铝阳极氧化缺陷产生的工艺因素
铝阳极氧化缺陷产生的工艺因素
朱祖芳
(北京有色金属研究总院 北京市 100088)
【摘要】 铝合金阳极氧化的缺陷既有合金材料本身的原因，又与阳极氧化的工艺因素有关。从阳极氧化过程中的各个工序，即(1)挂料，(2)脱脂，(3)碱洗，(4)清洗，(5)阳极氧化，(6)染（着）色，(7)热封孔和(8)冷封孔的工艺因素出发，阐述了产生表面缺陷的可能性。
铝阳极氧化膜的缺陷一直是工业界关注的热点问题。因为缺陷不仅影响产品质量，降低产品的档次，而且有时不得不返工，从而大大提高生产成本。首先应该指出的是，铝阳极氧化膜缺陷即便是在阳极氧化之后才被发现，也可能不是阳极氧化处理失误所致。究其原因，除了阳极氧化工艺之外，可能还与铝锭和原材料的品质、熔铸工艺（包括晶粒细化剂、清洁剂的使用)、挤压工艺、模具质量，甚至与搬运、储存和保管有关系，必须认真鉴别。令人遗憾的是，阳极氧化的技术人员常常疏于冶金、压力加工和金属学的知识，因此必然在探查缺陷成因和采取防范措施时有许多困难。笔者根据我国建筑铝型材阳极化生产普遍出现的问题，参考国内外有关资料，按照阳极氧化的工艺顺序，对(1)预处理，(2)阳极氧化，(3)染色和着色以及(4)封孔过程中发生的缺陷，分别叙述工艺因素的影响。
铝阳极氧化膜的缺陷识别显然不可能排除使用“直观”方法，即根据经验直接确定缺陷的本质，而不必进行系统考查。不论你是凭经验直觉判断还是进行系统的实验，我们首先应该回答和确定下列问题。
(1)缺陷是存在于阳极氧化膜的下面或基体表面，还是在阳极氧化膜的内部？
(2)缺陷是与封孔不良有关系，还是在氧化膜表面之上的沉积物？
确定缺陷来自基体而不在阳极氧化膜的内部或表面，可以采用剥离氧化膜的磷、铬酸溶液，将阳极氧化膜用化学剥离法去除后再观察。
来自基体金属的缺陷，可能由于材料遭受到现场腐蚀、挤压不当、铸造不良所致。来自阳极氧化膜内部的缺陷可能涉及到阳极氧化、染色和着色等过程。缺陷处于阳极氧化膜表面则与封孔等因素有关。而缺陷处于阳极氧化膜下面而又不在基体金属内时，则一定与机械预处理、清洗、碱洗、增光(如化学抛光)等工艺有关。
缺陷类型实在太多，原因也较复杂。同一种外观缺陷，可能来自不同的原因。如氧化膜发暗，其原因可能是：(1)材料内在因素，由于冷却速度太慢等原因存在细小的第二相沉淀，在阳极氧化过程中，这种沉淀粒子掺入氧化膜，造成发暗发灰；(2)槽液污染因素，硫酸电解液中存在重金属离子，如Cu、Fe、Mn和Ni等；(3)工艺因素，氧化电流密度>1.0A/ dm2，膜厚大于15µm，也会影响光亮度或加重发暗。另一方面，不同的外观缺陷，也可能来自同一原因。金属间化合物的沉淀析出，可能出现外观发暗，也可发生白斑或黑斑等。因此，要在一篇短文中逐一介绍和分析缺陷及其成因，并一一提出防止办法，是相当困难的。笔者在此仅分析阳极氧化的工艺因素引起的缺陷。常见缺陷的类型、成因和防止措施另文介绍。
缺陷的发生往往由于工艺规程不全，操作不规范，工厂管理不严，技术水平不高和后勤辅助不够等因素造成。因此，强化管理和优化人员是关键性因素。从铝型材阳极氧化工艺分析，各工序的工艺和参数的失误就是缺陷发生的原因，下面从各工序的工艺失误出发介绍缺陷产生的可能性。
1．挂料问题
(1)型材挂料密度太高；
(2)处理过程中气体逸出不畅；
(3)型材挂料电接触不紧密；
(4)挂料中未正确安排有效工作面；
(5)用钛夹具夹挂铝型材阳极氧化；
(6)如使用导电性比铝合金更好的夹具，夹具比型材更易氧化。
2．脱脂清洗问题(使用脱脂剂而不是酸脱脂的情况)
(1)去除抛光残迹不净；
(2)存在混合氧化物膜（含镁合金）；
(3)使用不合适的清洗剂——不能去除污迹；
(4)未保持清洗槽的正确浓度和温度；
(5)把已沉淀出来的固体物搅拌起来；
(6)槽液水平面未保持好(脱脂槽常有大量表面泡沫)。
3．碱洗问题
(1)抽气系统不良，造成碱雾浸蚀；
(2)型材入碱洗槽之前，遭受溅出碱液的浸蚀；
(3)返工而重新氧化的型材由于脱膜不完全，造成不均匀的阳极氧化膜；
(4)型材挂料太密，碱洗放热反应导致型材表面过热；
(5)碱蚀温度太高引起在转移过程中发生浸蚀流痕；
(6)由于碱槽液铝含量和碱槽温度变化而影响碱蚀速度；
(7)不能保持正常碱蚀时间；
(8)存在混合氧化膜(如Al2O3和MgO)；
(9)碱蚀槽中存在锌；
(10)型材在碱蚀前己存在腐蚀。
4．水清洗问题
(1)清洗水不搅拌或搅拌不足；
(2)溢流管阻塞；
(3)清洗不够彻底导致下一个槽子污染；
(4)型材与槽子之间的电偶电流或杂散电流引起点蚀；
(5)重金属或氯化物沾染。
5．阳极氧化的问题
(1)空气搅拌设计不良，导致槽液搅拌不均匀；
(2)搅拌所用的空气量无控制（过小或过大)；
(3)阳极氧化槽液冷却不够；
(4)同一挂料中有不同成分铝合金型材，导致膜厚变化；
(5)氧化槽液中存在重金属污染( Fe、Cu)；
(6)型材与夹具，或料架与母线之间电接触不良；
(7)阴极面积(如使用铅衬里）太大；
(8)由于电接触面发生腐蚀而使母线和阴极处电阻过大；
(9)恒电压阳极氧化而不是恒电流密度阳极氧化。
6．染色（着色）问题
(1)外观不均匀：夹不紧；清洗不净；碱蚀不匀；1/4型材膜厚不均匀；1/2阳极氧化搅拌不够；3/4阳极氧化批次之间的变化。 (2)色差较大：着（染色）色时间短不好控制；pH值不合要求(一般太低)；温度控制不好；1/4染料浓度低；1/2染料破坏造成色差；3/4槽液受重金属污染；溶解的硬水盐类(Al和Ca盐)的影响。
7．热封孔的问题
(1)封孔槽水中的二氧化硅大于10ppm;
(2)封孔槽水中磷酸根大于5 ppm;
(3) pH值太低(最佳值5.5~6.5）；
(4)封孔槽水温太低；
(5)封孔时间太短。
8．冷封孔的问题
(1)冷封孔中，由于封孔反应使铝盐不断增加(最高不应超过200 ppm)；
(2)槽液受铁（锈）、铜或锌(大于50ppm)的污染；
(3)使用钠盐或钾盐调整pH值，则钠和钾(< 8g/L)的增加会产生起粉；
(4)保持正确的镍含量和镍与氟的比例(应由生产厂提供最佳值）；
(5) pH值太低或太高。
以上从工艺因素的控制方面介绍如何防止缺陷。笔者将在“铝阳极氧化膜的常见缺陷、成因和防治措施”以及“熔铸和挤压对铝材表面缺陷的影响。”两文中，继续收集和分析国内外的实例，逐一深入地予以介绍。
