氯负离子对铝合金表面砂面化影响的研究
高硅铝合金化学氧化
皮启德，范向东，叶舟
第二汽车制造厂 化油器厂
摘要： 介绍了高硅铝合金前处理添加铝的缓蚀剂。工件不易产生黑色硅灰，无须HF-HNO3浓液酸蚀。该工艺所获得的氧化膜抗蚀能力强，呈浅灰黄略透彩虹颜色。具有膜易干，适合大批量生产，精液稳定，操作简便等特点。
一、前 言
高硅铝合金以其机械强度高，压铸性能好等特性，日益广泛地用于机械行业的各个领域中。牌号为ZL16压铸铝是高硅铝合金的一种(含Si 9～11%，含Cu 3～4%)。目前，东风牌汽车所用铝合金件大多采用这种材质。但合金成份中Si、Cu含量较高，铝的纯度降低，零件表层的自然氧化膜不连续，其抗蚀性大大下降，因此进行氧化处理有着极其重要的意义。
ZL16压铸件由液态金属压铸成形，其表面要形成一层致密的热作膜，往往会产生Si、Cu的“偏析”现象，形成灰黑不均的表面。况且零件基体内部是多孔的，氧化后加工面与非加工面的颜色始终不一致。这类压铸件形状大都比较复杂，表面总是粗糙无光泽，给前处理带来很大的难度。
对于自然氧化膜通常是采用碱性溶液处理，使其基体裸露便于氧化。其表面生成一层黑色硅灰会严重防碍氧化膜的生成，不除掉这层黑色硅灰就难以获得理想的氧化膜，传统的方法是要经过HF-HNO3浓液浸渍除去，但是，HF-HNO3浓液会产生大量的黄烟，污染环境并危害工人的身体健康，因此，我们着手研究新的氧化工艺。
二、前处理
1．除油
为了尽量减少黑灰的产生，我们采用碳酸钠和磷酸三钠，并加入铝的缓蚀剂Q。试验结果见图1。
从图1不难看出，缓蚀剂Q在碱介质中对铝有独特的缓蚀效果，每升含2克时就十分明显。随着含量的增加，溶液对铝的侵蚀渐趋于零。显然，缓蚀剂Q在碱性溶液中起到了限制铝的腐蚀速度的作用，使铝与合金中其它元素基本上保持了同步溶解，是铝的较为理想的缓蚀剂，除油液工艺规范如下：
碳酸钠Na2CO3 50～60g/l
磷酸三钠Na2PO4 30～50g/l
缓蚀剂Q 3～5 g/l
105清洗剂 3～5 ml/l
工作温度 60～80℃
浸渍时问 8～10min
2．酸蚀
工件除油后，表面还会残存着一些除油液中的腐蚀盐类，此外，压铸铝件形状大都比较复杂，孔隙中的碱液往往不易洗净，如不清除干净，不但影响氧化膜的生成，还会破坏氧化溶液，缩短氧化溶液的使用寿命，因此，酸蚀是必不可少的。
P-1#具有很强的氧化性，在硫酸溶液中，可使铝处于钝化状态，能有效地防止铝的过腐蚀，不会产生大量的黑色硅灰，酸蚀工艺规范如下：
硫 酸 150～250ml/l
P -1# 35～50g/l
工作温度 50～70℃
浸渍时间 20～30 s
由于除油、酸蚀对工件不易产生黑色硅灰，而且也能达到前处理的效果，从而消除了HF-HNO3的毒害，保证了氧化质量。
三、化学氧化液
铝合金的化学氧化配方种类较多，但大多配方只适用于纯度较高的铝制晶，对于高硅铝合金压铸件，我们分析了国内外有代表性的化学氧化配方，在不采用HNO3-HF前处理的前提下，抗蚀性能高的还属铬酸型溶液。据此，选择了氧化溶液的基本成份，即氧化剂(CrO3)，促进剂，活化剂及稳定剂。
在大量的配方组合试验的基础上，采用了L16(45)正交表集中优选，确定了配方的最佳含量和工艺参数：
铬酐(CrO3) 5～12g/l
促进剂 1～2 g/l
活化剂 0.5～1.5g/l
稳定剂 3～5g/l
工作温度 20～35℃
氧化时间 5～10min
pH 1.8～2.2
为了进一步验证试验数据的可靠性，判断因素位级改变对试验结果的显著性差异，对氧化液的试验数据还进行了方差分析。结果表明，活化剂和稳定剂具有显著性，而稳定剂又是最为显著的因素，这与试验情况相符，说明本氧化工艺可靠而且可行。
按JB1606-75《电工产品盐雾试验方法》对氧化后的产品进行了多次抗腐蚀试验的考核，其耐蚀时间均在96小时（即四周期）以上，前处理不使用HF-HNO4溶液，氧化膜极易干燥，颜色呈浅灰黄色，达到了工艺性能和产品性能的要求。
四、各成份对产品质量的影响
1．氧化液成份对氧化膜耐蚀性的影响
氧化剂对耐蚀性影响很大，高则氧化力太强，容易粉化，耐蚀性下降；少则不易生成氧化膜，耐蚀性也差。稳定剂主要控制膜层的色泽，对耐蚀性影响较小，促进剂能提高氧化速度，太多了虽无明显害处，但不经济，活化剂的含量影响较大，少了活化效果达不到，多了耐蚀性大大降低。
2．对氧化膜颜色的影响
氧化液各成份对氧化膜颜色的影响各有不同，氧化剂在5～12g/l比较好。高则颜色趋向深黄，无光泽；低则趋向无色。稳定剂含量的高低有着显著的差异，高则趋向无色，少则向着深黄方面转化；促进剂从1.5g/l后效果基本不改变；活化剂的影响突出，含量过高不但不增加黄色度，反而因pH值升高出现腐蚀。
3．工艺参数对氧化膜质量的影响
就抗蚀性来说，前处理化学除油液、酸蚀液的工作温度都不能过高超出工艺范围。在缓蚀剂不足，缓蚀效果差的情况下，工作温度过高零件将出现腐蚀现象，抗蚀性就下降。氧化液工作温度过高或过低都会降低抗蚀能力，在热水浸烫，热风吹干时其温度也不能太高，一般在40～55℃之间，否则也会会降低其耐蚀性。
对于颜色而言，主要取决于氧化液。工作温度太低，氧化膜呈无光泽的深黄色，工作温度高于40℃时既无膜也无色，显工件本色。
氧化时间太短色调淡，耐蚀性不高；氧化时间长色调较重，但太长则反而变淡，耐蚀性也降低。因此，要求氧化液的工艺时间和工作温度分别控制在5～10分钟和20～35℃内。如果是自动机程序控制的话，最好将氧化液工作温度控制在26±2℃内，可获得高耐蚀性浅灰黄透彩虹色的氧化膜。
五、工艺流程
1．工艺流程
化学除油→热水洗→冷水洗→酸蚀→回收冷水洗→冷水洗→冷水洗→化学氧化→冷水洗→冷水洗→热水洗→热风吹干。
六、在生产上的应用
本工艺于1987年5月投入批量试生产，先后氧化处理了九种二万余件ZL16压铸件，中性盐雾试验平均耐蚀时问为115.76小时（即4.8周期），比未氧化处理耐蚀性提高3～4倍。外观改善，呈浅灰黄略透彩虹色。
按本工艺设计建造的自动生产线，年生产能力为二十万辆汽车用铝合金压铸件，已于88年5月正式投入生产。氧化槽为1600升溶液。生产正常，工艺可靠，质量稳定。
七、结 论
本工艺是目前ZL16压铸件较为理想的氧化工艺。前处理不含HF-HNO3溶液，改善了工作环境；氧化膜抗腐蚀力强，可达四个周期；外观较好；膜层极易干燥，适合大批量自动化生产，生产效率高；槽液稳定，氧化液基本上是室温工作，调整方便，抗杂质干扰性强。
鉴于ZL16压铸件特性，工件表层和内部孔隙率不同，机械加工面与非加工面的膜层颜色仍然有时不一致，尚且始终以暗灰显基色。溶液有除腐蚀物功能，但对已经腐蚀的部位氧化后膜薄且仍留黑灰色斑块。因此，要求处理前的工件不得有腐蚀现象。
