铝及铝合金彩色导电氧化工艺介绍

摘要：铝合金原理-工艺-技术篇:主要讲解了铝合金预处理工艺中需要注意的具体细节、预处理的方法、氧化成膜工序的技术要求及氧化膜色彩不均匀的等知识。

铝及铝合金彩色导电氧化工艺介绍

铝及铝合金经导电氧化工艺处理之后，所获的氧化膜仍有优良的导电性能，这是其特有的性能，而且膜层的防护及装饰性能也很好，纯铝表面的膜层色彩比锌层彩虹色钝化膜更雅致，具有较浅且均匀的细纹色彩，是很有应用前景和推广价值的工艺。

铝及铝合金导电氧化工艺操作简便，无需专用设备，近年来有关导电氧化膜层易于吸附有机涂料，结合力良好的认识得到进一步的提高，因而用作涂装(电泳、喷漆)基底的应用范围也得到逐步扩大。

预处理工艺中需要注意的具体细节

铝质材料在空气中是极不稳定的，容易生成用肉眼也难以识别的氧化膜。由于铝件加工工艺方法的不同，如铸造成型，或是由延压板材直接剪切而成，或是机械精细加工成型，或是经不同工艺成型后又经热处理或焊接等，工件表面都会呈现不同状态，不同程度的污物或痕迹，为此在前处理工序中必须根据工件表面的实际情况选择前处理的工艺方法。

(1)精细加工件在前处理工序中需要注意的问题：

精细加工件虽然表面的自然氧化膜才初生成，较易清除，但油腻重，特别是孔眼内及其周围(因机加工过程中润滑需要而添加的)，这类工件必须先经有机溶剂清洗，若直接用碱洗不但油腻重难以除净，且精细加工面承受不了长时间的强碱腐蚀，结果还会影响到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最终有可能成为废品。

(2)铸造成型件在前处理工序中需要注意的问题。

铸造成型件并非所有表面都经过机械加工，未经机加工的表面留有浇铸过程中形成的过厚氧化层，有的还夹有砂层，此时应先用机加工或喷砂方法先除去这一部位的原始氧化膜，或是经碱洗后再加工，只有这样才能既除净未加工部位的原始氧化层，又可避免机加工部位公差尺寸的改变。

(3)经过热处理或焊接工艺的工件在前处理工序中需要注意的问题：

按工艺要求，工件转入热处理或焊接工序之前需经有机溶剂清洗，除净表面油污，但目前一般做不到这一点，故工件表面形成一层油污烧结的焦化物，这层焦化物在有机溶剂中是难以除净的，若浸泡在碱液中会引起局部腐蚀，产生麻点或造成凹凸不平，严重影响产品质量。笔者用浓硝酸浸泡的方法来泡软这层焦化物，待焦化物松软后再在碱液中稍加清洗即能彻底除净。

预处理的一些具体方法如下。

①有机溶剂除油。

油污不太严重的可在溶剂中短时间浸泡；油污严重的应用棉纱蘸溶剂揩擦，或用鬃刷刷洗。操作中要注意安全，用后剩余溶剂要妥善保管好。

②晾干。

无论采用何种有机溶剂的清洗方式，晾干工序决不可省略，否则将会失去清洗意义。

③绑扎。

绑扎用的材料宜选用铝丝，禁用铜丝和镀锌铁丝，可用退去锌层的铁丝。

稍大的单件绑扎要考虑绑扎位置，并尽可能绑在离零件边沿最近的孔眼中，以减少对工件表面的影响。

不同种工件不宜同绑于一串中，因不同成分(牌号)的铝材氧化处理时间是有所区别的。

注意所绑扎的工件悬空时的方向，要避免凹入部位因朝下而产生窝气。

碱洗到工件表面油污除净为止。

④碱洗

⑤循环水冲洗。

碱洗后的冲洗最好先用热水冲洗，这样有利于洗净工件表面上的碱性物质。有盲孔、狭缝的工件要加强对该部位的冲洗，并甩净其中的残留溶液，并当即转硝酸出光，以免遭受氧化。

⑥硝酸出光。

若处理杂铝、铸铝还应在此配方的基础上添加50mL／L氢氟酸，以加速除去碱洗时黏附在铝件表面的不溶物。

氧化成膜工序的技术要求

(1)氧化。溶液配方及工作条件：

经前处理后要立即转入氧化工序，以防因工件在大气中搁置过久而又生成自然氧化膜而影响氧化层的质量。再度浸泡在清水中虽优于暴露在大气中，但也不宜浸泡过久，如果浸泡在3％的稀硝酸中一般浸泡l5～30min之内仍可继续氧化，但若时间过久对膜层的生成也会有影响，尤其含有铜等杂质的旧硝酸。

氧化过程中溶液的温度是至关重要的工艺条件，溶液温度过高，成膜速度加快，氧化膜容易出现粉化；溶液温度过低，成膜速度缓慢，所生成的膜色调偏淡，附着力差。

在同一型号铝材为求得表面基本一致的色彩，应在同一溶液温度下处理同样时间。

在一定的范围内温度与时间成反比，即溶液温度越高，所需时间越短，反之所需时间越长。

铝材纯度越高所需的氧化处理时间越长。氧化处理时间不足，生成的氧化膜过于浅淡；铝材纯度低，氧化时间缩短，否则氧化膜显陈旧，甚至影响膜层的导电性能。

为了获得均匀的氧化膜色彩，小件氧化时可在溶液中多晃动，大件可采取搅拌溶液或静处理(不搅拌溶液、不晃动工件)，以防工件的边缘部位与溶液的交换机会比工件的中心部位多而产生不均匀的氧化膜色彩。

(2)循环水冲洗。

对于有盲孔、狭缝的工件要加强对这些部位的冲洗，并甩净里面的残留溶液，以防氧化溶液流出来氧化面受破坏。

(3)自检。

工件经循环水冲洗后宜即自检质量，如发现有缺陷的可在碱液中退除，出光后重新氧化。若干燥后再退除、返修、则较难退除，且较易损伤基体。

(4)干燥。

干燥是维护质量的关键，氧化件需在干燥之前先甩去工件表面的游离水，然后在阳光下曝晒。也可在45～50℃条件下烘烤干燥，温度不可过高，以免烤焦、老化、出现裂缝，外表色彩显得陈旧。

大面积件的氯化

(1)整体处理。

根据氧化件的外沿尺寸(适当放宽余量)，用木条或砖块围成一个框，框内铺上塑料布，形成一个凹形水池，其高度若处理板状件的，则有100MM左右即可，操作时只要将工件在此池内上、下晃动，即可使其表面形成氧化膜。

(2)分部位处理。

分部位处理即工件在槽(池)内先后在不同部位依次快速变更或转动，最后使整个工件表面与溶液多次接触而逐渐形成并加厚氧化膜的操作方法。

采用以上两种方法，即可免于制作大型镀槽、配制大量溶液，且减少长期少有使用而造成的浪费，还可免于占用车间内的生产面积。

氧化膜色彩不均匀的三种可能原因。

(1)工件面积过大，操作时在槽内摆动过大，边缘和中心部位与溶液的接触、更新、交换有过大的差异，从而导致氧化膜色彩不一致。．

预防方法：氧化时工件摆动的幅度要小，静处理也可以，但当溶液温度过低时容易出现地图状花斑，显得不自然。

(2)包铝件加工时部分包铝层遭到破坏，被切削掉，外层包铝属优质铝，被包的内层是杂铝，两种铝质差异较大，故氧化后出现“良癜风”似的斑点。这一现象客户往往不会太理解，厂家要多做解释工作，说明原委，以免引起误解。

(3)工艺操作方面问题。

①工件碱蚀处理不彻底，局部处原始氧化膜、污物未能除尽；

②碱蚀后没有当即进行出光处理，工件表面仍呈碱性；

③工件在传递过程中接触过异物。

当遇有膜层色彩不均匀时要从多方面去寻找原因，采取针对性措施予以解决。

由碱蚀液中铝离子积聚过高引起故障。

一位读者来电询问工件经碱蚀后难以获得导电氧化膜的原因，经对导电氧化膜难以形成的诸多因素排除之后，考虑到碱蚀液中是否有过高铝离子问题，对方说碱蚀液很稠。但碱蚀速度不快。当时笔者建议更换碱蚀液，因为碱蚀液使用时间过长之后会积聚过多的铝离子，铝离子在工件表面较难洗脱，从而影响铝件表面与导电氧化溶液的接触，从而影响到氧化膜的形成。另一建议是若当时无条件更换碱蚀溶液，可将碱蚀后的工件经热水漂洗后立即在流动水中漂洗，然后再在含有氢氟酸的浓硝酸中出光，然后经充分漂洗后进行导电氧化处理。后该读者来电话说碱蚀后用热水洗烫效果很好。

笔者经验是，在热水中洗烫后迅速离开热水并当即浸入流水中，防止工件干化后因遭到氧化而影响到导电氧化膜的形成。

氧化膜附着力差的四大原因可能原因：

(1)氧化膜过厚(氧化时间过长)；

(2)氧化溶液浓度过大；

(3)氧化溶液温度过高；

(4)氧化膜未经老化处理。

操作者可根据上述对氧化膜附着力有影响的四点因素进行调整。

氧化件的孔眼及其周围较难形成氧化膜主要有如下两种原因。

(1)工件碱洗后冲洗不彻底。碱洗时进入孔眼内的碱液如未能冲洗干净，氧化处理后碱液会从孔眼中流出来，致使孔眼周围的氧化膜遭到腐蚀。

(2)工件的孔眼周围有黄油。铝材攻螺孔时很涩，操作者常以涂黄油来润滑，碱洗时如果碱液中缺乏乳化剂，黄油是很难除尽的。

解决方法：

(1)在碱洗之前先用汽油洗刷一遍，碱洗液中应添有乳化剂；

(2)工件碱洗后应冲洗干净。

氧化膜导电性差。

原因：氧化时间过长，氧化膜过厚。按工艺要求的30～60s操作，所获得的氧化膜呈浅彩虹色，膜层导电性良好，基本上测不到电阻，若氧化时间过长，膜层厚度增加，不但会影响膜层的导电性能，膜层还会呈土黄色，显得陈旧。

预防方法：

操作时间应严格控制。

后处理工序中需注意的四点。

(1)热水冲洗。

热水洗目的是老化膜层。但水温和时间要严格控制，水温过高膜层减薄，颜色变淡。处理时间过长也会出现上述类似问题，适宜的温度和时间是：

温度40～50℃时间0．5～1MIN。

(2)干燥。

干燥以自然晾干为好，经热水冲洗过的工件斜挂于架子上，让工作表面的游离水以垂直方向向下流。流至下端角边的水珠用毛巾吸去，按此法晾干的膜层色彩不受影响，显得自然。

(3)老化。

老化方法可根据气候条件来决定，有日光的夏季可在日光下曝晒，阴雨天或是冬季可用烘箱烘烤，工艺条件是：

温度40～50℃时间10～15min。

(4)不合格件的返修。

不合格导电氧化膜件宜在干燥、老化工序之前先挑出来，因干燥、老化后膜层较难退除并会影响工件表面的粗糙度。此问题笔者在工艺上进行了一些摸索，经多种方法试验，发现采用下列方法效果很好，方法简单，又不影响工件表面质量，具体过程如下。首先将不合格的工件夹在铝阳极氧化用的夹具上，然后按铝在硫酸溶液中的阳极氧化方法进行阳极处理2～3min，待膜层松软、脱落，再经碱液稍加清洗及硝酸出光后即可重新进行导电阳极化。