CN101407931B

CN101407931B - 铝及其合金零件导电阳极氧化工艺

Info

Publication number: CN101407931B
Application number: CN2008100464547A
Authority: CN
Inventors: 李丹龙
Original assignee: SICHUAN FANHUA AVIATION INSTRUMENT ELECTRICAL APPARATUS PLANT
Current assignee: Sichuan Fanhua Aviation Instrument and Electrical Co Ltd
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: CN101407931A

Abstract

本发明提供的一种铝及其合金零件导电阳极氧化工艺，主要包括：(a)碱腐蚀，将铝及其合金零件在碱性溶液中除去自然状态下生成的氧化皮；(b)出光，在40％～70％硝酸溶液中除去挂灰，使之露出金属光泽；(c)阳极氧化，将上述铝及其合金零件放置在由铬盐、氟盐配制的混合电解溶液中，在常温条件下施以电压10～35V、阳极电流密度0.5～5A/dm ²，阳极氧化时间5～30min；(d)热水填充，将上述铝及其合金零件放置在70~100℃的热水中，停留3~5min;(e)干燥。膜层呈淡淡透明的彩虹色泽且光亮、外观光洁平滑、细密。有非常好的焊接性能、很好的导电性能和较好的防锈性能。解决了铝及其合金零件防锈性与导电性、焊接性之间的矛盾。

Description

铝及其合金零件导电阳极氧化工艺

技术领域

本发明涉及一种铝及其合金零件表面处理的方法，更具体地说，本发明涉及一种铝及其合金零件导电阳极氧化工艺方法，特别是有导电、焊接和防锈要求的铝及其合金零组件进行表面处理的工艺。

背景技术

铝及其合金零件在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少磨蚀，延长其使用寿命。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性。铝及其合金零件经硬质阳极氧化处理后，可在其表面生成厚度达几十到几百微米的氧化膜，由于这层氧化膜具有极高的硬度(铝合金上可达400—6000kg/mm²，纯铝上可达1500kg/mm²)，优良的耐磨性、耐热性(氧化膜熔点可达2050℃)和绝缘性，大大提高了材质本身的物理性能、化学性能和机械性能，在国防及机械制造领域获得了广泛应用。阳极氧化是我国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及其合金零件经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al₂O₃膜，使用不同的阳极氧化液，得到的Al₂O₃膜结构不同。阳极氧化时，铝表面的氧化膜的成长包含两个过程：膜的电化学生成和化学溶解过程。只有膜的成长速度大于溶解速度时，氧化膜才能成长、加厚。普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等。铝及铝合金的硬质阳极氧化有硫酸硬质阳极氧化、混合酸常温硬质阳极氧化、脉冲硬质阳极氧化等。目前95％以上的阳极氧化是在硫酸中进行的，阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。由于铝及其合金零件在在自然条件下易产生腐蚀。为了防止腐蚀，目前，大多采用硫酸阳极氧化后重铬酸盐填充，耐腐蚀时间可达到(336～500)h，绝缘电阻在120MΩ以上。硫酸阳极氧化对于燃油系统传感器、油位指示器、控制盒、计算机系统等绝大多数铝合金阳极氧化零件，特别是零件的密封面和滑动配合部位，不仅要求膜层具有较高的耐腐蚀性，更要求良好的导电性和焊接性。而现有技术中的硫酸阳极氧化膜因接触电阻极大而不能导电。H2SO4阳极氧化膜的膜层上不能焊接。其高绝缘性的缺陷，往往影响零件的导电性和焊接性。硫酸电化学氧化简称硫酸阳极化，生成的氧化膜色泽视铝材的成分和氧化工艺的不同而异，一般有无色，微黄色、灰色等。氧化膜的厚度约在1～6μm之间。氧化膜可以染色，其防护性能良好，且具有一定的耐压性能。该工艺的缺点是对于翻砂，铆接、焊接等有孔隙类的零件，经硫酸阳极化后，孔隙处容易泛白点，目前尚无办法彻底消除此问题。硫酸电化学氧化工艺的电化学氧化液配方和操作条件是：

硫酸(比重1.84，CP)(g/l)160～180

温度(℃)15～25

电压(V)12～20

阳极电流密度(A/dm2)1～1.5，时间(min)35～45

工艺过程为，零件上挂具→化学除油→热水清洗→冷水清洗→出光→清水洗→硫酸阳极氧化→冷水洗→烘干→染色→100℃热水封闭10min。该工艺容易出现氧化膜薄或有红色挂灰，抗腐蚀性能差。氧化膜疏松有粉末状。有时生产中出现零件局部无氧化膜。通常H₂SO₄氧化均需用降温设备，因而耗费大量电力。硫酸硬质阳极氧化的一般要在低温下进行，硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下。普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机。当溶液的温度高于25℃时，氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差，而且受铝合金组成的影响很大。为了提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体，避免阳极氧化膜具有很高的孔隙率和吸附力，以及容易受污染和腐蚀介质侵蚀的缺陷，还须进行封孔处理。

发明内容

本发明的目的是提出一种孔隙率较低，而且氧化膜层具有低绝缘电阻，导电性能好、焊接性、防锈性能优异，并且即使在不作封闭的情况下仍能使用的铝及其合金零件导电阳极氧化工艺。

为了达到上述目的，本发明提供的一种铝及其合金零件导电阳极氧化工艺，主要包括如下工艺流程步骤：

(a)碱腐蚀，将铝及其合金零件在碱性溶液中除去自然状态下生成的氧化皮，并进行常规的热水洗-冷水洗处理；

(b)出光，在40％～70％硝酸溶液中除去挂灰，使之露出金属光泽，冷水洗；

(c)阳极氧化，将上述铝及其合金零件放置在由铬盐、氟盐配制的混合电解溶液中，在常温条件下施以10～35V电压、0.5～5A/dm²阳极电流密度，5～30min阳极氧化时间；

(d)热水填充，将上述铝及其合金零件放置在70～100℃的热水中，停留3～5min；

(e)干燥，获得导电氧化膜。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

由本发明提供的铝及其合金零件导电阳极氧化工艺方法简单、成膜速度快。经氧化后可以得到膜层呈淡淡透明的彩虹色泽且光亮、外观光洁平滑、细密。导电阳极氧化膜层具有极低的绝缘电阻35～80mΩ/mm²、导电性能好、焊接性能优异，耐腐蚀性能强，在大气中很长时间不腐蚀，保持原有的光泽。交变湿热试验可达169h。解决了铝及其合金零件防锈性与导电性、焊接性之间的矛盾。

这种工艺得到的氧化膜结构不同于硫酸阳极氧化膜，他并不是由阻挡层和蜂窝状多孔层组成，而是树枝状结构。由于铬酸溶液对铝的溶解度很小，能够降低阳极化表面的粗糙度，对铝还具有一定的抛光作用，而且孔隙率较低，得到的氧化膜比硫酸阳极氧化得到的氧化膜要薄得多，厚度只有(1～3)μm。能保持原来部件的精度。在不作封闭的情况下也能使用。

本发明有非常好的焊接性能、很好的导电性能和较好的防锈性能。

具体实施方式

在以下实施例中将进一步举例说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。

在常温下，对铬酸、重铬酸钠、氟化钠按配方比量铬酸3～15g/L、重铬酸钠5～20g/L、氟化钠0.4～12g/L进行配制。铝及其合金零件阳极氧化之前需要除去致密但不均匀的自然氧化膜。碱腐蚀就是将铝及其合金零件在碱性溶液中除去自然状态下生成的氧化皮。一般合金通常采用以NaOH溶液为主的碱性槽液，NaOH的浓度为30～70g/L，操作温度为40～80℃，时间为3～10min。碱腐蚀工艺维护简单，成本低，腐蚀效果好，易于除去铝合金表面的加工条纹，是阳极氧化重要的配套工艺。目前单独使用NaOH溶液作碱腐蚀已很少见，往往加入葡萄糖酸钠、柠檬酸钠等络合剂，防止槽液中Al(OH)3沉淀，即所谓“长寿碱”。加入硫化物，防止重金属在铝合金表面发生置换反应，消除“流痕”。也有的加入氟化物和硝酸盐，用于产生无光砂面效果。然后用热水清洗和冷水清洗将碱液清洗干净；再在40～70％硝酸溶液中除去合金成分镁、锰、铜、铁等形成的氧化物—挂灰；冷水清洗将酸液清洗干净；在配制好的铬酸、重铬酸钠、氟化钠溶液中进行阳极氧化。阳极氧化时使用的电源可以是直流电源，也可以是直流、交流叠加电源。在阳极氧化过程中主要控制槽端电压，阳极氧化时间也是控制重点，时间不够会影响氧化膜的防锈性，时间太长氧化膜厚度增加，绝缘电阻增大，影响铝合金零件的导电性和焊接性。

实施例1。前处理和后处理的方法按硫酸阳极氧化的工艺进行。导电阳极氧化溶液的配制，按照3～15g/L铬酸、5～20g/L重铬酸钠、0.4～12g/L氟化钠各成分配制，其中

铬酸15g/L，重铬酸钠20g/L，氟化钠12g/L。

阳极电流密度3A/dm²

阳极氧化时间10min

槽液温度21℃

槽端电压16V。用EDM＝3150数字多用表测得表面电阻87mΩ。

实施例2。前处理和后处理的方法仍按硫酸阳极氧化的工艺进行。导电阳极氧化溶液的配制，按照3～15g/L铬酸、5～20g/L重铬酸钠、0.4～12g/L氟化钠各成分配制，其中

铬酸10g/L，重铬酸钠15g/L，氟化钠6g/L。

阳极氧化时间20min

槽液温度25℃

槽端电压18V，

电流密度3A/dm²，

用EDM＝3150数字多用表测得表面电阻80mΩ。

实施例3。前处理和后处理的方法按硫酸阳极氧化的工艺进行。导电阳极氧化溶液的配制，按照3～15g/L铬酸、5～20g/L重铬酸钠、0.4～12g/L氟化钠各成分下限配制，其中

铬酸3g/L，重铬酸钠5g/L，氟化钠0.4g/L。

槽液温度27℃

槽端电压22V，

电流密度5A/dm²，

阳极氧化时间25min。用EDM＝3150数字多用表测得表面电阻100mΩ。

Claims

1.一种铝及其合金零件导电阳极氧化工艺，主要包括如下工艺流程步骤：

(c)阳极氧化，将上述铝及其合金零件放置在由3～15g/L铬酸、5～20g/L重铬酸钠、0.4～12g/L氟化钠配制的铬盐、氟盐混合电解溶液中，在常温条件下施以10～35V电压、0.5～5A/dm²阳极电流密度，5～30min阳极氧化时间；

(e)干燥，获得导电氧化膜。

2.根据权利要求1所述的铝及其合金零件导电阳极氧化工艺，其特征在于，所述的铬盐、氟盐混合电解溶液配制为铬酸6～12g/L，重铬酸钠8～16g/L，氟化钠3～8g/L。

3.根据权利要求1所述的铝及其合金零件导电阳极氧化工艺，其特征在于，氧化的电流密度为2～5A/dm²，阳极氧化时间10～25min。

4.根据权利要求1所述的铝及其合金零件导电阳极氧化工艺，其特征在于，所述的工艺流程是：铝及其合金零件经过上挂具-碱腐蚀-热水洗-冷水洗-出光-冷水洗-阳极氧化-热水填充-热压缩空气吹干-干燥。