阳极氧化处理的工艺参数

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无机酸槽液主要控制全酸浓度和游离酸浓度,而游离酸浓度往往更有实际意义。槽液浓度应该视酸的种类而异,浓度范围应该按照工艺说明认真管理。一般硫酸阳极氧化的硫酸浓度可以选择在15%~20%,传统上欧洲的硫酸浓度偏高,我国和日本的偏低。硫酸浓度的变化范围控制在±10g/L,但是在三次电解多色化处理时,阳极氧化槽液的浓度范围控制应该更加严格。磷酸溶液的浓度约为4%磷酸,铬酸溶液约为3%铬醉。在配制硫酸槽液时可用自来水配制,而在配制草酸或其他有机酸溶液时宜用去离子水。槽液中有害的杂质是氯、氟等形成的阴离子,以及铜、铁、硅等形成的阳离子。槽液中铝离子浓度也应该加以控制,在硫酸阳极氧化时‘铝离子浓度一般控制在低于20g/L的范围,最佳控制稳定在5~10g/L,氯离子浓度不宜高于100mg/L。铝离子浓度过高,则阳极氧化膜的透明度降低,耐磨性下降,严重时还容易发生;烧焦;现象。

阳极氧化是一个电化学放电过程,随着氧化膜厚度的增加需要强制散热,用冷却来控制槽液温度是保证阳极氧化膜性能的重要参数。铝阳极氧化的最佳温度范围视电解槽液类型、铝合金类型、阳极氧化条件以及阳极氧化膜的性能要求而有所不同。阳极氧化的槽液温度一般是在20~30℃之间。硫酸溶液的温度宜选择在20℃以下,硫酸硬质阳极氧化的温度要求更低,一般可以选择在-5~+5℃。磷酸槽液大约为25℃,而铬酸槽液可以达到甚至高于30℃。一般来说,电解槽液的温度升高,阳极氧化膜的硬度、耐腐蚀性和耐磨性都会下降,甚至出现阳极氧化膜的烧焦或粉化现象。阳极氧化的操作温度降低,则阳极氧化膜的透明度和染色性都会下降,而且容易引起着色的不均匀,但是阳极氧化膜的硬度会得到提高。

阳极氧化电压决定了阳极氧化膜的结构,也就是决定了氧化膜的性能。抛光氧化加工和纯铝抛光氧化虽然看起来相似,但本质上两者是不同的,因为在亮度方面,后者要比前者高得多。此外,原材料的组成也不同。至于抛光和氧化,抛光的主要目的是提高产品表面的光滑度和手感。在控制电压阳极氧化时,外加电压高则电流密度也高,阳极氧化膜的生长速度也随之加快。阳极氧化电压首先与铝合金类型有关,在165g/L硫酸槽液、25℃和1.2A/dm^2电流密度下,6063-T5和5052铝合金的电压约为13~14V,6061-T6和3003铝合金的电压为14~15V,而2014-T6和2024-T3铝合金则为17~18V。同时电压还与电解质类型、电解槽液浓度、铝离子浓度、槽液温度以及搅拌等因素有关。一般条件下,硫酸溶液的电压大致为15V,磷酸溶液约为20V,而铬酸溶液则大于20V。在草酸槽液中阳极氧化,外加电压已经从硫酸溶液中不到20V增加到50V左右。当然,火花阳极氧化的电压可能达到几百伏,此时外加电压并不是单一电化学反应的结果,而是物理的火花放电过程与电化学过程的共同作用。

阳极氧化槽液搅拌的目的是有利于阳极氧化膜的散热,阳极氧化过程中电流通过膜层生成的焦耳热必须散去。工业化批量生产通常将槽液机械循环到槽外,通过换热器冷却再用泵打回槽内,同时槽内再进行空气搅拌可以使槽液成分和温度更加均匀,而且更有助于阳极氧化膜的散热。近年有报道称将一般空气搅拌改进为空气微泡搅拌,可以加强散热以提高阳极氧化膜的生长速度。槽液循环原则.上不能代替空气搅拌,两者同时使用效果更好,我国和欧洲通常同时采用槽液循环和空气搅拌两种方法。日本学者的观点有些不同,他们认为空气搅拌使槽液中含有大量空气泡,增大槽液的电阻从而使能耗增加,另外还可能由于在工件表面上积聚空气泡,造成阳极氧化膜的点缺陷,并不主张进行空气搅拌。日本学者的意见也是不无道理的,因此不必强求硬性规定,应该根据生产的具体情况决定取舍才更加合理。

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