鋁導(dǎo)向輥陽極氧化工藝

郭辰翔

（陜西北人印刷機械有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000）

導(dǎo)向輥是機組式凹版印刷機的關(guān)鍵零件之一。近年來隨著技術(shù)進(jìn)步，國產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鋁型材逐步在印刷機制造中得到廣泛應(yīng)用。以其制造的印刷機不僅外形美觀大方、輕巧，而且傳動平穩(wěn)，得到了用戶的認(rèn)可。鋁導(dǎo)向輥的陽極氧化處理是實現(xiàn)外觀和表面性能必不可少的工藝手段，但是無論普通陽極氧化處理還是硬質(zhì)陽極氧化處理，均不能達(dá)到既有柔和的光亮度，又有優(yōu)良的氧化膜層及機械性能的雙重效果。進(jìn)口件的外觀光感性好，具有柔和的亮度，其主要性能指標(biāo)為：厚度10～15 μm，硬度425～525 HV，耐蝕性好，中性鹽霧試驗(24 h)后達(dá)到HB 5192–1981《鍍層和化學(xué)覆蓋層表觀腐蝕等級評定方法》中的3 級標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，抗變色能力強。

筆者通過對進(jìn)口導(dǎo)向輥性能的比較分析和論證，對鋁導(dǎo)向輥的表面處理國產(chǎn)化進(jìn)行了大膽的工藝探索和實踐。

1 實驗

1.1 材料

6005 鋁輥筒(直徑100 mm，長1 100 mm，厚6 mm)。

1.2 工藝流程

除油(機械除油、有機溶劑除油或用除油劑除油)─熱水洗─堿腐蝕(5% NaOH+乳化劑，30～40°C，0.5～1.0 min)─水洗─出光(1%～2% HNO3，20～25°C，1～2 min)─水洗─復(fù)合陽極氧化─水洗─沸水封閉─自然干燥─檢驗包裝。

1.3 陽極氧化工藝條件

由于自來水中含有大量的Ca2+、Na+、Cl?等離子，而氧化膜中的孔隙較多，這些金屬離子極易填充到膜層中，使膜層的透明性降低，而且會影響膜層的耐蝕性能，外觀也變得灰暗。因此，陽極氧化對水質(zhì)的要求較高，一般用去離子水，要求達(dá)到電阻率≥7 000 Ω·cm、可溶性物質(zhì)≤100 mg/L、pH 5.5～8.5 和Cl?≤12 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。為了得到外觀光亮柔和、膜層性能優(yōu)越的印刷機用導(dǎo)向輥，要求用HB 5472–1991《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝用水水質(zhì)規(guī)范》中的B 類水[1]。

1.4 測試方法

采用HLN160 型便攜式里氏硬度計(廣州佛山電子科技有限責(zé)任公司)測試氧化膜硬度，采用DUALSCPOE MPO 型便攜式測厚儀(德國Fischer)測試氧化膜厚度，采用5% NaOH 溶液做點蝕試驗，測耐蝕性，試樣直徑80 mm、長100 mm，觀察試樣出現(xiàn)腐蝕點的時間，以12 h 為計時等級，即低于12 h 為1 級，高于36 h 為3 級，兩者之間評為2 級。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化液中各成分對膜層性能的影響

2.1.1 硫酸的影響

H2SO4的含量對膜層的質(zhì)量有很大的影響。當(dāng)添加劑R 的含量為15 g/L、氧化時間60 min 以及氧化溫度15°C 時，硫酸含量對膜層性能的影響見表1。

表1 H2SO4含量對膜層性能的影響Table 1 Effect of content of H2SO4on performance of the coating

可以看出，當(dāng)H2SO4含量在200 g/L 以下時，隨著H2SO4含量的升高，膜層的外觀和機械性能都顯著提高；當(dāng)H2SO4含量超過250 g/L 后，成膜速度反而下降，即膜層溶解速度加快，膜厚減小，硬度、耐磨性降低，耐蝕性變差[2]。當(dāng)H2SO4含量低于100 g/L 時，成膜速度非常緩慢，需要延長時間來保證膜厚。因此，最適宜的H2SO4含量為180～200 g/L。

2.1.2 鋁離子含量對膜層性能的影響

鋁離子的含量會影響溶液中游離的H2SO4含量，它的存在有利于形成均勻的膜層。新配的溶液中應(yīng)該加入2 g/L 的鋁離子，隨著膜層的溶解，鋁離子不斷積累，當(dāng)含量達(dá)到20 g/L 時，膜層表面就會出現(xiàn)發(fā)花、白斑現(xiàn)象，使耐蝕性變差，耐磨性降低，而且槽壓升高，電阻增大，電耗增高。若溶液中無鋁離子，則膜層薄，耐蝕性、硬度和耐磨性較差[2]。因此，溶液中的鋁離子最好控制在20 g/L 以下。

2.1.3 添加劑R 對膜層性能的影響

為了增加和提高氧化膜層的機械性能，自行研制了一種有機單組分添加劑R。添加劑R 含量對膜層性能的影響見表2(氧化時間都是60 min)。

表2 添加劑R 含量對膜層性能的影響Table 2 Effect of content of additive R on performance of the coating

由表2 可知，在同等條件下，加添加劑R 可以提高膜層的硬度和耐磨性，增加厚度，使溫度范圍變寬，表面光感柔和，但是當(dāng)其含量超過30 g/L 時，膜層性能反而急劇惡化。因此，添加劑R 最適宜的加入量是10～15 g/L。

2.2 工藝條件對膜層性能的影響

2.2.1 電流密度的影響

當(dāng)氧化時間為60 min，添加劑R 為15 g/L 時，電流密度對膜層性能的影響見表3?？梢钥闯觯S著電流密度的增加，氧化膜層的厚度、耐蝕性和耐磨性呈現(xiàn)先升后降的趨勢。不加添加劑R 時，氧化只能在0.8～1.5 A/dm2范圍內(nèi)進(jìn)行，大于2 A/dm2后膜層性能惡化，表面發(fā)花、發(fā)暗，孔隙增大，膜層溶解速率大于沉積速率。如果加入添加劑R，電流密度就會放寬到2.5 A/dm2，最大時可以達(dá)到3 A/dm2(見表3)，比不加添加劑R 時提高了1 倍多。即適宜的電流密度范圍是0.8～3.0 A/dm2。

表3 電流密度對膜層性能的影響Table 3 Effect of current density on performance of the coating

2.2.2 氧化溫度的影響

當(dāng)氧化時間是60 min、添加劑R 是15 g/L 時，溫度對涂層性能的影響見表4。

表4 氧化溫度對膜層性能的影響Table 4 Effect of oxidation temperature on performance of the coating

可以看出，溫度越高，膜層的性能越差。這是由于溫度升高，膜的溶解速度大于沉積速度，膜層變薄，孔隙增大，硬度降低，耐磨性也降低[2]。因此，溶液的溫度控制對氧化膜的機械性能至關(guān)重要。普通陽極氧化(不加添加劑R)的溫度一般在10～15°C，加入添加劑R 后，溫度可以放寬至25°C，最高可以達(dá)到30°C，比不加添加劑時起碼高5～10°C。

2.2.3 氧化時間的影響

在氧化溫度20°C、添加劑R 為15 g/L 的條件下，氧化時間對膜層性能的影響見表5。

表5 氧化時間對膜層性能的影響Table 5 Effect of oxidation time on performance of the coating

如表5 所示，隨著氧化時間的加長，膜層的厚度增加，硬度和耐磨性提高；但是氧化時間超過90 min后，膜層增長緩慢，耐磨性、硬度反而下降。因此，根據(jù)印刷機導(dǎo)向輥的技術(shù)要求[1-4]，一般氧化時間為40～60 min。在20°C 溫度條件下，按60 min 時長氧化，加入15 g/L 添加劑R 時得到的膜層厚度為22 μm，平均沉積速率為0.36 μm/min，而不加添加劑R 時得到的膜層厚度僅為10.2 μm，平均沉積速率為0.17 μm/min?？梢?，添加劑R 可使氧化膜的沉積速率提高1 倍以上，節(jié)省了一半的時間。

2.2.4 攪拌對膜層的影響

攪拌可以使溶液的溫度均勻，也使工件表面的溫度降低。隨著攪拌的增強，表面溫度降低很快，耐磨性、耐蝕性、表面狀態(tài)都有所提高。但是攪拌要避免溶液飛濺出來，以免對操作員造成傷害。適宜的攪拌用壓縮空氣壓力是0.08～0.10 MPa。

2.2.5 封閉

鋁合金陽極氧化都必須進(jìn)行封閉，因為膜層是由阻擋層和多孔層組成，孔隙較多，極易被污染而吸附雜質(zhì)到表面，造成耐蝕性較差。封閉可提高抗污能力和耐蝕性。為了降低成本，可用沸水封閉，但是水質(zhì)必須是去離子水[1-4]。

3 結(jié)論

此陽極氧化工藝與普通工藝相比，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期，也減少了降溫設(shè)施，氧化溫度可提高5～10°C，而陽極氧化膜的機械性能卻大大提高。

此工藝雖主要是針對6005 型材和印刷機導(dǎo)向輥的技術(shù)要求來開發(fā)，但對LY12、LY11 的處理效果更好，而用于含Cu、Si、Pb 等鋁型材時，應(yīng)該調(diào)整工藝條件和工藝配方。

經(jīng)過3年的生產(chǎn)實踐，此工藝運轉(zhuǎn)正常，日產(chǎn)量為2 000 dm2左右，月產(chǎn)量達(dá)到50 000 dm2，所生產(chǎn)的鋁導(dǎo)向輥的硬度、厚度、耐磨性以及表面狀況均符合要求，獲得用戶好評，出現(xiàn)的故障及不合格鋁降低到3%以下。以該工藝制備的鋁導(dǎo)向輥完全可以取代進(jìn)口導(dǎo)向輥，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]柳玉波.表面處理工藝大全[M].北京:中國計量出版社,1996.

[2]朱祖芳.鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版,2004.

[3]張允誠,胡如南,向榮.電鍍手冊(上冊)[M].2 版.北京:國防工業(yè)出版社,1997.

[4]程秀云,張振華.電鍍技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版,2003.