鋁及鋁合金表面處理技術(shù)

王宏偉

摘要：鋁是一種密度小、強度大、耐腐蝕性較好的材料，導熱以及導電性能都要優(yōu)于其他金屬。工業(yè)生產(chǎn)中，它具有易于加工成型以及表面裝飾性優(yōu)良等諸多優(yōu)點，因此在電子通信、航空航天以及工業(yè)制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在純鋁中加入其他合金元素所制成的鋁合金的物理性能要優(yōu)于純鋁，本文簡述了鋁及鋁合金表面處理技術(shù)的新發(fā)展，詳細分析了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域幾種應(yīng)用范圍較廣的處理方法，希望對相關(guān)工作的推進落實有所啟示。

關(guān)鍵詞：鋁；鋁合金；表面處理技術(shù)

鋁是化學元素周期表中位于第三周期的主族元素，結(jié)構(gòu)為面心立方晶格，塑性較高，具有良好的延展性，因此可被用于各種形式的機械加工。鋁元素的化學性質(zhì)相對活潑，標準電極電位較低，在干燥的空氣中鋁表面會形成厚度約為1—3nm的氧化膜，該氧化膜結(jié)構(gòu)疏松、耐磨性較差、機械強度較低，因此需對其表面進行處理，以達到增強其防護效果的目的。常規(guī)處理手段中的氧化、電鍍以及外加涂層等方法均能夠達到相對理想的處理效果。

一、氧化處理技術(shù)

1、陽極氧化

陽極氧化又被稱為“電解氧化”，這是一種應(yīng)用較為廣泛的生產(chǎn)方式。電解池中，鋁以及鋁合金為陽極，通電后在鋁表面能夠生成氧化膜，主要成分為AI2O3。由此而得到的氧化膜具有較強的穩(wěn)定性，能夠?qū)︿X及鋁合金起到較好的保護作用。經(jīng)陽極氧化所產(chǎn)生的保護膜具有如下特點：阻擋層硬度大、耐磨性以及抗腐蝕性較好、絕緣性能好、化學穩(wěn)定性較高。實踐證明，該氧化膜可以被用作涂裝的底膜，而且其孔隙較多，可以根據(jù)需要進行染色以及著色處理，以達到增加材料裝飾性能的效果。當前，這類氧化技術(shù)在實踐應(yīng)用中也暴露出了諸多問題，其中首當其沖的便是鉻酸鹽系氧化劑對環(huán)境所造成的污染。

陽極氧化實踐中，有關(guān)人員已經(jīng)注意到了利用特定金屬離子的特性能夠達到優(yōu)化鋁及鋁合金性能的效果?！?】目前鎳離子、鈦離子在這方面的應(yīng)用已經(jīng)進入了實踐階段。

2、化學氧化

化學氧化指的是依靠化學手段、在特定條件下使清潔的鋁或鋁合金與氧化液中的氫發(fā)生反應(yīng)，最終形成一層致密的氧化膜。這種涂覆方法實際操作中可以選擇多種氧化液，為了便于區(qū)分，我們通常將氧化液分為兩類，即堿性溶液與酸性溶液。反應(yīng)后形成的氧化膜主要包括氧化物膜、磷酸鹽膜以及鉻酸鹽膜等類型?；瘜W氧化后得到的氧化膜厚度在0.5—4μm左右，其耐磨性較差，耐腐蝕性更低于陽極氧化所形成的氧化膜。所以實際生產(chǎn)中很少會對其進行單獨使用，當然該類型的氧化膜也并不是毫無優(yōu)點，它具有較強的物理吸附能力，正因為如此針對鋁及鋁合金所進行的化學氧化才會被應(yīng)用到涂漆的底層。化學氧化處理后，基體與涂層的結(jié)合力能夠得到顯著提高，最終鋁型材的抗腐蝕能力也能夠得到提升。

二、稀土轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)

當前，在相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展完善的影響下，稀土在材料科學領(lǐng)域中的應(yīng)用正在逐漸深入。相關(guān)技術(shù)人員已在開始嘗試將稀土應(yīng)用于鋁合金表面防腐技術(shù)之上，有關(guān)專家指出：NACI溶液中所含有的少量CeCI3具有降低7050鋁合金腐蝕速度的效果。隨著相關(guān)研究的逐步推進，這方面的研究已經(jīng)取得了可喜的結(jié)論。據(jù)此開發(fā)出的稀土鋁鈍化技術(shù)具有清潔、高效、無污染的特質(zhì)，這類技術(shù)因其防腐效果好的特點已經(jīng)得到了相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。具體來說，稀土轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)主要包括三大類：①成膜促進劑化學法；②化學法與電化學相結(jié)合的工藝；③稀土bohmite層工藝。應(yīng)用成膜促進劑化學法的過程中加入H2O2等強氧化劑可以降低溶液在處理時的溫度，并極大減少完成工藝所需要的時間。結(jié)合實際行業(yè)發(fā)展前景分析，含有低溫短時成膜效果的強氧化劑的化學法是未來相關(guān)領(lǐng)域研究的主要方向。與之相比較來說，②中的化學法與電化學相結(jié)合的工藝涉及到的步驟卻非常復(fù)雜，處理時需確保溶液處于鼎沸狀態(tài)。這在一定程度上增加了該工藝的實操難度，限制了該處理工藝的進一步推廣應(yīng)用。③中所提到的方法也存在處理時溶液溫度較高的缺陷，因此需對其進行完善之后才能夠進一步推廣應(yīng)用。

稀土轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)應(yīng)用的工藝不同，其膜的形成機理也會在一定程度上存在差異。其氧化膜尚無公認的耐蝕機理，整體工藝、技術(shù)也需要進一步研究、完善。但它無毒、無污染的特點還是得到了人們的廣泛關(guān)注，相信若能夠攻克相關(guān)技術(shù)難題，這類技術(shù)的應(yīng)用范圍將進一步擴大。再者，與西方國家相比我國稀土資源的儲量十分豐富，這一現(xiàn)狀為這類技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)?！?】

三、金屬涂層處理技術(shù)

金屬涂層也可以給予鋁及其合金制品相應(yīng)的保護作用，實際生產(chǎn)中，金屬涂層主要通過電鍍、化學鍍以及熱噴涂的方法獲得。以下對這三類技術(shù)進行了分析：

1、電鍍工藝技術(shù)

電鍍能夠使陰極沉積生產(chǎn)中需要對其進行加工的金屬元素，經(jīng)沉積后的鋁及鋁合金能夠在表面形成結(jié)構(gòu)緊密、牢固的鍍層。通常情況下，應(yīng)用電鍍工藝技術(shù)主要是為了提高鋁及鋁合金表面的硬度以及耐磨性，其表面的導電性以及反光率也能夠得到提高。當然，這一技術(shù)在改善鋁及合金裝飾性方面的作用我們也需要重視并進一步推廣應(yīng)用?；阡X及合金的化學和物理特性分析，在電鍍之前還需要對需要加工的基材進行特殊處理，常規(guī)處理程序主要包括機械處理、通過有機溶液或進行化學除油、堿侵蝕、出光等內(nèi)容。

2、化學鍍工藝技術(shù)

化學鍍又被稱為“無電解鍍鎳”。實際操作中，依靠含有還原劑以及金屬鹽的溶液中的自催化化學反應(yīng)便能夠使鋁及合金表面形成金屬鍍層。這是一種較為新型的鍍層成膜技術(shù)，目前這類技術(shù)應(yīng)用范圍最廣的便是化學鍍Ni—P的合金的生產(chǎn)，應(yīng)用的理論為原子氫——電化學聯(lián)合理論。該工藝所使用的還原劑中含有次亞磷酸鹽，它能夠?qū)⑺芤褐械逆囯x子催化還原為金屬鎳，并使其沉積到構(gòu)件表面。待鍍層達到所需厚度之后只需要將構(gòu)件取出便能夠快速停止反應(yīng)，操作相對簡便。實際操作中，次磷酸鹽也會被還原，經(jīng)沉積作用之后會到達構(gòu)件表面，所以最終形成的鍍層為鎳磷二元合金。化學鍍所造成的污染較低、操作較為簡便，已經(jīng)成為應(yīng)用最為理想的鋁及合金表面改性技術(shù)。

3、粉末噴涂工藝技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用的是高壓靜電電暈電廠原理。噴槍頭上的金屬噴杯以及極針會被接上高壓負極電流，而噴涂對象在接地之后便會形成正極，如此噴槍以及工件之間便能夠形成一個完整的靜電電場，從而滿足后續(xù)處理需要。實際操作中，依靠靜電力以及運載氣體所產(chǎn)生的推動力的雙重作用便能夠使粉末涂料均勻地飛向構(gòu)件表面，進而形成厚薄均勻的粉層。之后需對粉層進行加熱固化處理，便能夠形成耐用的涂膜，最終滿足后續(xù)的加工需求。

隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)人員在粉末噴涂工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上研究出了熱轉(zhuǎn)印技術(shù)。在該技術(shù)的作用下，鋁及鋁合金表面能夠得到各種需要的圖形以及色彩。

總結(jié)

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們的生活水平有了顯著提高，人們的思想觀念也在發(fā)生著變化。現(xiàn)如今生產(chǎn)生活的變化對鋁及鋁合金材料的生產(chǎn)制作提出了更為嚴苛的要求，只有不斷革新工業(yè)、技術(shù)才能夠提高相關(guān)行業(yè)的產(chǎn)值。為了在市場競爭中處于不敗之地，我們更需要迎合時代發(fā)展的大趨勢，積極尋找新的生產(chǎn)工藝，不斷降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，減少對自然環(huán)境的污染。本文筆者結(jié)合個人實際經(jīng)驗對此類問題進行了總結(jié)，旨在對相關(guān)工作的落實有所幫助。

參考文獻：

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