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铝及铝合金硫酸阳极氧化工艺故障分析与处理:故障现象与排除措施

铝友社区2022-05-17 14:11:07

  1.局部出现黑斑或条纹,以及鼓瘤或孔穴现象铝合金制品经阳极氧化处理后,发生局部无氧化膜,呈现肉眼可见的黑斑或条纹,氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。此类故障虽不多见但也有发生。其原因通常与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关,或与氧化溶液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成高质量的膜层。而铝硅合金或含铜高强铝合金,生成的氧化膜发暗、发灰,光泽性不好。如果表面相结构不均匀、组织偏析、杂质偏析或热处理不当所造成的组织不均匀等,则易产生选择性氧化或选择性溶解,造成氧化膜质量较差。如铝合金材料中局部硅含量偏析,则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。另外,如果电解液中有悬浮杂质、尘埃颗粒或铜、铁等金属杂质离子含量过高,往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹,影响阳极氧化膜的抗腐蚀防护性能。

  2.氧化膜不完整,局部无膜或烧损同槽处理的阳极氧化零件,有的部位无氧化膜或膜层轻薄或不完整,而在夹具和零件接触处则出现有烧损熔蚀现象。

  这类故障在硫酸阳极氧化工艺实践中往往较多发生,严重影响着铝合金零件的阳极氧化质量。造成这种故障的原因有:①装夹位置不当。由于装夹位置不当,阳极化时氧气跑不出来滞留在局部表面上,造成闷气而无氧化膜。装夹时应注意选择适当位置,使零件的凹面向上或向上倾斜,这样就可以避免无氧化膜的故障。②零件表面有附着物。阳极化前零件表面如有胶纸等透明黏性物质时,阳极氧化时又没有脱落,在膜层封闭时却脱落了下来,结果在吸附物处就没有氧化膜,操作者在前处理时就应注意除去这类物质。③氧化溶液成分太稀。氧化溶液成分太稀,造成氧化零件局部电流太小处就无氧化膜生成,可以分析并鼹高硫酸浓度,消除此故障。

  由于铝氧化膜的绝缘性较好,所以铝合金制件在阳极氧化处理前必须牢固跑装挂在通用或专用夹具上,以保证良好的导电性。导电棒应选用铜或铜合金材料并要保证足够接触面积。夹具与零件接触处,既要保证电流自由通过,又要尽可能减少夹具和零件间的接触印痕。接触面积过小,电流密度太大,会产生过热易烧损零件和夹具。

  3.氧化膜疏松粉化铝合金硫酸阳极氧化处理后,氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉,特别是填宅封闭后,制件表面出现严重粉层,抗腐蚀性差。

  在铝合金阳极氧化过程中,氧化膜的形成和溶解是同时进行的,氧化膜的化学溶解会造成氧化膜的疏松,甚至产生疏松粉末状氧化膜。氧化膜的溶解速度乏氧化溶液的温度影响较大,并随溶液温度的升高而加速。所以这一类故障多发生在夏季,尤其是没有冷却装置的硫酸阳极化槽,往往处理1槽~2槽零件后,疏松粉化现象就会出现,明显地影响氧化膜的质量。由于铝合金阳极氧化膜电阻很大,在阳极氧化工艺过程中会产生大量焦耳热,槽电压越高产生热量越大,从而导致电解液温度不断上升。所以在阳极氧化过程中,必须采用搅拌或冷却装置使电解液温度保持在一定范围。一般情况下,温度应控制在13℃~26℃,氧化膜质量较佳。若电解液温度超过30℃,氧化膜会产生疏松粉化,膜层质量低劣,严重时发生"烧焦"现象。另外,当电解液温度恒定时,阳极电流密度也必须予以限制,因为阳极电流密度过高,温升剧烈,氧化膜也易疏松呈粉状或砂粒状,对氧化膜质量十分不利。

  另外阳极氧化时间长,溶液浓度浓,也会产生疏松的阳极氧化膜。电流密度过大或电压过高时,产生的焦耳热使铝合金零件发热,导致零件周围的溶液温度升高,从而加快氧化膜的化学溶解,造成氧化膜疏松或产生粉末状氧化膜。所以,严格控制工艺规范是防止阳极氧化膜疏松的重要因素。

  铝合金阳极氧化过程中水洗等工序有可能给氧化溶液带来氯离子,还有硫酸中也有可能含有氯离子,这些就可能导致氧化溶液中氯离子含量升高,从而引起氧化膜层的疏松。

  当往氧化槽补加硫酸后由于溶液搅拌不均匀也会造成同槽阳极氧化的零件,有的氧化膜太薄,有的氧化膜疏松并有粉状挂灰现象。

  排除上述故障的措施是:严格工艺规范操作,电解液温度太高应设法降低温度,进行搅拌或开动冷却设备,并控制温度差在(20±2)℃内。如果是氧化处理时间太久造成的就应当缩短阳极氧化时间;如果是电流密度太高,就要降低电流密度。在溶液中补加硫酸后应通入压缩空气充分搅拌,并进行通电处理;当溶液.中氯离子含量过高时,可通过稀释溶液或者部分更换溶液的方法进行故障处理。

  4.氧化膜暗淡无光。产生点状腐蚀铝合金硫酸阳极氧化膜暗淡无光,有时产生点状腐蚀,严重发生显着的黑色点状腐蚀。

  这类故障往往是偶然发生并有特殊原因造成的。在铝合金阳极氧化过程中,中途断电又重新给电,往往形成双层氧化膜会使氧化膜暗淡无光;而中途停电零件在清洗槽停留过久,清洗水槽酸度过高,水质不净,含悬浮物较多,往往会使铝合金零件发生点状腐蚀、黑斑等故障。硫酸溶液内溶存的铝离子增加也会导致氧化膜的透明性变差,通常硫酸液中含铝量以l09/L左右为宜。在铝氧化溶液中混入过量的Cl一离子,也会导致铝合金零件阳极氧化产生点状腐蚀等故障。

  5.阳极氧化膜薄或有红色挂灰,膜层的抗腐蚀性能差发生这个故障的原因是多方面的,包括以下几个方面。

  (1)硫酸含量和操作条件不符工艺规范。如果阳极氧化电流密度小、电压低、氧化时间短,则铝合金表面生成的氧化膜就较薄。如果溶液的浓度低,溶液中的离子少,溶液的导电率小,要达到同样的电流密度,浓度低的溶液其槽电压比浓度高的槽电压来得高,而硫酸阳极氧化一般是控制电压的,所以当溶液的浓度低时,在规定电压下,电流密度就小,生成的氧化膜也就较薄。溶液的温度低时,溶液的黏度大,离子运动慢,溶液的导电率小,在规定的电压下,电流密度就小,生成的氧化膜当然就薄。反之,氧化膜厚,但氧化膜的溶解也加快,且会形成疏松粉末状的氧化膜。

  (2)零件装得太松,夹具与导电棒接触不良。检查铝合金零件的装夹情况就会就会发现,零件装夹太松,导电不良,也会引起阳极氧化膜层变薄。另外夹具上的旧氧化膜未除尽,零件装夹在有薄层氧化膜的夹具上也会引起导电不良,氧化膜生成速度变慢而使得氧化膜变薄。

  (3)阳极氧化溶液中含铜、铁离子过高。因为阳极氧化过程包括了铝合金表面溶解和氧化膜生成,如一些高强铝合金材料中就有铜、锰、铁、硅等元素,在阳极氧化过程中,铜、铁等离子溶解进入溶液是可能的,随着阳极氧化溶液使用时间的增长,溶液中的铜离子含量就会增高,从而影响氧化膜的厚度或者出现表面挂灰。

  排除这种故障的措施是:严格控制氧化工艺规范;注意挂具表面残余氧化膜的退除,保证挂具与零件的接触。对镀液中的铜、铁离子杂质含量过高的问题,可以通过增加阴极面积小电流电解处理或者更新氧化溶液来解决。

  6.零件与夹具接触处烧伤、零件局部地方有电击烧伤发生这种故障的原因是铝合金零件与阴极接触发生短路,零件彼此间接触发生短路造成的。所以需要加强阳极氧化零件与夹具的接触检查,夹具使用前须加以清洗,一定要与零件夹紧,保证零件的导电良好。放置零件于氧化槽内时,注意与阴极之距离,避免发生接触。另外要防止零件彼此之间接触发生短路,加大零件间距离。

  7.氧化膜有黑斑(黑条纹)或网状泡沫状花纹发生这种故障的原因主要有:零件经化学除油后,遗漏出光工序即进行氧化,使遗留在零件上的水玻璃形成了硅酸所致;热处理时化学除油液未净;零件表面有油渍或其他污染物;氧化溶液中有悬浮的杂质;氧化后零件未洗干净就进行封孔清理;溶液表面有悬浮杂质、含铜和铁杂质太多等。

  排除此类故障是要彻底进行前处理;加强氧化零件的清洗,氧化后要立即清洗干净,避免处理液或杂质残留于氧化膜表面;除去或更新部分氧化溶液降低溶液中杂质的污染。

  8.氧化零件经热水填充处理易沾手印、水印,经重铬酸钾填充后氧化膜色淡、发白发生这种故障的原因有:填充封闭溶液温度过低,填充时间短;溶液pH值不当;封闭液中氢氧化铝太多、SO42-含量过高;阳极氧化温度过高导致氧化膜太薄、膜孔呈开口状等。

  排除此类故障主要针对调整封闭填充溶液的pH值,严格控制溶液成分和工艺条件;检查和纠正封闭溶液中SO42-含量和氢氧化铝浓度;控制阳极氧化工艺条件,增加氧化时间等措施。

  9.阳极氧化后膜层染黑色出现发红或发蓝现象氧化后膜层染黑色出现发红或发蓝的主要原因有:

  (1)氧化膜层吸附性能不良。用酸性黑ATT染料染黑色氧化膜时,出现了发红发蓝的故障。酸性黑ATT染料是以70%的酸性蓝黑l0B和30%的酸性橙Ⅱ的分子结构组成,所以当阳极氧化膜的孔隙小,吸收性能差时,分子小的酸性橙Ⅱ容易被氧化膜吸收,膜层中的酸性橙Ⅱ超过染料的比例,所以色泽就发红。

  (2)板材和挤压零件表面状态的影响。阳极氧化前应将零件进行碱腐蚀除去表面硬皮,才能得到均匀的黑色,否则也会得到发红或发花的黑色。对含硅量高的铝合金零件,可在40mL/L~50mL/L硝酸和10mL/L左右的氢氟酸溶液中浸渍20s左右以溶解杂质,使表面留下一薄层较纯的铝,以改善阳极氧化膜性能,使它具有好的吸附性能,得到均匀的黑色。

  (3)染色溶液的pH值不当。染色溶液的pH值对氧化膜染色的影响较大,因为各种染料的吸收性能均有各自不同的pH值。如pH值接近7时,酸性蓝黑lOB的吸附性能好,而酸性橙Ⅱ的吸附性能比较差,所以色泽偏蓝,在pH=4.5左右时,酸性蓝黑lOB的吸附能力差,酸性橙Ⅱ的吸附能力强,故色泽就偏红。

  排除这种故障的方法有:加强氧化前的处理;适当延长阳极氧化时间,使氧化膜孔隙增大,以便分子大的酸性蓝黑10B能顺利被氧化膜吸收;控制染色溶液的pH值,避开7或4.5左右的值,一般控制在3.6左右或5~6较好。

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