張紅軍

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001）

鋁合金硬質(zhì)陽極氧化前處理工藝改進

張紅軍

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001）

針對傳統(tǒng)鋁合金硬質(zhì)陽極氧化前處理工藝的不足之處，對其進行優(yōu)化改進，以酸性脫脂清洗替代原工藝的堿蝕、酸蝕兩道工序，新的工藝流程是：脫脂→水洗→非氧化部位遮蔽→酸性脫脂清洗→水洗→陽極氧化→水洗→封閉→去除遮蔽→清理包裝。新工藝簡化了流程，實現(xiàn)了常溫前處理工藝操作，消除了氧化膜發(fā)花、露底的不良現(xiàn)象，拓寬了工藝操作范圍，延長了溶液的使用周期，最終提高了工件合格率，降低了材料成本。

鋁合金；硬質(zhì)陽極氧化；前處理；脫脂；酸洗；質(zhì)量

Author’s address:Henan Pinggao Electro Co., Ltd., Pingdingshan 467000, China

鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜由于具有硬度高、耐磨性強、耐熱性高、電絕緣性好、制造成本低等優(yōu)點，克服了鋁合金本身在表面硬度、耐磨性能方面的缺陷，擴大了鋁合金的應用范圍，延長了其使用壽命，因而在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛應用。在高壓電器產(chǎn)品的主要導電回路中，電連接、屏蔽件、可動導體等工件通常采用6063-T6鋁合金材料，某些部位要求硬度高、絕緣屏蔽性能好，為此需要進行局部硬質(zhì)陽極氧化處理。然而在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)一定比例或批量零件氧化膜發(fā)花、露底等不合格質(zhì)量問題，對工件質(zhì)量、材料成本及生產(chǎn)進度造成一定影響。因而探討如何提高鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜質(zhì)量，對高壓電器行業(yè)有著重要的意義。

1 傳統(tǒng)鋁合金陽極氧化工藝

1.1 工藝流程

鋁合金工藝流程由前處理、電鍍、鍍后處理三部分組成，包括：脫脂→水洗→非氧化部位遮蔽→堿蝕→水洗→酸洗→水洗→氧化→水洗→封閉→去除遮蔽→清理包裝。

鍍前處理是關系到產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵工序，堿蝕和酸洗是鋁陽極氧化前處理中的重要環(huán)節(jié)，直接影響著氧化膜的結合力和外觀質(zhì)量。

1.1.1 堿蝕

堿蝕的主要目是去除鋁合金表面的油脂、自然氧化膜及其他污物。常用堿蝕液組成和工藝條件如下：

碳酸鈉 30 ～ 40 g/L

磷酸鈉 25 ～ 35 g/L

氫氧化鈉 40 ～ 50 g/L

表面活性劑 10 ～ 15 g/L

溫度 60 ～ 70 °C

時間 1 ～ 3 min

堿蝕液主要由燒堿及多種有機添加劑組成，工藝要求加溫到65 °C左右方可進行處理。隨著堿蝕的進行，堿蝕溶液中鋁的溶解量會逐漸增加，而當其增加到一定程度，將影響堿蝕效果和后續(xù)工序的處理質(zhì)量，這時補加堿蝕液已不起作用，堿蝕溶液需要整槽更換，一般情況下1個月更換一次。

1.1.2 酸洗

酸洗是為了清除堿蝕后工件表面形成的氧化物顆粒和其他雜質(zhì)，使工件基體裸露出來，為后續(xù)的電鍍做好準備。一般情況下，酸洗液6個月更換一次。

酸洗液組成和工藝條件如下：

濃硝酸 650 mL/L

溫度 室溫

時間 1 min

1.2 主要缺點

(1) 工件合格率較低，只有60%。

(2) 工序多、工藝流程長，各工藝參數(shù)控制嚴格。

(3) 工藝復雜，操作范圍窄。

(4) 溶液使用周期短，材料成本高。

(5) 能耗高，污染工作環(huán)境。

2 硬質(zhì)氧化膜質(zhì)量不合格的原因分析

工件局部陽極氧化處理過程中，其遮蔽材料采用的是熱熔膠，其中不含有機溶劑，在一定溫度下熔化后可重復使用。由于陽極氧化前處理中的堿蝕液溫度高達65 °C，易造成工件遮蔽層開裂、脫落，一方面導致非氧化部位上形成氧化層，另一方面遮蔽層中殘留溶液流出造成氧化膜發(fā)花、露底、邊界不清晰等不良現(xiàn)象(見圖1)。因硬質(zhì)氧化膜硬度較高，靠機械打磨清理不掉，故不合格件只有采用化學處理方法退掉全部氧化膜層后重新返工。

圖1 改良前鋁合金工件表面硬質(zhì)氧化膜的發(fā)花現(xiàn)象Figure 1 Blurring of hard oxide film on aluminum alloy workpiece before technological improvement

3 優(yōu)化的硬質(zhì)陽極氧化前處理工藝

3.1 改良思路

由于鋁合金前處理工藝普遍存在以上不足，因此決定從降低前處理溶液溫度、延長其使用壽命方面入手，對前處理工藝進行優(yōu)化改進。

大量的工藝對比試驗發(fā)現(xiàn)，常溫酸性脫脂清洗劑具有脫脂和腐蝕能力，可除去鋁合金工件表面的油脂、自然氧化膜及其他雜質(zhì)，而且由于是酸性溶液，可進一步凈化表面，使得工件呈現(xiàn)基體本色，不會對工件產(chǎn)生過腐蝕現(xiàn)象，是集鋁材表面脫脂、腐蝕、酸洗為一體的多效處理溶液，可在常溫(15 ～ 35 °C)條件下操作，使用簡單、方便。這樣，原來工藝要求的堿蝕、酸蝕兩道工序可簡化為一道工序。

改良前后的工藝試驗見表1。由于酸性脫脂清洗劑是常溫操作，不需要添加任何設備，僅在原陽極氧化生產(chǎn)線的空槽中直接配制，按照新的工藝參數(shù)要求作業(yè)，即可完成后續(xù)電鍍處理。

表1 改良前后工藝試驗的結果Table 1 Test results of original and modified processes

3.2 改良后的工藝流程

脫脂→水洗→非氧化部位遮蔽→酸性脫脂清洗→水洗→氧化處理→水洗→封閉→去除遮蔽→清理包裝。

其中酸性脫脂清洗劑(用純凈水配制)的組成和工藝條件如下：

磷酸 10 mL/L

硫酸 20 mL/L

活化酸A 20 mL/L

表面活性劑B 20 g/L

溫度 室溫

時間 1 ～ 3 min

3.3 改良后的工件質(zhì)量

改良后所得工件的外觀如圖 2所示。采用新的工藝流程進行硬質(zhì)陽極氧化，所得氧化膜層致密、光亮、邊界清晰，沒有出現(xiàn)遮蔽層開裂、脫落情況。于2014年7-12月期間對改良后的陽極氧化線的工件質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析，結果見表 2?？梢?，采用新工藝后，一次終檢合格率均在 99%以上，氧化膜層合格率有較大提高，降低了工件廢品率，解決了生產(chǎn)難題。

圖2 改良后鋁合金工件表面硬質(zhì)氧化膜的外觀Figure 2 Appearance of hard oxide film prepared on aluminum alloy workpiece by the modified process

表2 工藝改良后工件合格率的統(tǒng)計Table 2 Statistics of the rate of qualified products after technological improvement

3.4 改良前后的成本對比

槽液按1 000 L配制，堿蝕劑和清洗劑均為30元/kg，硝酸5元/kg，按照6個月時間計算材料成本，結果見表3。在6個月內(nèi)，光藥劑費就節(jié)省了19 250元。

表3 改良前后的成本對比Table 3 Cost comparison before and after technological improvement

新的酸性脫脂清洗槽從2014年7月份起使用至今近一年了，平時只是根據(jù)消耗情況定期補加，一直沒有更換，隨著使用時間延長，節(jié)約的材料費用更加顯著。由此可見，工藝改良后無論是工件質(zhì)量、生產(chǎn)效率，還是制造成本等方面，都發(fā)生很大的變化，帶來了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結語

新工藝具有以下優(yōu)點：

(1) 簡化了工藝流程，一步實現(xiàn)堿蝕、酸蝕的功能。

(2) 在低溫或者常溫處理，節(jié)約了能源，并改善了工作環(huán)境。

(3) 工件合格率和生產(chǎn)效率均大幅提高。

(4) 實現(xiàn)了溶液的可持續(xù)使用，減少了廢液的排放量，降低了污水處理壓力。

(5) 工藝簡單、操作范圍寬，節(jié)約了生產(chǎn)制造成本。

(6) 工藝通用性廣，適用于類似鋁合金鍍錫、鍍銀的前處理。

采用酸性脫脂清洗劑完全滿足鋁陽極氧化工件前處理的質(zhì)量要求，而且消除了遮蔽層開裂、脫落的不良情況，保證了工件質(zhì)量。

[1]郝留成, 廉繼英, 周瑛, 等.6063鋁合金材料鍍銀層脫落原因及其解決途徑[J].鑄造技術, 2009, 30 (10)： 1350-1352.

[2]羅耀宗.提高鋁合金電鍍結合力的探討[J].電鍍與環(huán)保, 2003, 23 (5)： 11-12.

[3]曾領才, 文偉, 謝輝.鋁及鋁合金電鍍前處理工藝的改進[J].電鍍與涂飾, 2012, 31 (3)： 15-17.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Improvement of pretreatment process for hard anodic oxidation of aluminum alloy

ZHANG Hong-jun

Aiming at the disadvantages of traditional pretreatment process for hard anodic oxidation of aluminum alloy, an improvement was conducted.The previous alkaline etching and pickling are replaced by one-step acidic degreasing.The modified process flow is： degreasing → rinsing → masking the non-oxidation area → acidic degreasing → rinsing → anodic oxidation → rinsing → sealing → demasking → finishing and packaging.The modified process simplifies the procedure, realizes operation ate normal temperature, eliminates the defects of blurring and uncoverage, widens the ranges of process parameters, and extends the service lives of baths, improving the passing rate of workpiece and reducing the production cost.

aluminum alloy; hard anodic oxidation; pretreatment; degreasing; pickling; quality

TG178

A

1004 - 227X (2015) 13 - 0737 - 04

2015-04-30

2015-06-26

張紅軍（1975-），男，河南魯山縣人，本科，工程師，多年從事高壓電器行業(yè)表面處理方面工作，主要研究電鍍、涂裝、焊接等工藝，解決與之相關的生產(chǎn)技術難題，有豐富的工作經(jīng)驗，所研究的工藝項目多次獲得市級、省級科學技術進步獎，在專業(yè)期刊上發(fā)表論文10多篇。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) ddjs@pinggao.com。