性好，电导率一定，是电镀和镀层的良好基础，耐水性强，是保护铝合金零件在高湿度条件下工作的理想选择；高铜铝合金不适合铬酸中的氧化，但可以氧化为磷酸以获得良好的薄膜；比硫酸氧化膜还要碱性。与硫酸和草酸膜相比，磷酸盐氧化膜厚度较低，通常只有几微米，应用有限。

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        5.硼硫酸阳极氧化
        除了硼酸-硫酸阳极氧化膜的优点外，硼酸阳极氧化膜还具有复盖能力好、配料液成分浓度低、Cr+6缺乏、配料液处理方便、环境污染低等优点，并称为生态表面处理工艺。硼酸-硫酸氧化膜层比硫酸氧化更薄、应力更小、裂纹更小、弹性更强、密度更高。经证明，硼酸氧化膜除了铬阳极氧化膜的优点外，吸附能力好，染色能力不同，复盖能力好，能够保持零件精度高，表面粗糙度低的特点。硫酸-硼酸的氧化可以逐渐取代铬酸的氧化，这种表面处理工艺是无害环境的。
        6.阳极氧化膜的性能
        电绝缘。铝是一种良好的导体，铝的阳极化膜是一种高强度的绝缘膜。绝缘电压大于30V/um的绝缘。阳极膜具有良好的电绝缘性能，可作为电解电容器的电解层或电气产品的绝缘层。耐腐蚀性。铝合金产品通常经过表面处理，以获得良好的装饰和保护性能，因此耐腐蚀性是铝合金阳极氧化性能的重要指标。由于氧化铝薄膜表面形成了一层坚固的涂层，该工艺稳定，在大气和其他一般介质中具有良好的耐腐蚀性。
        二、铝合金阳极氧化技术研究现状
        1.前处理工作
        预处理可以去除样品表面的氧化膜和油，为阳极氧化处理准备干净、平整、活泼的表面。预处理是获得良好氧化膜的基本保证。在选择预处理工艺时，应考虑到零件的加工条件、合金的组成等。还应注意操作因素，如温度、时间和预处理材料的影响。铝合金的氧化预处理通常包括研磨、碱腐蚀、光水清洗。最重要和最困难的措施之一是碱腐蚀，它可以去除铝合金表面的氧化物等脏物质，同时对铝合金表面具有清洁和活化作用。碱腐蚀过程中的温度和时间需要严格控制，低温可能导致铝表面腐蚀不均，高温可能导致铝表面腐蚀过度。浴室表面的油必须及时清洗。在检查时，应确保水膜的连续性，以确保零件表面不完全受到污染。
        2.阳极氧化工艺
        一般来说，铝合金阳极化通常是在相应的电解条件和特定的技术条件下，在铝产品上通过额外的电流形成氧化膜的过程。很明显，在阳极氧化过程中，影响阳极膜性能的因素主要是电解质和添加剂、进料类型和最佳设计、工艺条件等。以硫酸溶液为基础的硫酸氧化工艺具有成本低、成分简单、工艺稳定、操作简单、应用范围广等特点。但是比例溶液的独特组成和高浓度使得薄膜太容易溶解，这使得低温和高能耗等问题更加困难。铬酸铬阳极氧化法制备的阳极氧化膜具有膜厚、耐腐蚀性好、附着力好等特点。反应热和焦耳热是在薄膜形成过程中产生的。当热量达到一定水平时，就会产生火花，侵蚀膜内电流的浓度，影响膜的质量。因此，有必要增加混合散热，提高阳极化效率和薄膜性能。目前，国内外有许多冷却和混合措施，包括高速泵加速水流、压缩空气混合物或着是利用高速池水加热混合物。
        3.膜层封闭处理
        常用的密封方法有热水、蒸汽、重铬、无机盐、有机物等，但有许多问题，如毒性、高能耗、效率低下或电影质量差等。由此可见，开发清洁、技术稳定和节能的绿色封隔工艺具有重要的应用价值。绿色密封工艺主要包括微波密封、中温无镍密封、稀土盐密封、附加应力密封和双向脉冲密封。研究表明，一种新型微波水解密封方法结合了传统密封方法的优缺点，并证明了其在铝合金阳极氧化密封处理中的理论和实验的有效性。
        结束语
        鉴于以上所述，在阳极技术发展的背景下，为了切实提高表面处理技术的实际有效性，需要积极实施该系统的搜索机制，满足环境管理的具体要求，以下列方式进行改进有关技术人员应注意影响阳极氧化膜性能的方法，完善质量保证机制，促进管理体系的长远发展。
        参考文献：
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        [2]刘振蒙，陈毅龙，谭小林等.铝合金阳极氧化技术及其在铝基覆铜板中的应用[J].印制电路信息，2015，23（03）：203-208.
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