黄工
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铝及其合金因质量轻、机械强度高、易加工成型等特点,在机械制造、电子器件、国防建设等领域被广泛采用。但在铝型材挤压生产过程中,由于受坯锭、模具、挤压工艺等因素的影响,型材表面将不可避免的出现挤压纹。再者在氧化过程中,难免发生碰撞引起表面划伤,使其装饰性能严重降低,这也是生产企业和广大用户十分忌讳的。不少生产厂家为了消除铝型材表面的挤压纹、划伤,常采用人工反复机械刷光的办法,这样一方面减弱了型材表面的机械性能和耐蚀性能,另一方面增加了生产工序和劳动强度,工作效率低下。随着电子产品的更新换代,电子产品特别是军用电子产品要求铝型材氧化后不仅有一定的装饰性,而且在高温、低温、潮湿环境等严酷条件下使用有较好的耐蚀性,原有单一的阳极氧化工艺已不能满足电子产品新的要求,因此,铝型材在阳极氧化工序前增加化学砂面氧化工序,从而达到提高装饰和抗蚀的效果。
实验方法及仪器
本实验中化学砂面氧化工序采用20L的搪瓷槽为化学砂面氧化槽,电动搅拌仪进行搅拌,电加热器进行加热。阳极氧化工序中采用50L的塑料槽为电镀槽,电源为可控硅整流器,阴极材料为铅板,阳极材料为6063铝型材试样,用硫酸配电解液进行阳极氧化。电解氧化过程是当铝件作为阳极,通电时失去电子变为Al3+,Al3+与电解液中的水发生作用形成Al(OH)3,在金属与溶液的接触面上形成一层连续的Al(OH)3膜。氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解同时进行的过程,当成膜速度大于溶解速度时,膜才得以形成和成长[2]。质量检验是用4～5倍的放大器目测外观,用郑州新时代公司生产的涡流测厚仪测量厚度,用HX21型显微硬度计测量氧化膜硬度,分别测10点取平均值。经复合处理后的试样随同某厂军品双频段样机作高温、低温、潮湿环境下的挂片实验。
工艺流程与实验方法
铝型材化学砂面和阳极氧化工艺流程如下:除油→热、冷水洗→碱蚀→热、冷水洗→浸亮→冷水洗→冷水洗→化学砂面处理→冷水洗→冷水洗→阳极氧化→冷水洗→冷水洗→95℃以上热水封闭→烘干。
实验材料为6063铝型材。
1.复合工艺中主要工序的配 方、工艺参数
(1)除油 铝型材表面油污较少时用汽油擦拭即可,若油污严重应再进行常规碱性化学除油:磷酸三钠:40g/L表面活性剂:3～5g/L，温度:60℃时间:5～10min
(2)碱蚀 碱蚀液的配 方及工艺条件为:氢氧化钠:80～100g/L 温度:50～60℃ 时间:
(3)浸亮 硝酸(d=1.41)水温度:时间:
(4)化学砂面处理 砂面酸蚀剂:氟化氢氨:水:pH:10～15s50%50%
含量过高易形成过腐蚀,含量过低砂面时间长,不明显。
①化学砂面时间、温度的影响
在砂面酸蚀剂浓度为25～35g/L、氟化氢氨浓度为60～80g/L时,对不同温度和时间做了大量的实验,结果表明,时间低于3min,温度低于40℃时铝型材砂面不明显,时间高于5min温度高于55℃时易过腐蚀。
②除油与砂面质量的关系
除油不干净的铝型材砂面后个别地方易过腐蚀,得不到均匀的砂面,影响产品的装饰性能。
③硫酸浓度的影响
根据氧化膜的形成机理,膜的成长速度取决于膜的溶解和形成速度的比率,一般阳极氧化时,为了加快槽液中电解质的传递过程,促进膜的生成,采用较浓的硫酸,但同时硫酸对氧化膜的溶解作用随浓度的增加而增加,所以,一般硫酸型阳极氧化的质量分数为15%～20%,硫酸浓度变化范围较大,但在本工艺中若采用一般硫酸型阳极氧化的质量分数时,产品的装饰性能严重降低。因此为了获得砂面均匀本色耐磨产品,应采用硫酸浓度较低的氧化液。
④阳极氧化温度的影响
通过测定氧化膜的厚度和硬度表明,在低温时获得的氧化膜较厚,硬度也较高,但随着温度升高氧化膜的厚度和硬度有所降低,且形成一层疏松的氧化膜使表面挂灰,影响铝型材的表面装饰性能。这是因为氧化液温度高硫酸对氧化膜的溶解增强,对铝型材产生过腐蚀。
⑤工件装夹情况与砂面氧化膜的关系工件装夹不够牢固,所获得的氧化膜轻者会出现发白或彩虹色,重者有可能被腐蚀。
⑥工件悬挂间距与砂面氧化膜的关系
悬挂在槽内的工件之间间距不宜过近,更不允许互相碰撞,否则,砂面膜有可能被划伤而不均匀,甚至有可能被烧毁。
结果与讨论
化学砂面剂中氟化氢铵含量的影响
砂面剂中氟化氢铵的含量对铝型材砂面后的质量影响很大。在其它条件相同的情况下,浓度低于60g/L铝型材砂面不明显,表面的机械纹、划伤痕迹不能消除,氧化后氧化膜缺乏立体感。浓度高于80g/L时铝型材砂面易形成点状过腐蚀,砂面不细致,颜色发暗,有挂灰,表面的机械纹也不能彻底消除,只有浓度在60～80g/L时,铝型材砂面细致,自然流畅,细腻饱满,氧化后氧化膜有较强的立体感。这是因为砂面剂中氟化氢氨中的氟离子对铝表面的钝化膜有极强的渗透性能,在盐类溶液中对铝有显著的孔蚀作用,同时氟离子对硅有特殊的溶解能力。
对6063铝型材,为了获得砂面均匀本色耐磨的产品,化学砂面工艺中应严格控制氟化氢铵的含量,阳极氧化时应采用硫酸浓度较低、温度较低的氧化液。
本工艺配 方简单,溶液稳定,操作简便,所获得的砂面氧化膜没有耀眼的光泽,砂面细致,自然流畅,细腻饱和,能掩盖铝型材表面的轻微挤压纹和划伤,给人一种柔和、舒适的感觉。而且具有漫反射表面的砂面氧化和其它光亮镀层配合使用时,能显出产品外观的立体感,富有别具一格的装饰性能和耐磨性能。
