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)

[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。

0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-碱蚀-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(除油）

    H₂SO₄(98%)     10%～15%

    酸性脱脂剂     0.5～1.0g/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）

    HNO         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。

1.2新工艺规范

    H₂SO₄(98%)        20%~30%

    催化1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

  表中列出了新老工艺和工序特点。

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  文献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。