(一)铝合金
一﹑铝阳极处理的应用
1).耐腐蚀(corrosion resistance):金属的氧化物较金属更,所以更耐腐蚀。 2).涂装附着性(paint adhesion) :太空及军事零件规格。
3).电镀铝:铝经阳极处理后适合电镀,因铝阳极处理表面为不连续氧化铝层,含许多孔,在磷酸镀浴中会形成导电性变成可电镀,而许多孔产生内锁反应(interlocking)镀层附着性加强。
4).装饰(decorative appearance):用不同铝合金,前处理,阳极处理系统可得非常耐久的各种装饰性表面。
5).电绝缘(electrical insulation):阳极处理镀层绝缘性很好并可耐高温而不必改变,应用在电容器(capasitor)工业上。
6).照相底板(photographic substrates):阳极处理所形成的多孔表面,将感旋光性物质(light-sensitive materials)渗入孔中可得到如同照相底片(photographic film)。
7).发射性及反射性(emissivity and reflectivity)太空(aerospace),电子(electronics)及机械(machinery)等光热应用上。
8).耐磨性(abrasion resistance),低温(-4~10防爆节能灯℃)之硫酸电解液阳极处理可得非常硬的阳极镀层(hard anodic coating)具有耐磨特性,应用在齿轮(gears),活塞(pistons),叶片 (fanblade),燃料喷角(fuel nozzles)。
9).表面分析(surface analysis):铝基材在铬酸(chromic acid)做阳极处理可检测出表面缺陷(surface flaw)用来研究铝材料的冶金性质(metallurgical characteristics)。
二﹑铝阳极处理电解液
1. 传统硫酸电解液(conventional sulfuric acid anodizing electrolyte):用在装饰及防护(protective),厚度在2.5~30μm。其配方如下 :
硫 酸: 12~25wt%
浴 温: 21℃
电流密度: 260A/m
电 压: 12~22V
2. 铬酸阳极处理电解液(chromic acid anodizing Electrolyte)此浴较少用在装饰性,主要用在涂装,特别是军事零件,镀层厚度约10μm,其配方如下﹕
铬 酸 chromic acid 3~10%
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浴 温: 40 ℃
电 压: 慢慢调高 (30分钟) 0~40V
电流密度: 0.3~0.5A/dm2
3. 磷酸阳极处理液(phosphoric acid anodizing Electrolyte)此浴主要用在电镀,产生大量的孔加强镀层附着性,其配方如下﹕
磷 无人机防御系统酸: 3~20 Vol %
浴 温: 30~35℃
电 压﹕ 50~60V
时 间﹕ 15~30min
4. 硬质阳极处理液(hard anodizing Electrolyte)此浴系将氧化物膜溶解速率降低使氧化镀层厚度大于250μm得到非常硬且耐磨的表面,其配方如下﹕
硫 酸﹕ 15Vol
浴 温﹕ 0~3℃
电流密度﹕ 2~2.5A/dm2
电 压﹕ 20~60V
时 间﹕ 60~200分
5. 草酸阳极处理液(oxalic acid anodixing Electrolyte)此浴可得黄镀层(yellow coatings)比传统硫酸浴阳极处理镀层硬,其配方如下:
草 酸﹕ 3~10 wt%
浴 温﹕ 24~35 ℃
电流密度﹕ 1~2 A/dm
时 间﹕ 40~60分
6. 硼酸阳极处理液(boric acid anodizing Electrolyte)此浴主要用在制造电容器(electrical capacitors) ,柠檬酸浴(Citrates)及酒石酸浴(Tastrates)也可用。
7. 磺化有机酸(sulfonated Organic Acid )硫酸混合阳极处理液,此浴可得青铜(bronze)金(gold),灰(gray)及黑阳极处理镀层,其镀层较传统硫酸浴的镀层致密(dense)且硬(hard)
三﹑阳极处理镀层着(colring Anodic Coating )
着方法有电解(Electrolytic procedure),有机染(organic dyes),无机染(inorganic pigments)及电镀金属(Electrolytically deposited metal)等方法。
四﹑封孔(sealing )
封孔为阳极处理的后处理(postanodizing treatment) ,封孔是将镀层的孔(pores)封住成为没有吸附性的表面(nonabsorptive)或将一些物质渗入镀层孔内以改变或改进镀层特性封孔过程(sealing process) 包挂溶解氧化物(dissolution)及氢氧化物(hydroxide)再沈(reprecipitation)在孔内或将他的物质沈积在孔内而形成具有特性的致密表面。
五﹑铝阳极处理设备
1. 电接触(electrical contact):因阳极镀层不易导电,所以铝的表面最初就须完全接触。
2. 挂具(racks):用铝或纯钛做挂具,要避免过热(overheating)及弧光(arcing),铝挂具会形成氧化物层可用苛性钠(caustic soda)溶解掉再用。
3. 冷却(coolin)及搅拌(agitation),阳极处理会放出热量,为维持操作温度(operatingtemperatu
re)需用冷却蛇管(cooling coil )或热交换器(heat exchanger)冷却控制温度,搅拌可用空气或机械搅拌。
4. 槽里衬(tank linigs):316不锈钢,锑铅(antimonial lead ),碲铅(Tellurium Lead)被用做衬里及阴极,内衬(inert lining)可用橡胶(rubber),塑料(plastic),或玻璃(Glass)。
5. 电力供应(power supply):可由直流发电机(motor generators)或整流器(rectifiers)供应阳极处理所需要的电力, 一般需24v,但在硬质阳极处理及电解着电压可达到100v,最好能有定压及定电流的控制(constant current and voltage )。
6. 液雾排除(fume removal):需要有适当排风设备。
(二)镁合金
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一﹑镁合金压铸件的阳极处理技术
1. 常规阳极氧化处理规范
序号 | 配方 | 工艺规范 |
组分 | 含量/g/L | 温度/℃ | 起始电流密度 | 最终电压/V | 时间/min |
1 | 铬酸
高锰酸钾 | 20
60 | 20-30 | 0.6 | 1 | 30 |
2 | 苛性钠
纯碱 | 50
50 | 20-30 | 2-3 | 50 | 30 |
3 | 重铬酸钾
磷酸二氢钠 | 100
50 | 50-55 | 1.5-2 | 5-6 | 30-40 |
4 | 苛性钠
磷酸三钠 | 50-55
30-35 | 70-75 | 1.5-2 | 4 | 30-40 |
| | | | | | |
2. 等离子体微弧阳极氧化处理规范
序号 | 配方 | 工艺规范 |
组分 | 含量/g/L | 温度/℃ | 电流密度/A/dm2 | 时间/min |
1 | NaAlO2 | 10 | 20-40 | 15 | 30 |
| | | | | |
二﹑阳极氧化成膜
阳极氧化成膜主要是指镁合金压铸件作为阳极、在外加电压的作用下、通过在一定温度的溶液中进行一段时间的处理、利用工件与处理液之间的电化学反应在工件表面形成保护氧化膜层的一类表面处理技术。阴极通常为槽体或不锈钢板。阳极氧化成膜主要包括常规阳极氧化和等离子体微弧阳极氧化处理技术。
1） 常规阳极氧化处理
常规阳极氧化处理也就是工件在低电压作用下进行的阳极氧化处理技术。典型的处理规范如表5所示。通常经过常规阳极氧化处理后，工件表面形成较为致密的氧化膜层，该膜层主
要由氧化镁与六方氢氧化镁构成，与基体结合良好。与化学成膜处理相比，常规阳极氧化处理膜层的耐蚀性、耐磨性好、机械强度高，工件的尺寸精度几乎不发生影响，在某些使用情况下可省去涂装工艺，直接可作为最终处理，因此常规阳极氧化处理技术得到了较为广泛的应用。
2） 86gan等离子体微弧阳极氧化处理
将常规阳极氧化处理的电压升高到一定值，在阳极区将产生等离子体微弧放电，微弧直径一般在几微米至几十微米之间，在工件表面的停留时间约为几十毫秒，相应的温度可高达几千度，可使周围的液体汽化，形成高温高压区，在该区域内，在电场的作用下，可产生大量的电子和正负离子，因此可产生特殊的物理化学作用，使生成的氧化膜成为陶瓷质的有序结构（主要由立方结构的氧化镁构成），这种特殊的镁合金压铸件表面处理技术就是等离子体微弧阳极氧化处理技术。这是近年来刚刚探索出来的一种崭新的处理方法，典型的处理规范如表6所示。因为微弧放电会使处理液的温度不断升高，所以为了保证处理液的温度恒定，进行表面处理时还需要采用循环冷却系统。由于得到了陶瓷膜层为基体原位生长，因此完整、致密、与基体和油漆的附着性能好，具有优良的耐蚀性、耐磨性和电绝缘
性。目前采用等离子体微弧阳极氧化处理技术可根据具体要求，制备出装饰型、保护型、功能型等陶瓷表面，已应用于实际生产，进一步的研究正处在不断的探索中。
3．交流等离子体微弧氧化处理技术
近年来针对镁合金压铸件的表面处理进行了研究，开发出了交流等离子体微弧氧化处理技术及相应的处理溶液。该技术采用工频交流电对镁合金压铸件进行等离子体微弧氧化处理，与前述的阳极氧化处理相比，该技术不需用直流电源、设备简单，工件的表面处理时间大大缩短，其处理效率较其它方法提高了20倍以上，在处理镁合金压铸手机外壳时，一般在1分钟处理时间之内就可达到表面处理的全部要求。在实际生产中的初步应用已经证明交流等离子体微弧氧化处理技术是一种非常实用、有前途的镁合金压铸件表面处理技术。
二．阳极处理的关键技术问题
由于阳极氧化成膜是在外加电压的作用下进行的，所以该技术对压铸件的表面质量要求不象化学成膜那样苛刻，对于某一表有时甚至不进行预处理面的压铸件，总能够到合适的处理电压和处理时间来得到高质量的膜层。对于阳极氧化成膜，最关键的问题就是处理液
的有效性问题。对压铸件表面质量要求的降低，使脱模剂有机会进入处理液，如果脱模剂和处理液的选择不匹配，将导致处理液的迅速失效，另外，在等离子体微弧氧化成膜中，处理液的温度会迅速升高，这种温升将导致某些处理液的失效，影响表面处理效果。因此合理选择脱模剂和处理液、保持处理液温度的恒定是阳极氧化成膜的关键技术问题。
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