淺談鋁合金電化學氧化鎳鹽封閉處理

郭文燕

（山西大眾電子信息產業(yè)集團有限公司電路制造分公司，山西 太原 030024）

鋁是地球上蘊藏量最豐富的金屬元素，約占地殼總重量的8.0%，同時也是有色金屬里使用最為廣泛的金屬，具有密度小、強度大、耐腐蝕性好、導電和導熱性能高、優(yōu)良的表面裝飾性能。鋁的標準電極電位為-1.66V，而鋁的抗腐蝕能力主要歸功于鋁暴露在空氣中時金屬外部自我形成一層保護膜，不過這層保護膜呈現出的結構過于酥松，導致鋁的硬度變差，耐磨性變差。為了處理這些不良條件，要在鋁的表面進行一定的處理，一般的處理方法有表面鑲鍍、化學轉化膜、陽極氧化處理[1]。其中對于鋁合金的陽極氧化處理也會在上述關于鋁合金的處理方式中最成功的一種，由陽極氧化得到的膜層比化學氧化膜硬，耐蝕性、耐熱性、絕緣性及吸附能力更好，因而應用范圍較廣。常溫的封閉處理方法最早由西方發(fā)明，但是因為存在問題導致工藝的穩(wěn)定性受到極大影響[2]。

隨著中溫處理的應用，鋁材的工業(yè)性也得到了穩(wěn)定，中溫封閉是指溫度介于高溫熱封閉和常溫冷封閉之間的一種封閉方法。最常用的是重鉻酸鹽封閉處理和鎳鹽封閉處理。傳統(tǒng)的鎳鹽封閉處理容易在加工中出現暗紋花斑，因此會影響材料質量。

1 鋁合金電化學氧化鎳鹽封閉處理方法設計

1.1 鎳鹽封閉前處理

在鋁材的生產過程當中，易存在瑕疵，而瑕疵將會影響鋁合金生產質量，要在鋁材進行封閉處理之前進行前處理。前處理主要為機械處理和化學處理兩種，機械處理包括拋光、滾光、磨砂等[3]。主要是處理鋁材表面的缺陷。而化學處理為除油和堿蝕處理，除油主要是去除鋁材上面的油污，而堿蝕處理能夠消除在鋁合金表面形成的一些金屬化合物，進而加快鋁合金陽極氧化處理的效率，并使得氧化膜層的連續(xù)性得到了提高[4]。堿蝕的反應公式如下。

反應式（1）表現堿蝕對于鋁型材料上的氧化膜、臟污、油漬膜、污染物的反應。而反應式（2），表現堿蝕對于那些鋁材上的臟污和氧化膜的侵蝕，并且消除劃傷，壓痕等鋁材表面的缺陷，使鋁材表面更加光滑平整。而反應式（3），對于鋁型材料的堿蝕反應的發(fā)生，產生大量的偏鋁酸鈉，而偏鋁酸鈉又轉化為氫氧化鋁同時生產沉淀，在表面沉積成硬鋁石，使得鋁材質量提高。

1.2 復合陽極氧化

鋁的陽極氧化是在酸中進行的，因此鋁的氧化膜形成過程及其溶解過程是相互對立而又密切相關。本文使用的氧化方法為采取硫酸進行陽極氧化，在進行陽極氧化時，只有氧化膜（AL2O3）的生成速度大于溶解速度時，氧化膜才能形成，并且保持一定的厚度。其中陽極氧化工藝為：電解質成分硫酸(wt%)10%-30%，鋁離子成分小于20g/L，溫度在10-20℃左右，電流密度為0.6～3 A / dm2，槽液電壓為10-20V。電解液通電后在電流的作用下發(fā)生水解，在陰極上放出氫氣，即（5）

一部分新生(原子)氧與陽極鋁反應，生成無水氧化鋁膜，即（6）

隨著氧化過程的不斷進行，溶液的溫度將會持續(xù)升高，因為在氧化膜的生產過程中產生放熱反應。而溶液溫度過高將會導致氧化電壓偏高，出現電擊上，并且容易出現色品有色斑的缺點，因為溫度過高，導致氧化膜過快溶解，導致氧化膜的耐磨性以及耐蝕性下降。溫度過低，氧化膜層透明度降低，著色性能差，脆性增強，易開裂。而在陽極氧化的過程中，單一氧化材料的效果不佳，而采取更多材料進行陽極氧化，也就是使用復合陽極氧化。本文研究中采取的是添加有機物進行復合陽極氧化，PETT具有良好的自潤滑性，利用PETT的復合膜，可有效提高成品的耐腐蝕性，因此，在鋁的復合陽極氧化中添加PETT復合膜，可以提高氧化膜的潤滑性與硬度。PTFE 顆粒在經過表面活性劑處理后帶上負電荷，并在外加電場的作用下向陽極移動，與陽極的鋁表面發(fā)生化學反應后吸附在復合膜上[5]。

1.3 完成封閉處理

鎳鹽溶液工藝：Ni2+溶液的濃度不低于0.8g/L，不高于1.3g/L，溶液的濃度不高于0.3g/L，F-不高于0.6g/L，PH值要把控在5.5-6.5左右不可過高或過低，在25攝氏度封閉十至十五分鐘。氟化鎳封閉機理是F-進入多孔層后，在孔表面吸附，使氧化膜孔具備導電性，便于后續(xù)加工，使Ni2+在孔中與OH-結合生成沉淀，通過沉淀自然將孔封閉。加工過程中，由于溫度高于80℃時鋁材氧化產生鋁礬土，其化學式為Al2O3·3H2O，此鎳鹽的封閉主要是憑借陽極氧化膜中的氧化鋁經過反應并且轉換成氫氧化鋁，當氫氧化鋁生產后，與A1 F3和共同封孔。而著色槽液pH值是影響硼酸和有機酸的重要因素，它們也是穩(wěn)定劑的主要成分，會對著色溶液起到緩沖作用。而PH值低的時候，著色的速度會降低。如pH＜2.5 時，氫離子幾乎完全取代鎳離子還原析出，而使型材不能著色；當PH值過高時，著色深，不過PH值的過高將會有綠色的氫氧化鎳沉淀產生，容易出現暗紋花斑，經過研究，PH值在4.0到4.5時著色效果最好。當槽液pH過低時，要及時開啟精制設備，利用陰離子交換器提高pH；當槽液pH值過高時，要加入穩(wěn)定劑調整。至此鋁材的鎳鹽封閉處理完成。

2 實驗論證分析

傳統(tǒng)鎳鹽封閉處理，因金屬鋁離子與空氣中的氧氣發(fā)生反應，而導致封閉處理后的鋁合金上出現暗紋花斑，本文對鎳鹽封閉的前處理和陽極氧化過程中進行改良，為保證可靠性，通過實驗測試改良后和傳統(tǒng)方法中，不同的加工時間段里，溶液中鋁離子進行測試和實驗。實驗中使用的鋁合金為6061鋁合金，相關溶劑為：硫酸、植酸、表面活性劑、硫酸銅、氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、蒸餾水。實驗結果如圖1所示。

圖1 實驗論證結果曲線

圖1 所示，在加工過程中，傳統(tǒng)方法的鋁離子過程中一直處于較高水平，容易在鎳鹽封閉過程中產生暗紋花斑，而本文改善的方法中，因改善了溶液的比例和工藝要求，鋁離子在不同加工時間中均低于傳統(tǒng)方法，可有效避免暗紋花斑的生成，保證產品的加工質量，優(yōu)勢明顯，尤其在加工過程中出現溫度不足時，仍然能夠相對傳統(tǒng)方法保證鎳鹽封閉，結合取樣分析和實驗論證中產品的質量情況，出現暗紋花斑的情況較傳統(tǒng)的鎳鹽封閉處理大大改善。

3 結束語

本文對傳統(tǒng)的鋁合金鎳鹽封閉處理進行了改良，對于鋁材的前處理的方法和工藝流程，陽極氧化的改進，以及進行封閉處理時的溶劑和具體流程進行改良來使鎳鹽封閉處理時溶劑中出現的鋁離子含量降低，有效的避免了使用傳統(tǒng)鎳鹽封閉處理方法下出現暗紋花斑，影響最后成品質量的問題，本文的方法極具有效性，希望本文的研究能夠為鋁合金電化學氧化鎳鹽封閉處理的方法提供理論依據。