铝合金阳极氧化工艺的改进及应用
铝合金阳极氧化工艺的改进及应用
王贤，胡丙群
许继电气股份有限公司工艺所（许昌 461000）
[摘要] 简述了宽温型铝合金硫酸阳极氧化工艺的溶液配制方法、操作条件，并把它与普通硫酸阳极氧化工艺进行比较，结果表明，宽温型阳极氧化工艺扩宽了操作温度范围，缩短了氧化时间，提高了生产效率和氧化质量。
我公司继电器产品上所用的铝铭牌，采用LF2合金铝板，落料冲孔后进行化学精饰、阳极氧化处理，最后丝网印刷图形、文字、符号等，得到成品铭牌。其中阳极氧化处理的目的，在于提高零件表面的孔隙率、硬度、耐磨性、抗腐蚀性和绝缘性等理化、机械性能，因此阳极氧化处理是生产铝铭牌的关键工序。以前生产中一直采用的是普通硫酸阳极氧化工艺，所得氧化膜层较厚，无色透明，电解液成分简单，操作方便。但电解液的操作温度要求在23℃以下，当溶液的温度高于25℃时，氧化膜即变得疏松，厚度小而脆，硬度较低，耐磨性差。为了控制电解液的温度，生产中要用一台冷水机组对电解液不断进行降温，以保证氧化膜的质量。由于长期使用，冷水机老化损坏，无法修复，而没有冷却设备将无法正常生产，重新购置一台冷水机组要花费大量的资金。为了节约成本，经过调研我们选择CK-LY型宽温快速阳极氧化添加剂对原硫酸阳极氧化工艺进行改进。
CK-LY型宽温快速阳极氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐，有机酸提高电解液的工作温度，降低阳极氧化膜的再溶解能力，在较高温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用；导电盐能增强电解液的导电性，提高电流密度，加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸电解液，对电解液中的金属离子有络合作用，使溶液对铝离子的容忍量提高，维护周期延长。
1 改进后阳极氧化溶液的配方和配制
1.1溶液配方
硫酸(d=1.84) 150～200g/L（最佳值 160g/L）
CK-LY添加剂 20～35g/L（最佳值 30g/L）
铝离子(Al3+ 0.5～20g/L（最佳值5g/L）
1.2配制方法
1.2.1 普通硫酸氧化液转型
(1)在容器中加入一定量的分析化验过的硫酸氧化液，在不断搅拌下，分批将所需量的CK-LY添加剂溶解完全，然后缓缓倒入大槽中。(2)加水至规定体积即可进行试生产。
1.2.2宽温硫酸氧化液配制方法
(1)在配槽内放入1/3体积的水；(2)在另一容器中放入3/5体积的水，将计算量的硫酸在强烈搅拌下分批加入其中，然后将所需的CK-LY添加剂分批加入该硫酸溶液中； (3)再加入计算量的铝离子，待溶解完全后将清液倒入氧化槽中，直至全部计算量的添加剂溶解完全为止；(4)最后加水至所需体积，将溶液温度降至工艺范围，即可进行试生产；(5)新配槽液各组分宜采用最佳值。
1.3溶液的维护与调整
宽温快速阳极氧化液比较稳定，当氧化成膜速度较低时，则需补充添加剂。长期使用经常出现氧化故障时，应分析溶液中硫酸、铝离子、镍离子的含量，根据分析结果补充添加剂和硫酸或重新配制溶液。
2工艺试验情况
该生产工艺流程对铝铭牌进行表面处理后，采用宽温快速阳极氧化工艺进行阳极氧化，并用金相显微镜对所得氧化膜的厚度、孔隙率进行观察测定。然后按产品的使用要求对氧化膜进行盐雾和湿热试验，具体情况如下：
2.1试验材料与设备
半成品铝铭牌数件，试验电源一台，铅板阴极二个，0～100°C温度计一支，时钟一块。
2.2试验工艺流程
半成品铝铭牌→化学除油→碱处理→水洗→化学精饰→水洗→漂光处理→水洗→阳极氧化→蒸馏水洗→封闭处理→蒸馏水洗→干燥
2.3试验操作条件
(1)化学除油：除去铝材表面的油污。
CK-S01除油剂 5%
温度 室温
时间 5-15min
(2)碱处理：进一步除去铝材表面油污及异物。
氢氧化钠 50～80g/L
温度 50～60
时间 1~10min
(3)精饰处理：通过精饰处理，提高铝表面的装饰效果
氢氧化钠 80g/L
LXJ-01精饰剂 80g/L
温度 50～60℃
时间 1～10min
(4)漂光处理：将表面一层黑膜除尽为止。
HNO3/H2O 1/1（体积比）
时间 2～5min
(5)阳极氧化：宽温快速阳极氧化工艺条件如下：
硫酸(d=1.8) 150～200g/L
CK-LY添加剂 20～35g/L
铝离子(Al3+) 0.5～20g/L
温度 15~35°C
阳极电流密度 1. 5A/dm2
时间 20min
(6)封闭处理：零件进入封闭液之前要用自来水清洗干净，然后再用蒸馏水清洗，防止将氧化液及水中的杂质离子带入封闭液中，封闭处理后的零件也要用蒸馏水清洗干净。封闭处理工艺条件如下：
GKC-F封闭剂 8g/L（要求用蒸馏水或去离子水配制）
pH值 5.5～6.5（若需调整pH值，可用氨水或醋酸进行调整）
温度 室温
时间 3～6min
3试验结果分析
用金相法对阳极氧化膜的质量进行分析，结果表明宽温快速阳极氧化工艺，氧化时间20min，所得氧化膜色泽均匀透明，厚度和孔隙率均符合产品使用要求；按GB 2423.4和GB 2424.17电工电子产品基本环境试验规程进行试验，选择温度40°C试验，周期6天，进行湿热试验，用浓度为5%的氯化钠溶液进行盐雾试验48h，氧化膜无明显腐蚀现象。符合产品使用的技术要求。
4宽温快速阳极氧化工艺与普通硫酸氧化工艺的比较
应用宽温氧化工艺之前，生产中为保证阳极氧化质量，配备两个氧化槽交替使用，为了比较两种氧化工艺在室温下的使用情况，98年6月份，分别采用两种阳极氧化工艺对批量生产的零件进行氧化处理，并对氧化结果进行比较，具体情况如下：
普通硫酸氧化工艺条件：
硫酸 150-- 200g/L
温度 15～25°C
阳极电流密度 1. 5A/dm2
时间 30～40min
铝铭牌经过除油、碱处理、精饰处理、漂光处理后，分别有两种氧化工艺进行阳极氧化，在氧化过程中每隔5min用温度计测量一次电解液温度。氧化过程中发现，应用宽温快速氧化工艺进行氧化处理，连续氧化四槽，溶液的温度还不到30°C，可以继续进行氧化操作，而普通硫酸氧化工艺，氧化处理一槽，时间不到40min。溶液的温度即超出工艺范围，无法进行第二次氧化操作。
5结论
应用情况说明，宽温快速阳极氧化新工艺，扩宽了工作温度，操作温度可达30°C以上，提高了氧化速度、减少了氧化时间，并可获得高质量的氧化膜。而普通硫酸盐氧化工艺21℃以上就必须开冷水机，否则电解液的温度会迅速升高．影响氧化质量。并且CK-LY添加剂可在原普通硫酸氧化液中直接添加25～30g/L，即可以达到扩宽氧化温度(10～35°C)，提高氧化速度20%以上，将氧化时间由原来的20～40min，缩短至15～20min，不会造成原工作液的废弃，达到了降低成本，提高产量，同时保证质量的目的。彻底解决了生产中无降温设备的问题，生产应用一年多来，一直比较稳定。
