铝合金铈盐转化膜的研究
铝合金阳极氧化的清洁生产
王元正
南昌航空工业学院(330034)
摘要： 对铝合金普通阳极氧化工艺过程中一些有害、污染环境及耗能较大的工序，如除油、碱蚀、出光、阳极氧化以及封闭等进行了详细的讨论，提出了铝合金阳极氧化清洁生产新工艺。
清洁生产是指以节能、降耗、减污为目标，以管理、技术为手段，实施工业生产全过程污染控制，目的是提高污染防治效果，降低污染防治费用，消除或最大限度减少工业生产对环境和人类健康的影响。本文针对铝及铝合金阳极氧化的工艺过程进行了各工序清洁生产的研究讨论。
1 工艺流程
目前，大多数工厂的铝合金阳极氧化工艺流程如下：
装挂→除油→水洗→碱腐蚀→热水洗→冷水洗→酸洗→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→封闭→水洗→干燥→检验→成品入库。
本文就该工艺过程中的主要工序进行讨论以解决清洁生产问题。
2 研究与讨论
2.1涂油
除油的主要方法包括溶剂法、碱性除油法和水基清洗剂除油法。有机溶剂除油分为有机烃和氯代烃两类方法，由于毒性、易燃、专用设备要求等原因已趋于淘汰。碱性除油使用历史较长，它主要依靠氢氧化钠或磷酸钠、碳酸钠的水解作用除去皂化油，靠乳化剂的乳化作用除去矿物油，但需在较高温度下才能保证除油效果，能耗大，生产环境恶劣。
目前在生产中普遍使用含表面活性剂的水基清洗剂进行铝表面的除油。这类清洗剂的主要成分是表面活性剂、助溶剂和缓蚀剂。表面活性剂以非离子型和阴离子型使用最多，因为它们具有良好的润滑、分散、乳化、增溶和洗涤作用，去油能力较强，不易燃，无毒，克服了有机溶剂的缺点。选择适当型号的清洗剂又可以在常温下使用，节省能源，是代替碱性除油的一种很有发展前途的除油方法。如可选用105、771、8820等型号的清洗剂，一般用量为20 g/L，添加也极为方便。
2.2 碱浸蚀
目前，常用的碱浸蚀溶液中均添加少量D-山梨醇、柠檬酸钠或葡萄糖酸钠等铝离子的络合剂，可使腐蚀液中Al3+的容忍量提高至140 g/L而不会结块，易清槽且铝表面腐蚀均匀。这样既可以提高铝表面质量，义能使槽液使用寿命大大提高。在生产中只需添加少量氢氧化钠以补充铝材带出和氢氧化铝粘附的碱液损失，就可以使废液再生使用（即为拜尔再生法），此法可节约氢氧化钠80%，减少了环境污染，副产品氢氧化铝可经脱水后出售。
2.3酸洗
铝表面酸洗常用硝酸或硫酸溶液。硝酸能溶解铝合金中的Cu、Fe、Mg等难溶金属，也能除去黑色挂灰，但易挥发，严重影响生产环境。对于不含铜的铝合金如LD31铝合金，完全可以用硫酸代替硝酸，这样可以减少污染，溶液的管理也简单得多，对阳极氧化槽的影响较小。
2.4阳极氧化
生产中使用最多的普通硫酸阳极氧化工艺条件为：
硫酸（比重1.84） 18～20%
温度 13～26℃
阳极电流密度 0.8～2.5 A/dm2
电压 13～22 V
时间 20～40 min
该工艺维护方便，槽电压低，可获得厚度5～20µm、吸附性优良、透明度高的氧化膜层，受到广泛的重视。但是该法允许温度较低，只有26℃，加上铝材在阳极氧化过程中的反应热和焦耳热使槽液温度不断上升，因此必须安装制冷设备方能维持正常生产，这样就大大增加了能源消耗和设备投入。
可从两方面解决这类问题，一是改变电解液成分，二是改变冷却方法。
试验研究发现，在以硫酸为主的电解液中加入具有α活性的羟基羧酸可明显提高电解液的使用温度范围，同时可避免零件“边角张裂”和“烧焦”。常用的羟基羧酸有草酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、磺基水杨酸等。我院研制的工艺在40℃的条件下进行阳极氧化而不起粉，目前已在很多工厂使用，效果极佳，解决了很多工厂的难题，具体工艺参数如下：
硫酸 140～160 g/L
NF-2 15～30 g/L
NF-3 40～60 g/L
温度 15～40℃
DA 1.0～2.5 A/dm2
时间 20～40 min
虽然以上工艺在40℃时铝阳极氧化膜仍不会起粉，但夏天生产时还是应该有冷却装置，否则槽液温度很快会超过40℃而不能继续生产。简便易行的解决办法是在生产线中设置两个同样的阳极氧化槽，轮流交替使用，同时对槽子加装夹套，夹套中引入地下水进行冷却，效果甚佳。从夹套中流出的水可流入清洗槽使用，这样有效地解决了槽液的冷却问题，可控制槽液温度在30℃左右而不上升，完全能满足生产要求，另外还大大节约了能源。该法在某无线电厂的阳极化生产线中使用已20余年，效果很好。
2.5封闭
传统的封闭工艺中沸水封闭和重铬酸盐封闭由于能耗和污染问题已逐渐被淘汰，目前已基本被常温水解盐封闭所取代。我国从80年代开始对低温封闭进行了详细的研究，也有很多文章发表，有些已用于生产，在节能降耗方面起了积极的作用。笔者对低温封闭也进行了试验，所推荐的方法成分简单，维护方便，具有一定的实用价值。
