LD31铝合金阳极氧化工艺参数对冷封孔质量的影响
蔡锡昌 刘清标 张美霞
（南通铝加工厂）
经氧化着色处理的铝合金，一般50年内表面完好无损。但是我国前几年，由于部分生产厂家技术差和经验不足，用户缺乏铝表面处理方面的知识，又缺少检测手段，所以使有些铝合金门窗和装潢只使用2～3年，表面就出现起麻点、剥落、粉化和褪色等受损迹象，分析其原因，主要是氧化着色铝合金的封孔质量没有达到标准要求，这一问题现在已引起许多生产厂家和广大用户的普遍重视。
工业上用的铝合金氧化着色封孔方法，主要有冷封孔和高温封孔两种。由于冷封孔具有能耗低、操作环境好、处理时间短等优点，所以已被越来越多的铝氧化着色工厂所采用。但是如何确保冷封孔的质量，这是冷封孔工艺使用厂家都在探索的问题。对这个问题，人们往往只从冷封孔药剂的选择和控制冷封孔的工艺参数两个方面考虑，不能保证封孔质量的稳定。
我厂于1990年底由高温封孔工艺改用冷封孔，选用北京有色金属研究总院研制的冷封孔药剂。一开始使用我们就遇到这样的一个问题，虽然严格控制冷封孔的工艺参数，但是冷封孔质量检验总有一部分不合格。为此，我们就LD31铝台金阳极氧化工艺参数对冷封孔质量的影响进行了试验，发现前道工序——阳极氧化的温度、电流密度、硫酸浓度和时间对冷封孔质量都有较大的影响。
1试验方法
1.1 材料
试验用材料为LD31铝型材。
1.2工艺流程和主要工序工艺条件
1.2.1 主要工序 酸性除油 水洗 碱洗 二次水洗 硫酸中和 水洗 阳极氧化 二次水洗 电解着色 二次水洗 冷封孔 水洗，经24h后检验封孔质量。
1.2.2冷封孔工艺条件 镍离子[Ni2+]1.0～1.3g/L，温度25～30℃，pH5.5～6.5；氟离子[F-]0.3～0.5 g/L，时间10～12min。
1.3封孔质量检验
因为冷封孔需要有个“陈化过程”，所以应在出槽24h后检验封孔质量。检验方法采用lSO3210规定的磷-铬酸失重法。
2试验结果与分析
阳极氧化温度、电流密度、硫酸浓度和时间对封孔质量影响的试验结果分别见图1～2。
LD31铝合金在硫酸电解液中进行阳极氧化处理时，由于同时发生氧化膜的生成和溶解两个过程，所以使铝合金表面形成锥形毛细管状的多孔氧化膜（如图3所示）。
氧化膜的生成速度（V0）主要取决于电流密度的大小。电流密度大。则Vo大，在一定条件下，Vo基本不变。氧化膜的溶解速度(Vs)主要取决于硫酸浓度和温度的高低，硫酸浓度和温度高，则Vs大，在一定条件下，处理初期Vs基本不变，随着时间的延长，膜厚的增加，不利于膜孔内外电解液的热交换，使孔内电解液的温度趋于上升，Vs增大。阳极氧化的电流密度、硫酸浓度和温度对氧化膜的生成速度与溶解速度的影响，最终都会导致氧化膜的孔径(D)和孔锥度(α)发生变化，即电流密度大，硫酸浓度和温度高，生成的氧化膜孔径和孔锥度就大。时间是决定氧化膜厚度(H)的主要因素，在氧化膜厚度极限范围内，处理时间越长，氧化膜就越厚。
传统的高温封孔工艺是借助氧化膜自身的化学转变实现多孔氧化膜的封孔。原有多孔氧化膜的主要成份为Al2O3，在高温封孔过程中Al2O3转变为Al203•H2O，使氧化膜的体积增大约33%。因此，一般来说，多孔氧化膜的孔径、孔锥度和膜厚变化对高温封孔质量影响不十分明显。而先进的冷封孔工艺，主要是借助金属氢氧化物的沉积来完成封孔过程的。在金属氢氧化物沉积于多孔氧化膜的过程中，开始沉积的氢氧化物致密，有较好的耐腐蚀性。但随着沉积量的增加，沉积物趋于越来越疏松，疏松的沉积物耐腐蚀性差，使封孔质量不合格。因此采用冷封孔工艺，一定要首先控制好前道阳极氧化处理工艺参数的波动范围，使生产的氧化膜孔径和孔锥度小。对建筑铝型材阳极氧化膜厚度要求按现行国家标准为大于10um，一般宜控制在10～15μm范围内，对特殊用户要求膜厚为15～20μm的，可适当延长封孔时间，但冷封孔不太适宜封闭20μm以上的氧化膜。
3阳极氧化工艺条件的选择和生产实践结果
3．1 阳极氧化工艺条件
综合考虑封孔质量、表面质量和生产效率及阳极氧化各工艺参数间的相互制约关系，选用如下阳极氧化工艺条件：
温度(℃)18～22； Al3+浓度(g/L) 5～16；
电流密度(A/dm2) 1.1～1.35； 时间(min) 25～35；
H2SO4浓度(g/L) 160～195。
在处理过程中应轻微搅拌槽液。
3.2 生产实践结果
按选用的阳极氧化工艺条件进行阳极氧化处理，两个月的生产跟踪，结果表明，冷封孔质量测试结果全部合格，氧化膜厚度都达到国家际准，外观亦令人满意。
4 结语
冷封孔工艺因具有高温封孔工艺无法比拟的优点，所以在世界范围内迅速得到推广应用，但是冷封孔的封孔机理与高温封孔有本质的不同。因此，要确保冷封孔的封孔质量达到国际标准（磷一铬酸法，失重≤30 mg/dm2)，除了控制好冷封孔工序的工艺条件外，同时要使前道阳极氧化工序生产的多孔氧化膜孔径和孔锥度小，膜厚波动范围窄。
