铝制品表面处理.doc

4.5.2表面钝化处理方法
    铝及铝合金工件，无论是化学氧化法或阳极氧化法制取的氧化膜都是多孔的，易受污染，耐蚀性不高。例如，铝及铝合金阳极氧化膜是一种具有蜂窝状结构的多孔膜，其微孔数量达4～77×10。个／cm2，比表面积非常高。因此，使得氧化膜的表面具有极高的化学活性，空气中或者使用环境中的腐蚀介质或污染物极易被吸附到膜孔内，所以未经封闭处理的铝合金阳极氧化膜耐蚀性和抗污染能力均不高。即使氧化膜在染色后也应进行钝化或封闭处理，以提高其耐蚀性。
    1．化学氧化后钝化处理
    铝及铝合金工件化学氧化后钝化处理的工艺条件及钝化液配方见表4．37。表中的配方1适用于酸性化学氧化，配方2适用于碱性化学氧化。
    表4.37  铝及铝合金化学氧化后钝化处理的工艺条件及钝化液配方
    2．阳极氧化后钝化处理  铝及铝合金工件阳极氧化后钝化处理的工艺条件及钝化液配方见表4.38。
    3．氧化膜的封闭处理
    氧化膜的封闭实际上就是封闭氧化膜的微孑L，降低其表面活性，因此也称为封孔处理。铝及铝合金阳极氧化膜的封闭方法很多，主要可分为以下几种方法，分述如下：
铝及铝合金阳极氧化膜封闭方法：水合封闭法、重铬酸盐封闭法、水解金属盐封闭法、双重封闭法、低温封闭法、有机物封闭法。水合封闭法：沸水封闭法、高压蒸汽封闭法。
    (1)水合封闭法  水合封闭的基本原理是氧化膜和孔壁的A120。在较高温度的热水或水蒸气中发生水合反应，生成水合氧化铝(A1203•H2O)，使氧化膜体积膨胀，其体积将增大约33％以上。由于膜的体积膨胀而使孔径变小，从而封闭膜孔。其反应式：
    A1203+H20→2AlO(0H)→A1203•H20
    水合封闭法又分高压蒸汽封闭法和沸水封闭法两种。高压蒸汽封闭的效果比沸水封闭好，主要反映为封闭速度快，不受pH值影响，封闭后的氧化膜耐蚀性好，而且封闭质量稳定，特别是在封闭染色氧化膜时不会出现流色现象，因此尤其适合于染色氧化膜的封闭处理。高压蒸汽封闭的主要缺点是所需高压蒸汽设备投资较大。生产成本较高，大型工件封闭处理时不能连续生产，厚氧化膜封闭时易破裂，因此只在特殊情况下使用。而沸水封闭则恰好相反，因其生产成本相对较低，操作方便，是一种普遍采用的封闭方法。
    1)封闭工艺规范
    ①高压蒸汽封闭法工艺规范如下所示。
    蒸汽压力    1～3×105Pa
    蒸汽温度    100～110℃
    时间    20～30min
    操作注意事项：蒸汽温度不可过高，否则易使氧化膜的硬度和耐磨性降低。
    ②沸水封闭法工艺规范如下所示。
    封闭用水    去离子水或蒸馏水
    pH值    5．5～6．5
    温度    95～98℃
    时间    每1μm厚的氧化膜约需2～3min
    通常封闭的时间需要20～30min
    操作注意事项：封闭用水应采用去离子水或蒸馏水，不用自来水，因为普通自来水易生水垢吸附于孔中，使膜的透明度下降。普通自来水中的cl-、S042-、Cu2+等均对封闭膜孔有不利影响。
    2)影响沸水封闭质量的因素
    ①水质。水中的杂质离子或不纯物会严重降低封闭后氧化膜的耐蚀性，对其外观也有一定程度的危害，因此一定要严格控制用水的质量，保证其电阻率≥5×105Ω•cm。封闭用水中的杂质离子或不纯物的最高允许含量如下：
    有害离子    SO42-    Cl-    SiO32-    PO43-    F-    NO3-
  允许含量／10-6 <250    <100    <10    <15    <5    <50
    在生产过程中应尽量避免前道工序残留在制品表面的酸或清洗水将有害离子带入封闭槽，为此最好在进入沸水封闭槽前先经过一道去离子水洗，以减少封闭槽的污染。为了保证封闭质量，应定期测定封闭水中的有害离子含量。
    ②温度。水温越高封闭速度越快，但长时间沸腾会加大水的消耗，因此温度最好控制在95～98℃。当温度低于90℃时封闭速度将显著减缓，特别是低于80℃时，水合反应产物将不是一水合氧化铝(A1203•H20)，而是三水合氧化铝(Al302•3H2O)，后者很不稳定，致使氧化膜的耐蚀性能很差。
    ③时间。封闭所需时间与膜厚有关，通常每l肚m约需2～3min，对于一般的阳极氧化膜总的封闭时间大约为20～30min。当水质条件好时可取下限。
    ④pH值。pH值越高封闭速度越快，但过高的pH值会引起膜层粉化，使表面出现粉霜。pH值一般控制在5.5～6.5之间，最佳为5.8。可用醋酸或氨水调节pH值。
    可在沸水封闭液中加入一些添加剂作为封闭助剂，如镍、钴等金属盐和重铬酸钾、水玻璃及三乙醇胺等，添加封闭助剂不仅可以提高封闭质量，而且还有抑制粉霜的作用。在使用封闭助剂时应特别小心，如果封闭助剂选择不当，或加入过量都会对封闭质量产生极不利影响。
    (2)重铬酸盐封闭法  重铬酸盐封闭的基本原理是，在重铬酸盐水溶液中，氧化膜吸附了重铬酸盐后发生化学反应，生成碱性铬酸铝[Al(0H)CrO4]和重铬酸铝[Al(OH)Cr207]，这些生成物填充进膜空隙，从而起到封孔作用。
    重铬酸盐封闭法一般用于防护性阳极氧化膜，氧化膜经封闭后呈现黄色，其耐蚀性较高。但该法不适用于装饰性或染色的氧化膜。
    重铬酸盐封闭溶液的配方及工艺规范如下：
    重铬酸钾(K2Cr207)含量    15～100g／L(用蒸馏水或去离子水配制)
                  pH值    6～7.5(用碳酸钠或氢氧化钠调节)
                  温度    90～98℃
                    时间    5～30min
    操作注意事项：
    ①封闭液中重铬酸钾的含量越高，封闭后的氧化膜耐蚀性越好。
    ②经阳极氧化的铝制品工件，在封闭处理前必须仔细漂洗，以免将残留在工件表面的酸性液带入封闭槽，否则会对氧化膜的封闭质量和外观造成不利影响。另外，还应防止工件与槽体接触，否则会损坏氧化膜。
    ③对封闭液中杂质应进行限制，当封闭液中SO；一超过0.2g／L时，会使氧化膜的颜色变浅或发白，可加入适量的铬酸钙(CaCrO4)沉淀过滤排除；当SO42-为O.02g／L时，会使氧化膜的颜色发白，耐蚀性下降，可添加硫酸铝钾[K2Al2(S04)4•24H20]0.1～O.5g／L进行调整。当Cl-＞1.5g／L时，会对工件氧化膜产生腐蚀，封闭液需稀释或更换。
    (3)水解金属盐封闭法  水解金属盐封闭的原理是，除了封闭过程中Al2O3的水合反应外，主要是利用金属盐被氧化膜吸附后发生水解反应，生成氢氧化物沉淀析出，充填在膜孔内，从而达到封闭氧化膜的目的。
    水解金属盐封闭不影响氧化膜的色泽，而且由于金属离子与有机染料分子之间会形成金属络合物，从而增加了染料的稳定性和耐晒度。因此，水解金属盐封闭法特别适用于染色或着色的防护、装饰性氧化膜。
    水解金属盐封闭的工艺规范见表4．39。
    (4)双重封闭法  所谓双重封闭是指先用金属盐溶液预封，然后再用热水或重溶酸钾溶液封闭。这种封闭方式可大大提高氧化膜的耐蚀性能。它不仅适用于透明的阳极氧化膜，而且也适用于染色或着色的氧化膜。其工艺规范如下：
第一步：金属盐溶液预封闭
醋酸镍含量／(g／L)  1．9～2．5
分散剂含量／(g／L)  1．9～2．5
pH值                7．0～8．O
温度／℃              70～74
时间／s              15～90

第二步：热水封闭水去离子水或蒸馏水
pH：值    5.5～5.9
温度／℃    95～98
时间／min  10～15
第三步：重铬酸钾溶液封闭
重铬酸钾含量／(g／L)  O.1～O.5
pH                    5.5～7.0
温度／℃              95～98
时间／min              5～12

    (5)低温封闭法
  低温封闭法又称为常温封闭或冷封闭，是近年来铝型材行业使用最普遍的封闭方法。低温封闭大多采用Ni．F溶液体系，其反应机理很复杂，但与水解金属盐封闭法也有某些类似之处，存在Al：03的水合反应和Ni(OH)：沉淀
析出的双重作用，只是由于F一的存在使封闭反应过程可在低温下实现。低温封闭溶液基本配方及工艺规范如下：

Ni2+含量／(g／L)  1.O～1.8
F一含量／(g／L)    0.3～0.8
pH值              5.5～6.5
温度／℃            25～35
时间              每1／μm 厚的氧化膜约需1min

操作注意事项：
①低温封闭溶液除上述基本组成外，还常加入少量的表面活性剂、pH缓蚀剂、铝离子络合剂以及粉霜抑制剂等助剂来进一步提高封闭质量。为了消除由于镍的沉积而带来的氧化膜偏绿，通常还加入约O.1g／L的C02+加以改善。
②低温封闭溶液在长期使用过程亡F Ni2+和F-的消耗速度不一致，因此在生产过程中除定期检测Ni2+含量外，还应定期检测游离F-的含量，始终控制其含量在工艺规定的范围内。
③低温封闭溶液对SO42-一种NH4+比较敏感，当SO42+～>5g／I．，NH4+≥4g／L时会影响封闭质量，此时应稀释溶液以消除其影响，或全部更换槽液。
④溶液的pH值可用醋酸或氨水(或氢氧化钠稀溶液)调节。封闭后用50～60℃的热水漂洗或经漂洗后用热风吹干可起到强化封闭、加快干燥和防水迹的作用：、
6)有机物封闭法
有机涂层封闭方法在铝型材行业应用已十分普遍，其目的是大幅度提高铝材的防腐蚀性能和外观装饰性；同时，阳极氧化膜又是有机涂层的理想基底层。早期曾采用熔融蜡、干性油、树脂等对铝阳极氧化膜进封闭处理，他们只是一种简单的物理封闭，效果并不理想。近年来有机物封闭主要是指有机涂