Al—Si基铸铝合金阳极氧化

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《工艺研究》
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剑影魔踪
Al—Si基铸铝合金阳极氧化
李珍芳
(金华职业技术学院,浙江金华321017)
[摘要]Al—si合金由于其良好的性能已在工业中得到了广泛的应用。阳极氧化成为铝合金铸件表面处理的一种重要方式,而阳极氧化膜色差直接影响到铸件的表面质量、使用寿命及外观要求。探讨了影响铸铝阳极氧化的因素,研究了铸铝合金的表面预处理和阳极氧化工艺,讨论了铸铝合金的表面预处理和工艺条件对阳极氧化膜性能的影响,据此优化工艺,获得了合适的表面预处理方法和阳极氧化最佳工艺条件。该工艺操作简便,节约能源,生产效率高,易于推广应用。
[关键词]铸铝合金;阳极氧化;氧化膜;色差
[中图分类号]TGl74.451[文献标识码]A[文章编号]1001—3660(2007)06—0056一03OxidationonAl-SiCastingAlumini哪AUoy
LIzhen:fnng
(CoUegeofProfessionandTechnology,Jinhua321017,China)
[Abstract]Al—Sialloyhasbeenwidelyappliedinindustryforitsgoodproperties.Anodizationistheimportantpmcessofsu—hcepretreatmentforAl-alloycastingandtheanodisingmembranechromatismofaluminiumalloycastingdi-rectlyinnuencedthesuI{acequality,seⅣicelifeandappeamnce.IIlfluencefactorsofqualityofcastaluminiumpositivepoleoxidizingwerediscussed.f'rocessesofsud'acepretreatmentandanodizationofcastA1alloyswerein
vestigated,ef玷ctsofsurfacepretreatmentandechn0109icalconditionsofcastAlalloysoncormsionresistanceandthicknessofano—dizedfilmwerediscussed.Basedonthisoptimumtechnology,applicablemethodofsud.acepretreatmentandtechnologi—calconditionsofanodizationwereobtained.Thetechnologywassimpleandemcient.
[Keywords]CastA1uminiumA110ys;Anodization;Oxidefilm;Chmmatism
1982年是什么命0引言耐心英文
Al—si合金,一般Si的质量分数为4%~22%,该系合金不仅具有密度小、比强度高、导热性能好的特点,而且铸造性能优良、流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小,经过变质和热处理之后,具有良好的力学性能、物理性能和中等的机加工性能,加上采用先进技术,现已能用来制造气缸、缸盖、轮毂、叶轮等许多重要结构的铸件,是铸造铝合金中产量最大、品种最多、用途最广的一类合金¨-。
铝及铝合金的阳极氧化是以铝及铝合金零件作为阳极,以铅板作为阴极,在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解,使其表面生成氧化膜。其中硫酸阳极氧化处理应用最为广泛。1引。虽然铝合金硫酸阳极氧化工艺是比较成熟的工艺方法,但在通常的化学抛光工艺中,Al—si合金由于硅的存在,共晶组织中存在分散不均匀的硅及硅的氧化物,易造成硅组织的偏析,导致抛光时表面挂灰。采用通常的阳极氧化工艺,在Al溶解或成膜过程中,
[收稿日期]2007—08—27
无人送酒来
[作者简介]李珍芳(1965一),女,浙江东阳人,副教授,硕士,研究方向金属材料表面处理。表面上的Si既不溶解于酸性水溶液,也不与电解液反应,使得铸铝较之其它铝合金更难阳极氧化,在阳极氧化之后残留的Si将形成“硅灰”,表面出现光泽不一的暗斑和黑点,即存在阳极氧化膜色差,既影响了氧化膜的性能,也不利于获得装饰外观,严重影响了铝合金的装饰效果和使用性能。硅含量越高,越难抛光和氧化。因此在Al—si基铸铝合金表面上要形成高质量的氧化膜存在一定的困难。近年来,铸铝的阳极氧化问题受到越来越多的关注,已成为铝合金阳极氧化研究的一个热点H…。本试验探索出一种较好的铸铝合金阳极氧化工艺,获得具有金属光泽的本色阳极氧化膜,解决了铸造铝合金因阳极氧化时产生“硅灰”而造成的阳极氧化膜色差缺陷,保证氧化膜颜色的均匀性,对提高铸铝合金硫酸阳极氧化质量有重要的现实意义。
1试验方法
1.1试验材料
本试验采用的材料为浇铸的zLl02合金(si:10%一13%),试样尺寸为70mm×20mm×5mm。试验溶液均用化学纯级以上的药品配制而成。
1.2工艺流程与工艺参数
本试验工艺流程为:铸铝试样一机械抛光一清洗剂清洗一冷水洗一化学除油一热水洗一冷水洗一出光一冷水洗一化学抛光一热水洗一冷水洗一去离子水洗一阳极氧化一二道冷水洗一去离子沸水封闭一干燥一检验与性能测试。
本试验采用硫酸、添加剂A、添加剂B为基础配方,针对硫酸含量、添加剂A含量、添加剂B含量、温度、氧化时间与电流密度等6个因素,进行正交试验,得到最佳阳极氧化工艺配方。各工序的工艺配方见表1。
表1工艺配方
Table1Fo珈1ulationOfproce蟠es
工序配方及工艺参数,
化学除油篡潍篙:凳篇∑?以№2∞”
出光750mI/LHN03(65%)、250mL/LHF(48%),常温,3~5s化学抛光:鲨箫嚣:#=彬Ⅶn”“7山Ⅷ202、…..,.160~1809/LH2s04、29/L添加剂A、89/L添加剂B、
阳极氧化A13+<20≥L,1;~:6≤,40~50二。,‘,。。:1。2A/j。2封闭pH值5.5~6,100℃,30~60min
1.3氧化膜性能测试
1)膜厚测定按IS02106标准进行。
2)膜层耐蚀性用点滴法进行检验,即用滴管将检验液滴于待测的已用石蜡封好的氧化膜上,根据溶液颜色由橙黄色变为绿色所需时间(min)加以评定氧化膜的耐蚀性能。点滴试样在氧化封闭后的2h内进行,点滴液组成为:25mLHcl(密度d=1.19∥cm’)、39K,Cr207、75mLH,0。
传说故事
2结果与讨论
2.1表面预处理对阳极氧化膜质量的影响
2.1.1机械光整加工
铸铝的硅含量高,表面有1层铸造氧化膜,而且粗糙,用化学浸蚀的方法不能得到清洁光亮的表面,而且在浸蚀的过程中,工件表面的微裂纹、麻坑等缺陷会更加突出。为此可根据实际情况选择合适的前处理方法,其非机加工表面一般先用粘有石英砂的抛光轮、再用布轮进行抛光,这样可以消除制品表面的自然氧化膜和粗化表面(粘砂等),得到平整的外表。在抛光过程中应避免过度抛光引起的“抛光烧蚀”现象,否则会在过度抛光部分形成不透明阳极氧化膜,甚至不形成氧化膜。抛光后的工件在常温金属清洗剂中擦洗,以除去工件表面的抛光膏及抛光污物,同时也洗去了工件在未抛光时己附着的各种油污。
2。1。2除油及化学抛光
化学除油目的是为了进一步除去工件表面的油污,同时对工件表面进行轻微腐蚀。由于铝在强碱性溶液中会遭到强烈腐蚀,因此,采用弱碱性溶液,并加入乳化剂,以提高除油效果。除油、抛光后进行阳极氧化的试片与未经处理即进行阳极氧化的试片进行比较,结果如表2所示。
表2除油、抛光对阳极氧化膜质量的影响Table2TheeI弛ctofdeg“%lseandchemicaIpolishingonoxide丘lm
结果表明:除油、抛光后的氧化膜明显增厚,耐蚀性明显提高,膜色呈金属色;除油、无抛光的氧化膜虽然也明显增厚,但不耐蚀,色泽呈灰色,其膜层比较疏松;未除油的氧化膜薄而不耐蚀,表面色差严重。
2.1.3酸蚀出光
铸铝中的金属或非金属元素如锰、铁、铜、硅等,在化学除油液中是不溶解的,碱蚀后残留在铝合金铸件表面,形成1层很薄的浅灰色膜。这层膜必须在酸性溶液中除去,使铸件表面光亮干净,同时也具有中和碱的作用。出光后工件要充分清洗,使工件不残存酸液。
2.2阳极氧化工艺条件对阳极氧化膜质量的影响2.2.1硫酸含量
氧化膜的成长速度与电解液中H2s0。含量密切相关。通常随着H:s0。含量的升高,氧化膜的溶解速度增大,允许氧化温度逐渐降低。反之,含量降低,氧化膜的溶解速度也减小,提高了氧化温度上限。但含量过低(低于120∥L),溶液导电性降低,电压升高,电耗增大。应根据对氧化膜的要求选择H:S0。含量。要获取厚而硬的耐蚀性好、无斑点、均匀无色差的氧化膜,选择H:s0。含量为中限值。
2.2.2温度
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氧化时溶液温度会不断升高,‘,。升高(电压恒定时)或电压下降(电流恒定时),有利于提高生产效率和降低能耗,但电解液氧化膜的溶解度加大,膜的生长速度减小,氧化膜的厚度必然随着减小,若同时.,。也低,则会出现粉状膜层。p>26℃,膜层质量开始降低,复杂工件会造成电流分布不均匀而烧蚀;p≥30Cc,氧化膜溶解太快,氧化膜较薄,严重时有“烧焦”现象,其耐蚀性和耐磨性较差,膜层质量明显降低;达到40℃,无法生产,膜层呈花纹状;p<13℃,因为温度过低,氧化膜生长太慢,在相同时间内氧化膜较薄,其耐蚀性和耐磨性较差,膜层脆性增大。在20℃获得的氧化膜质量最好。
2.2.3电流密度
随着电流密度增加,氧化膜生长速度快,膜孔隙加大,阳极氧化膜变厚,硬度和耐磨性提高,其耐蚀性和耐磨性也增加;但电流密度过高,因焦耳热的影响,膜孔内热效应加大,局部温升显著,氧化膜溶解加快,成膜速度反而下降,膜层变薄,其耐蚀性和耐磨性也急剧下降。也就是说,电流密度提高在一定范围内可以加速膜生成速度,但达一定值后,成膜速度反而降低。而随着电流密度减小,膜的生长速度减小,当六小于O。8A/dm2时,氧化膜质量明显降低。因此,电流密度最好控制为1—2A/dm2。2.2.4氧化时间
必须根据H:s0。含量、温度、I,。、膜厚要求来决定氧化时间。随着氧化时间的增加,阳极氧化膜变厚,其耐蚀性和耐磨性也增加;但氧化时间过长,膜虽变厚,但并不会按正比例增厚。
由于阳极氧化膜层中的多孑L质层被电解液溶解变薄,氧化膜的2.3后处理对阳极氧化膜质量的影响
孔径逐渐变大,膜层逐渐变粗糙,硬度降低,其耐蚀性和耐磨性铝合金表面经阳极氧化后得到的氧化膜具有高的孔隙率和却稍有下降,膜层质量降低。通常氧化时间为40~50min。吸附性,很容易被污染,而且在腐蚀环境中使用时,腐蚀介质易2.2.5杂质离子含量进入孑L中引起腐蚀,因此,经氧化后的膜不管着色与否,均须采电解液中的主要杂质是Al”、cu“、Fe“、cl一、F一、NO一等,用恰当的封闭技术将微孔闭合,以提高耐蚀、防污染和电绝缘性铝离子含量会直接影响电流密度、电压、膜的耐蚀性和耐磨性。能,使铝制品外观保持持久不变。本实验采用热水封闭,氧化膜在氧化过程中,由于膜的溶解,铝离子会不断积累,导致游离在热水中生成水合氧化铝,氧化膜体积的膨胀使膜孔显著缩小,H:s0。减少,导电性下降,造成膜厚度不足,透明性下降。当铝从而达到封孔目的。热水封闭易采用蒸馏水或去离子水,不采离子质量浓度大于极限值时(>20∥L),氧化膜表面会出现白用自来水,以防水垢吸附在氧化膜孔中。
点或块状白斑,必须弃去部分溶液,补充去离子水,也可在氧化
槽中加入适量(NH。):so。,加热至40℃待充分溶解后,停止搅3结诊
拌,降温至20℃以下,静置24h后过滤,可除去Al“。当溶液中
铜含量达到O.02∥L时,电解液的混浊度大为提高,氧化膜会出1)前处理对铸铝合金阳极氧化膜的质量有显著影响,除现暗色条纹和黑色斑点,它往往以褐色粉状物吸附在阳极上,一油、抛光后的氧化膜不挂灰,厚度明显增加,耐蚀性明显提高。
般用滤纸或微孔管过滤机仔细过滤可除去。当cl一、F一、N0—2)电流密度有一个最佳范围,在1—2A/dm2范围内可获等阴离子含量高时,氧化膜孔隙率大大增加,氧化膜表面变得粗得良好的阳极氧化膜;氧化时间在45min左右;温度在20qC下糙和疏松。允许含量为:cl一<0.05∥L,F一<0.ol∥L,N0一<获得的氧化膜质量最好。
0.029/L。
2.2.6冷却与搅拌[参考文献]铝合金阳极氧化时产生的热量如积存在氧化膜表面附近的[1]周永璋,刘正宝,周桃玉,等,铸铝合金硫酸阳极氧化[J].电镀与液层中,会导致氧化膜溶解和综合性能下降。在硫酸阳极氧化环保,1999,19(2):22-25
处理工艺中,通常采用压缩空气搅拌,并配有制冷装置,经过过[2]彭靓,钱翰城・压铸铝合金表面化学转化膜技术[J]-表面技术,滤的压缩空气可从槽底吹入槽内。搅拌使工件附近的热量迅速
。…钆“¨,l=“…
散失。在无冷却装置的情况下,可在电解液中加入1.5%~2%[3]刘槟,易茂中,熊翔,等・铸造铝合金化学转化膜及其性能测试
望翌亏£罂璧蓑燮,裂!登警{:=景罢篓景憩翌黧,…嚣亲兹篇裂羹磊吲n煤炭技术,:峨:。能在不降低氧化膜厚度和硬度的条件下提高电解液温度的上。。,‘.:五.。……………………。~’’…一
限。
[5]李宗勇,王小勇,铝合金阳极氧化膜层颜色均匀性问题[J].腐蚀2.2.7电源波形与防护,2004.25(9):397-399
本工艺采用连续波硅整流器,电流效率高,硬度高,耐蚀性[6]唐春华.高硅铸铝合金阳极氧化[J].电镀与环保,2003,23(3):好。但必须掌握操作条件,避免出现“起粉”和“烧焦”现象。33—35
(上接第55页)
示铁电极材料在碱液中Fe(Ⅲ)向Fe(Ⅳ)转化的中间产物Fe(V)的氧化峰,有可能是Feoj一[Fe(V)离子的存在形式],加速了高铁酸根的生成,提高了时空产率。试验结果表明:
在大电流密度(50~200mA/cm2)下可制得高电流效率的高铁酸盐,这种新材料有望真正实现扩大生产。
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