鑄造鋁合金表面處理方法的研究進(jìn)展(1)

趙建琦

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們越來越重視鋁合金的生產(chǎn)以及其表面處理方式，鋁合金在船舶、化學(xué)工業(yè)、機(jī)械制造等方面都是重要的有色金屬材料。通常情況下，潮濕的環(huán)境會加速鋁的腐蝕，這不僅使鋁的表面變得粗糙，也會對鋁的使用產(chǎn)生一定影響。本文基于保護(hù)環(huán)境、滿足市場對材料的需求的情況，闡釋了若干有效解決辦法，為鑄造鋁合金表面處理技術(shù)提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金;表面;處理方法

1鋁合金氧化的原因

鋁合金的主要成分是鋁，但在日常的生產(chǎn)生活中，鋁的密度小，本身極易氧化，氧化膜非常薄，大約0.01um～0.02um，色澤不均勻。鋁合金氧化分為化學(xué)氧化與陽極氧化兩種?；瘜W(xué)氧化生成的氧化膜較薄，厚度約為0.5um～4um。具有多孔，吸附能力強(qiáng)，質(zhì)地柔軟而不耐磨等特點(diǎn)，化學(xué)氧化分為酸性和堿性兩種。陽極氧化分為普通硫酸陽極氧化、高速陽極氧化等多種氧化形式。鋁合金分為很多種，如鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金等。一般來說，鋁合金的陽極氧化相對要復(fù)雜一些，它的陽極氧化膜中一般有氧化鋁成分，并且在其他金屬成分發(fā)生陽極氧化現(xiàn)象后，也會反應(yīng)出一些氧化物。此外，鋁合金陽極氧化膜中還有一些元素如金屬物質(zhì)和金屬化合物。

2鋁合金表面處理方法

2.1物理方法

物理方法是指僅對鋁合金表面進(jìn)行處理而不傷害其他結(jié)構(gòu)，一般會使用到的物理方法是用相同細(xì)度的砂紙等材料打磨或是用符合標(biāo)準(zhǔn)的清洗材料對鋁合金壓鑄件的表面進(jìn)行擦洗等等。（1）噴砂法，是指選用不同粒度的氧化鋁或二氧化硅等材料對鋁合金表面進(jìn)行噴砂處理，以達(dá)到提高鋁合金使用效果的目的。噴砂法首先要將鋁合金表面清理干凈，如油脂、灰塵等，然后對鋁合金進(jìn)行噴砂處理。一般情況下，鋁合金鑄件在經(jīng)過噴砂后，在應(yīng)用時膠接耐久性會更強(qiáng)。（2）機(jī)械打磨法，是指應(yīng)用鋼絲刷等表面粗糙的物質(zhì)對鋁合金壓鑄件的表面進(jìn)行打磨。打磨方法同噴砂法類似，首先要將鋁合金表面的油污等清理干凈然后再進(jìn)行打磨。但是機(jī)械打磨法也存在弊端，在進(jìn)行機(jī)械打磨處理后，鋁合金的表面會殘留一些碎屑，對材料的膠接產(chǎn)生不利影響并對材料造成傷害。但目前機(jī)械打磨應(yīng)用較廣，是鋁合金表面處理的常用方式。

2.2化學(xué)鍍法

化學(xué)鍍是利用合適的還原劑使溶液中金屬離子有選擇地在經(jīng)催化劑活化的表面上還原析出金屬鍍層的一種化學(xué)處理方法。不需要電源是化學(xué)鍍的特點(diǎn)，化學(xué)鍍不存在電力線分布不均勻的影響，具有孔隙率低以及鍍層致密的優(yōu)點(diǎn)，因此在金屬以及非金屬的表面改性中被廣泛應(yīng)用。周海飛等在鑄鋁表面制備了Ni-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層，并研究了鍍液中硫酸高鈰對硬度、鍍液穩(wěn)定性及鍍層復(fù)合量的影響，測定了復(fù)合鍍液中硫酸高鈰添加前后制備的Ni-P-金剛石復(fù)合鍍層的耐磨性及耐蝕性，并與Ni-P合金鍍層進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，硫酸高鈰能促進(jìn)金剛石微粒進(jìn)入鍍層，隨硫酸高鈰含量增加鍍液穩(wěn)定性大幅提高后趨于平穩(wěn)，NiP-金剛石復(fù)合鍍層比Ni-P合金鍍層有更高的耐磨性，添加2mg/L硫酸高鈰后耐磨性明顯提高，相比于Ni-P合金鍍層，復(fù)合鍍層耐蝕性較差，添加硫酸高鈰后耐蝕性有所提高。郭瑞光等使用脫氧/除斑劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氫氟酸、硝酸酸洗出光工藝對壓鑄鋁合金進(jìn)行表面處理，將簡化工藝和傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示，采用由除油、脫氧/除斑劑除灰活化、鈍化處理組成的新工藝不僅能在壓鑄鋁合金表面獲得均勻的彩色轉(zhuǎn)化膜層，而且消除了傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，新工藝環(huán)保節(jié)能，可通過鹽霧試驗(yàn)，有望在壓鑄鋁合金表面處理中得到廣泛應(yīng)用。

2.3激光熔覆法激光復(fù)合表面改性技術(shù)以其明顯的優(yōu)勢己經(jīng)成為近年的研究熱點(diǎn)之一，化學(xué)鍍復(fù)合表面改性技術(shù)與激光技術(shù)，同時發(fā)揮了化學(xué)復(fù)合鍍和激光熔凝技術(shù)各自的優(yōu)勢。激光熔覆技術(shù)具有效率高、時間短及能量高等特性，并且其燒結(jié)制品晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)致密，而晶粒的大小是影響陶瓷材料性能最重要的因素之一。所以激光燒結(jié)陶瓷材料一直被認(rèn)為是控制陶瓷晶粒一種有潛質(zhì)的方法。周陳菊等用7kW橫流CO2激光器在ZL101鋁合金表面激光熔覆高硅涂層。得出在優(yōu)化工藝參數(shù)下制備出的激光熔覆高硅涂層無氣孔和裂紋、組織致密，激光熔覆層中存在大量初晶Si、共晶組織和a-Al樹枝晶?；w結(jié)合區(qū)與涂層處顯現(xiàn)典型的外延生長特征，形成了良好的冶金結(jié)合。熔覆層橫截面有150～320HV的硬度，是基體的2～3倍，基體的耐磨性能也顯著提高。高雪松等利用高頻感應(yīng)輔助激光熔覆技術(shù)在鎳基高溫合金基體上制備了Al2O3-13%TiO2陶瓷層及NiCoCrAl-Y2O3黏結(jié)層。通過X-射線衍射儀、掃描電鏡及能譜儀分析了涂層的微觀結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)在高頻感應(yīng)輔助激光的作用下，新結(jié)層與基體、陶瓷層與新結(jié)層之間的界面均展現(xiàn)了良好的結(jié)合性能，界面擴(kuò)散現(xiàn)象明顯。陶瓷層在激光的作用下形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得陶瓷材料中的Al2O3與TiO2均勻分布，不同材料聚集所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力減少了，同時對涂層進(jìn)行了熱震試驗(yàn)。結(jié)果表明，利用高頻感應(yīng)輔助激光熔覆技術(shù)制備的Al2O3-13%TiO2陶瓷層具有良好的抗熱震性能，適合在高溫環(huán)境工作。楊理京等采用大功率連續(xù)橫流CO2激光對化學(xué)復(fù)合鍍Ni-Al-納米Al2O3復(fù)合鍍層進(jìn)行激光熔凝處理，并對熔凝層的抗高溫氧化性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，基體和鍍層氧化表面形貌裂紋明顯，涂層大塊剝落。激光熔凝鍍層表面形成了致密的氧化膜，使涂層的抗高溫氧化性能得到極大的提高。

2.4對鋁合金表面處理后的環(huán)境污染處理

鋁合金表面處理后所產(chǎn)生的環(huán)境污染也是鋁合金表面處理后續(xù)的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，我國傳統(tǒng)的處理方法是通過化學(xué)手段控制PH值，去除各類化學(xué)分子、化學(xué)離子等，操作簡單，容易上手。但由于近些年來各種新型的表面處理方式不斷被研究出來，技術(shù)進(jìn)步的同時也帶了新的環(huán)境問題，在使用了新興的各種化學(xué)處理方法后，隨即產(chǎn)生了高濃度的鎳離子、氟離子等有害物質(zhì)，因此有必要對環(huán)境加以重視。首先要轉(zhuǎn)變思想，著眼于現(xiàn)代的處理新思路，大力引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，減少化學(xué)藥品在環(huán)境污染處理上的使用，吸收國內(nèi)外處理經(jīng)驗(yàn)，合理制定各道工序，盡量做到環(huán)境污染處理后的廢物再利用，避免不必要的環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)損失。

3結(jié)語

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，鋁合金材料作為重要的金屬材料在生產(chǎn)、生活中越來越重要，在各種不同領(lǐng)域都占有重要地位，我國對鋁合金的研究技術(shù)也在不斷增強(qiáng)，對鑄造鋁合金表面的處理方法也朝著多樣化、清潔化的方向邁進(jìn)，做到技術(shù)與環(huán)境的和諧發(fā)展

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（作者單位：天津達(dá)祥精密工業(yè)有限公司）