氧化膜生長的過程是鋁制件在氧化溶液中通電反應、氧化膜形成和溶解同時進行的矛盾過程,只有在形成的速度大于溶解的速度時,氧化膜才會得到增長。反之,倘若溶解速度大于或等于生長速度,那么就不可能獲得所需要的氧化膜層。在生產過程中,必須注意下述因素對氧化膜質量的影響。
(1)硫酸濃度的影響:一般采用15%~20%的H2SO4作電解液,當濃度超過上限時,膜的溶解速度加大,同時成膜的速度會降低。在工藝范圍內變動時,H2SO4濃度高時,得到的膜孔隙率大,吸附能力好,彈性高,易于染色;較稀的濃度下獲得的膜硬而厚,而且耐磨性能好;硫酸含量不變時,當加入2%草酸,由于草酸在膜上的特性吸附,結果形成一個緩沖層,使膜附近的H+濃度減少,因而使得膜的溶解速度放慢,這樣有利于膜的增長,同時還能抑制熱效應的作用,允許的槽液溫度增高。若加入適量的甘油,也會獲得相似的效果。
(2)電流密度、電壓的影響:提高電流密度可以加速氧化膜的生長,一般為1.0A/dm2為好,電流密度太高時,由于生成熱和焦耳熱,容易形成疏松的粉狀膜層,降低了氧化膜質量,所以在一定工藝允許范圍內,提高電流密度可加快膜層的生長速度。
陽極氧化過程中,電流和電壓是相互影響的。開始氧化時,由于很快生成一層薄而密的阻擋層,電阻增大,電流密度就會降低。此時必須升高電壓,使得電流繼續通過,另外,電壓較高時,還會使得氧化膜的孔隙率變小,但孔徑大;當電壓太高時,在制件的邊緣、尖角部位會造成擊穿,這些地方的電流密度會過大,往往造成粗糙粉狀的現象,影響氧化膜的質量。
(3)電解液溫度的影響:在硫酸電解液中,溫度的影響和硫酸濃度的影響相似。一般控制在室溫下生產為宜。當溫度為15~25℃時,所獲得氧化膜多孔,吸附性能好,柔軟但耐磨性能差;溫度高于30℃時,膜就變得不均勻、不連續;溫度太高甚至生成粉狀膜,因而失去了使用的價值。放出、生成的熱與加工的面積和時間成正比,因此必須用冷卻設備及時把這些熱量除去,而且氧化槽不能太小,體積電流密度以不大于0.3A/dm2為好。
(4)氧化時間的影響:在工藝范圍內,氧化膜的生長速度與氧化時間成正比,膜生長平均速度為0.2~0.3μm/min。氧化時間過長時,膜的外層由于電阻加大的影響容易溶解,孔徑變大,而且粗糙,硬度、耐磨度都相應降低。在裝飾性氧化時,一般控制在30~40min為好;當需染深色或難吸附的顏色時,可延長至90min;時間太長,由于膜層加厚,內應力隨之變大,容易產生裂紋。
為了獲得厚而硬的氧化膜,可改變操作條件如加大電流、控制較低的溶液溫度,有時根據需要可加工幾小時。
(5)攪拌和移動陰極:目前國內常采用壓縮空氣攪拌(但應是凈化無油的)或用泵連續抽出溶液冷卻循環。也有采用移動陽極等其他機械攪拌裝置。目的在于通過強化攪拌,帶走陽極表面所生成的熱量,保證了電解液溫度的均勻性,以免由于局部溫度增高,導致膜的質量下降。
(6)電解液中雜質的影響:陽極氧化與其他鍍種一樣,當雜質超過允許上限時,都會導致氧化膜的質量下降。
當活性離子C1-及F-存在時,氧化膜的孔隙率增加,膜層表面粗糙而疏松,甚至點狀地穿孔,造成產品不可補救的弊病。有的產品為了獲得柔軟性,在電解液中可添加少量的MgC12.
A13+件含量增加往往使表面呈現白點或塊狀的白斑,使膜層的吸附性能下降,不容易染色。從處理方法上的經濟考慮,一般需抽調槽底下部分的老溶液,補充一部分新溶液。
微量Cu2+的存在會使氧化膜出現暗色的條紋和斑點,可用直流電解除去。陰極電流密度控制在0.1~0.2A/dm2,使銅在陰極上析出。
Si常以懸浮狀態存在,使氧化膜上出現褐色的粉狀物,仔細地過濾可以除去,所以氧化槽中的雜質應控制在下述容量之內:
氯離子(C1-) <0.05g/L
氟離子(F-) <0.01g/L
鋁離子(A13+) <20g/L
亞鐵離子(Fe2+) <0.02g/L
銅離子(Cu2+) <0.02g/L
硅(Si) 微量
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