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铝材表面处理工艺条件与阳极氧化膜质量有何关系?
更新时间:2017-08-10 10:00 来源:中金网 浏览次数:3760 | 文字大小:
摘要:【中金网】阳极氧化工艺条件的掌握与氧化膜质量关系密切,这是因为工艺条件是根据不同的工艺配方,经过一系列实验而得出的,进行阳极氧化之前,对所指定的工艺条件均应做到心中有数,操作时应严格按照工艺要求做。其中最基本,也是对质量影响最敏感的因素有:溶液温度、电压和电流密度的控制范围,阳极氧化时间、溶液搅拌方法、槽液体积电流密度和槽液体积与阳极氧化面积之比等等。在执行这些工艺条件的过程中若有偏差,则阳极氧化膜的质量将会受到明显的影响,当偏差过大时,还可能引起制件报废,造成经济损失。

  【中金网】阳极氧化工艺条件的掌握与氧化膜质量关系密切,这是因为工艺条件是根据不同的工艺配方,经过一系列实验而得出的,进行阳极氧化之前,对所指定的工艺条件均应做到心中有数,操作时应严格按照工艺要求做。其中最基本,也是对质量影响最敏感的因素有:溶液温度、电压和电流密度的控制范围,阳极氧化时间、溶液搅拌方法、槽液体积电流密度和槽液体积与阳极氧化面积之比等等。在执行这些工艺条件的过程中若有偏差,则阳极氧化膜的质量将会受到明显的影响,当偏差过大时,还可能引起制件报废,造成经济损失。

  各项工艺条件超越控制范围时,对阳极氧化膜质量关系的影响程度,不同的症状现象以及纠正方法等有关技术,在以下各问答题中分别进行探讨。

  阳极氧化时电压如何控制?

  电压的调节要随溶液温度而定。溶液温度较低时要采用规定上限的电压,这是因为溶液温度较低时所获得的氧化膜致密,氧化膜电阻大,要加厚氧化膜必然要采取较高电压,否则难以获得正常的氧化膜质量。溶液温度较高时则相反,要降低电压,否则会出现因所生成的氧化膜疏松而引起膜层溶液过快,难以获得理想的氧化膜厚度。

  例如:在无冷却装置的单位,夏季溶液温度会接近极限温度,如仍需继续工作的,则电压不可超过12V。而冬季溶液温度低于极限温度下限,此时电压要升至高位值,如18V。

  阳极氧化是放热反应,当工作量较饱满时,溶液的温度会逐渐上升,故要随时测试,作为提供调节电压的依据。若温度继续升高,此时电压将至规范以下也难以保证质量。此时应停止生产。采取相应措施予以降温,待符合工艺要求时再进行加工。

  阳极氧化时电流密度如何控制?

  在正常的温度条件下(20℃左右),除特种的工艺配方之外,一般铝及其合金阳极氧化的电流密度控制在1~1.5A/dm2之间。

  根据溶液的温度、溶液浓度、制件形状及其他有关工艺条件进行选择。

  在可能条件下,适当提高电流密度有利于加速膜的生成速度,缩短阳极氧化时间,增加膜层的孔隙率,提高着色效果。但当继续升高电流密度时,阳极氧化过程中会增加受到焦耳热的影响,膜孔内热效应加大,局部温升显著,从而加快的氧化膜的溶解速度,成膜速度下降,遇到复杂件还会造成电流分布不均,影响着色效果。在制件表面还可能出现容易擦去的疏松氧化膜、或膜层发脆、开裂,或出现白色痕迹,严重时还可能引起烧蚀制件。

  选择合适的电流密度在一定范围内可加速膜的生长速度,但当超过一定值后,成膜速度反而降低。

  根据上述规律,为保证产品质量及提高生产效率,可采取以下的方法。

  在冷却条件好、溶液能满足强烈搅拌时,可采用电流密度的上限,以提高工作效率。

  在既无冷却装置、又无强烈搅拌的条件下,虽然当时溶液的温度适中,电流密度仍要适当控制,以防阳极氧化过程中因升温过快而出现质量问题,严重时还可能引起制件烧蚀。此时最有效的方法是降低体积电流密度。

  阳极氧化制件表面积的正确估算,也是合理控制电流密度的重要条件,应予以重视。

  阳极氧化件深凹部位的表面应与其它表面配送相同电流密度。

  影响阳极氧化膜质量的几大主要因素

  ①电流密度:在一定限度内,电流密度升高,膜生长速度升高,氧化时间缩短,生成膜的孔隙多,易于着色,且硬度和耐磨性升高;电流密度过高,则会因焦耳热的影响,使零件表面过热和局部溶液温度升高,膜的溶解速度升高,且有烧毁零件的可能;电流密度过低,则膜生长速度缓慢,但生成的膜较致密,硬度和耐磨性降低。

  铝氧化,用于防护,装饰及纯装饰加工时,多使用允许浓度的上限,即20%浓度的硫酸做电解液。

  ②氧化时间:氧化时间的选择,取决于电解液浓度,温度,阳极电流密度和所需要的膜厚。相同条件下,当电流密度恒定时,膜的生长速度与氧化时间成正比;但当膜生长到一定厚度时,由于膜电阻升高,影响导电能力,而且由于温升,膜的溶解速度增大,所以膜的生长速度会逐渐降低,到最后不再增加。

  ③硫酸浓度:通常采用15%~20%。浓度升高,膜的溶解速度加大,膜的生长速度降低,膜的孔隙率高,吸附力强,富有弹性,染色性好(易于染深色),但硬度,耐磨性略差;而降低硫酸浓度,则氧化膜生长速度加快,膜的孔隙少,硬度高,耐磨性好。

  ④电解液温度:电解液温度对氧化膜质量影响很大。温度升高,膜的溶解速度加大,膜厚降低。当温度为22~30℃时,所得到的膜是柔软的,吸附能力好,但耐磨性相当差;当温度大于30℃时,膜就变得疏松且不均匀,有时甚至不连续,且硬度低,因而失去使用价值;当温度在10~20℃之间时,所生成的氧化膜多孔,吸附能力强,并富有弹性,适宜染色,但膜的硬度低,耐磨性差;当温度低于10℃,氧化膜的厚度增大,硬度高,耐磨性好,但孔隙率较低。因此,生产时必须严格控制电解液的温度。要制取厚而硬的氧化膜时,必须降低操作温度,在氧化过程中采用压缩空气搅拌和比较低的温度,通常在零度左右进行硬质氧化。

  ⑤搅拌和移动:可促使电解液对流,强化冷却效果,保证溶液温度的均匀性,不会造成因金属局部升温而导致氧化膜的质量下降。

  ⑥电解液中的杂质:在铝阳极氧化所用电解液中可能存在的杂质有Clˉ,Fˉ,NO3ˉ,Cu2+,Al3+,Fe2+等。其中Clˉ,Fˉ,NO3ˉ使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松。若其含量超过极限值,甚至会使制件发生腐蚀穿孔(Clˉ应小于0.05g/L,Fˉ应小于0.01g/L);当电解液中Al3+含量超过一定值时,往往使工件表面出现白点或斑状白块,并使膜的吸附性能下降,染色困难(Al3+应小于20g/L);当Cu2+含量达0.02g/L时,氧化膜上会出现暗色条纹或黑色斑点;Si2+常以悬浮状态存在于电解液中,使电解液微量混浊,以褐色粉状物吸附于膜上。

  ⑦铝合金成分:一般来说,铝金属中的其它元素使膜的质量下降,且得到的氧化膜没有纯铝上得到的厚,硬度也低,不同成分的铝合金,在进行阳极氧化处理时要注意不能同槽进行。

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