铝合金阳极氧化前处理工艺的改进
铝合金阳极氧化前处理工艺的改进
肖作栋，邹群，黄清安
(武汉大学化学与分子科学院，湖北武汉430072)
(武汉大学化学与分子科学院，湖北武汉430072)
摘要：常规的铝合金碱蚀工序时间长，易产生“过腐蚀”；处理的温度高，易产生白色斑点，碱雾逸出造成环境污染；碱蚀后除去残留碱液和黑色挂灰需进行中和处理，工艺繁杂。为了解决以上问题，将新老工艺的特点进行了比较，提出了在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蚀液(含有添加物HS- 301酸蚀剂）的新工艺。新工艺可在室温下除去铝合金上的油污和氧化膜，获得光亮、平整、洁净的表面，不用碱液，铝材损耗、槽液沉淀少，减少了污染，有利于环保。同时，还介绍了HS- 301酸蚀剂的组分、特性和作用。
前 言
铝合金的前处理工序(除去油污、自然氧化膜、黑色挂灰)，是获得优良阳极氧化膜层的关键工序。将老工艺的除油一碱蚀一中和除污(出光）三道工序变为一道工序。由3种不同的槽液变为一种槽液。以得到一种去除表面油污、自然氧化膜、残留的黑色挂灰，露出光洁基体的新工艺。
1新老工艺流程及规范
1.1 老工艺流程
脱脂（除油）→碱蚀（加碱蚀剂）→中和除污（出光）→氧化→封孔。
1.1.1脱脂f除油）
H2SO4(98%) 10%～15%
酸性脱脂剂 0. 5～1.0 g/L
温度 室温
t 3～5 min
1.1.2 碱蚀
NaOH 40～70 g/L
碱蚀剂 20～40 g/L
温度 40～70 g/L
t 5～20 min
1.1.3 中和除污（出光）
HNO3 10%～15%
H2SO4 10%～15%
温度 室温
t 3～5 min
老工艺使用脱脂剂，碱蚀剂，NaOH，HNO3, H2SO4等，必须在3种不同的槽液中分3道工序完成浸蚀前处理。在老工艺流程中。碱蚀工艺是前处理工序的关键。碱蚀时必须加温，达到工艺规定的温度才能获得良好的碱蚀效果。碱液温度过低，铝材在碱蚀液中浸蚀时间长，可能产生腐蚀不均匀和“过腐蚀”的现象；碱液温度过高，极易产生“过腐蚀”黑色斑点。由于碱液要加温，铝材在碱蚀时反应强烈，并有大量的碱雾逸出，如果飘落在铝材表面，易产生白色斑点。碱雾的逸出对人体健康有害，所以生产场地必须配备良好的排风系统。
经碱蚀后的铝材表面必须经HNO3 ( H2SO4
)中和除污（出光），去除残留的碱液和黑色挂灰。含Si，Fe稍高的铝材表面所残留的黑灰（硅灰）难以除去，需用HNO3·HF的混合酸液去除。
)中和除污（出光），去除残留的碱液和黑色挂灰。含Si，Fe稍高的铝材表面所残留的黑灰（硅灰）难以除去，需用HNO3·HF的混合酸液去除。
1.2新工艺规范
H2SO4 (98%) 20%～30%
催化l号 40～50 g/L
HS-301酸蚀剂 20～30 g/L
温度 室温
t 3～5 min
新工艺采用同一槽液一道工序完成酸性浸蚀，以替代老工艺的三道工序。3种不同槽液的浸蚀完全可以去除铝材表面的油污，自然氧化膜，不会有残留的黑色挂灰，以获得光亮、清洁的基体。对含Si。Fe稍高的合金铝也有抑制硅灰(黑灰）和漂白作用。
用新产品HS- 301酸蚀剂配制的槽液不需要加热。在室温中进行酸性浸蚀不会有酸雾产生，可以防止“过腐蚀”和“白色斑点”现象的产生。
HS- 301酸蚀剂中含有配体、抑灰剂、缓蚀剂等，水溶性较好。在室温中对铝材进行酸性浸蚀，对铝材的溶解量极少。试验证明。用失重法检测铝材在浸蚀处理前单位重量为100，浸蚀处理后的单位重量为99.999～99.990，即损耗量为0.1%～0 3%。
按新工艺浸蚀铝材不会有“铝结石”产生，槽液沉淀物较少，不需要经常清槽。
2新老工艺分析
2.1新老工艺对比
2.2各组分分析
（1）HS- 301酸蚀剂的组分和作用HS- 301酸蚀剂由脱脂剂、强氧化剂、配体、阳离子表面活性剂、缓蚀剂、光亮剂组成。
（2）脱脂剂：对比了碱性和酸性脱脂工艺的优缺点，酸性脱脂基材表面平整、光亮、无钝化膜，活性中心均匀。实践证明，酸性脱脂工艺脱脂（除油）彻底，而且可以避免碱雾污染、结垢等。本新工艺的除油标准是：工件除油后，表面能全部被水润湿（即除油率为100%）。在H2SO4 (20%～30%)的溶液中，加入表面活性物质具有湿润、乳化、增溶等作用，并促使金属表面的油膜起乳化反应，使油膜迅速分解成很小的油珠脱离金属表面，表露出清洁的金属基体。
（3）强氧化剂：选用无机类强氧化剂替代强碱，去除脱脂时基体上的残留物和深入基体表面层的油脂、尘埃等污物，腐蚀并去除金属基体表面的自然氧化膜，部分消除挤压痕及其他缺陷，调整和整平基体表面使之均匀一致。
（4）缓蚀剂：采用羟基羧酸及其盐作缓蚀剂，使金属基体在强氧化剂的腐蚀作用下，凸凹部的腐蚀速度不一致。铝材表面的溶解在凸处快，凹处慢，达到整平效果，消除部分挤压痕，增加基体光洁度。此结果是缓蚀剂在表面上的微观凸凹部位的吸附量不同所致。另外，能有效地减缓腐蚀强度和速度，杜绝“过腐蚀”现象的产生，使铝的溶解量极少。
（5）光亮剂：加入适量的有机醇类、磺酰胺类化合物作光亮剂，保持和增加基体表面在浸蚀后的光亮度。
（6）抑灰剂：抑制和去除浸蚀后残留在基体表面的黑色挂灰，对含Si，Fe高的合金铝在浸蚀后所产生的硅灰（黑灰）有去除和漂白作用。
（7）润湿剂：用阳离子表面活性剂起湿润作用，使酸性浸蚀更均匀，其吸附在裸露的铝基体上也能起到缓蚀作用。
3结语
研究开发的铝合金阳极氧化前处理新工艺可在同一槽液中完成浸蚀，铝量损耗和槽液沉淀少，无需经常洗槽，少污染，有利于环保，节约资源和成本。
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