壓鑄鋁鈍化及陽極氧化處理研究

李 勉，李 亮，魏觀祥，葉江濤

（常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇 常州213025）

近年來隨著國家對(duì)環(huán)保問題的逐步重視以及環(huán)保政策的不斷出臺(tái)，各地政府均加大了環(huán)保檢測(cè)力度，對(duì)造成污染的企業(yè)提出更嚴(yán)格的要求。表面處理相關(guān)企業(yè)屬于污染型企業(yè)也是治理的重要對(duì)象，在這種情況下與我司配合的外協(xié)表面處理廠常有間歇性停工，已經(jīng)影響到公司產(chǎn)能，環(huán)保型表面處理方式的研究探索已經(jīng)迫在眉睫。

本文主要介紹壓鑄鋁的鈍化工藝的性能以及對(duì)壓鑄鋁陽極氧化工藝的應(yīng)用可行性探索。

1 鈍化

鋁合金通過與不同鈍化劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的方式在鋁合金表面形成一層薄且致密的膜層，這個(gè)過程通常被稱為鈍化，產(chǎn)生的膜層通常被稱為鈍化膜。鈍化在各種鋁制品表面處理中應(yīng)用非常廣泛，鈍化膜比自然氧化膜厚度大50～100 倍，與陽極氧化和微弧氧化相比，具有對(duì)鋁材疲勞性能小、操作簡(jiǎn)單、不需要電能、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、成膜速度快、鈍化膜附著性良好等優(yōu)點(diǎn)，并能提高鋁合金的耐腐蝕性和涂層附著力，可單獨(dú)用作防護(hù)層或作為涂裝底層[1]。

傳統(tǒng)的化學(xué)氧化處理是基于六價(jià)鉻的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜工藝，六價(jià)鉻鈍化膜耐腐蝕性能好，且膜層具有自修復(fù)性，當(dāng)膜的表面出現(xiàn)損傷時(shí)，膜層表面上的六價(jià)鉻離子會(huì)流向裂紋處對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，防止鋁合金的局部腐蝕[2]。

六價(jià)鉻鈍化膜性能好，但因六價(jià)鉻具有較強(qiáng)的毒性，目前國際上主流市場(chǎng)均對(duì)其采取了嚴(yán)格的管控措施，這意味著六價(jià)鉻鈍化處理技術(shù)正面臨著被淘汰的命運(yùn)。三價(jià)鉻的毒性只有六價(jià)鉻的1%，三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜復(fù)合RoHS 法規(guī)，而且廢水易于處理，是一種替代六價(jià)鉻鈍化技術(shù)的最具有前途的鈍化工藝之一[3-6]。

2 陽極氧化

鋁是比較活潑的金屬，標(biāo)準(zhǔn)電位為-1.66 V，在空氣中能自然形成一層厚度為0.01 ～0.1 μm 的氧化膜，這層氧化膜是非晶態(tài)的，薄而多孔，耐蝕性差。但是，若將鋁及其合金置于適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，以鋁制品為陽極，在外加電流的作用下，其表面會(huì)生成氧化膜，這種方法稱為陽極氧化。通過選用不同類型、不同濃度的電解液，以及控制氧化時(shí)的工藝條件，可以獲得具有不同性質(zhì)、厚度為幾十至幾百微米的陽極氧化膜，其耐蝕性、耐磨性和裝飾性等都有明顯改善和提高[7]。

3 工藝流程

不同鈍化劑鈍化的工藝主體流程大體相同，但在各個(gè)表面處理廠或因?yàn)楣ぜ牟煌枨髸?huì)有個(gè)別工序的調(diào)整或增加。

3.1 鈍化工藝流程

鈍化的工藝主要包括5 個(gè)步驟：脫脂（除油）、水洗、鈍化、水洗、干燥。

3.2 陽極氧化的工藝流程

陽極氧化的工藝流程主要包括以下步驟：脫脂（除油）、水洗、堿蝕、水洗、化學(xué)拋光、水洗、中和、水洗、陽極氧化、水洗、著色、水洗、封孔、水洗、干燥。

4 樣件處理及性能檢測(cè)

此處選擇了我司壓鑄機(jī)箱面板結(jié)構(gòu)（本文所述壓鑄鋁均為采用ADC12 牌號(hào)壓鑄鋁合金）作為樣件，并將選擇的面板結(jié)構(gòu)分成兩組并分別對(duì)兩組面板結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了鈍化（三價(jià)鉻鈍化、以下所述鈍化均為三價(jià)鉻鈍化）工藝處理和陽極氧化工藝處理。表面處理結(jié)束后對(duì)面板結(jié)構(gòu)的表面性能進(jìn)行了測(cè)試，并取其中測(cè)試結(jié)果有代表性的圖片展示在本文中（圖1、圖2）。

圖1 鈍化后樣件

圖2 陽極氧化后樣件

4.1 膜層厚度測(cè)量

在樣件經(jīng)過鈍化或陽極氧化處理并烘干后使用膜層測(cè)厚儀對(duì)膜層厚度進(jìn)行了測(cè)量（圖3、圖4）。測(cè)量經(jīng)過鈍化處理的膜層厚度其厚度均在7.2 μm 上下浮動(dòng)，且浮動(dòng)值不大。經(jīng)過陽極氧化處理的膜層厚度其厚度均在13.5 μm 上下浮動(dòng)，且浮動(dòng)值不大。

4.2 膜層導(dǎo)電性測(cè)試

使用萬用表對(duì)膜層導(dǎo)電性進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)量可得知經(jīng)過鈍化處理的樣件對(duì)角可導(dǎo)通且阻值均在0.5 Ω 以下，可斷定為經(jīng)鈍化處理獲得的鈍化膜是具有導(dǎo)電性的。陽極氧化處理過的樣件在測(cè)量時(shí)各樣件均未導(dǎo)通，可斷定為經(jīng)陽極氧化處理獲得的氧化膜是不導(dǎo)電的（圖5）。

圖5 鈍化樣件阻值測(cè)量

4.3 膜層耐蝕性測(cè)試

使用鹽霧試驗(yàn)箱對(duì)膜層耐蝕性進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過96 h 的中性鹽霧測(cè)試試驗(yàn)后所有樣件均表現(xiàn)良好未發(fā)現(xiàn)有銹蝕的現(xiàn)象（圖6、圖7）。

圖6 鈍化后樣件鹽霧試驗(yàn)效果圖

圖7 鈍化后樣件鹽霧試驗(yàn)效果圖

4.4 氣候模擬測(cè)試

使用氣候模擬試驗(yàn)箱對(duì)樣件進(jìn)行了氣候模擬試驗(yàn)。設(shè)定的氣候模擬條件為：高溫85 ℃，保溫時(shí)長(zhǎng)16 h。低溫-40 ℃并附加30%濕度，保溫時(shí)長(zhǎng)16 h。試驗(yàn)結(jié)束后所有樣件均無明顯異常（圖8、圖9）。

圖8 氣候模擬試驗(yàn)參數(shù)圖

圖9 樣件進(jìn)行氣候模擬試驗(yàn)

4.5 附著力測(cè)試

對(duì)鈍化后的部分樣件進(jìn)行了氟碳漆噴涂處理，并對(duì)漆層附著力進(jìn)行了百格測(cè)試（圖10），經(jīng)過觀察測(cè)試后無漆層掉落，附著力較鈍化前表現(xiàn)優(yōu)異，達(dá)到了《G/BT9286-1998 色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》0級(jí)要求：切割邊緣完全平滑，無一格脫落。

圖10 樣件進(jìn)行百格測(cè)試

5 其他

在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)部分經(jīng)過陽極氧化處理的樣件氧化膜異常，膜層結(jié)構(gòu)不夠致密甚至個(gè)別樣件用手指去摸樣件表面，會(huì)有黑色物質(zhì)粘在手指上（圖11）。

圖11 陽極氧化膜發(fā)黑

6 結(jié)束語

通過三價(jià)鉻鈍化工藝獲得的鈍化膜厚范圍為5～8 μm，膜層阻值均在0.5 Ω 以下，表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。所有樣件經(jīng)96 h 中性鹽霧試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)有明顯的腐蝕現(xiàn)象，表面三價(jià)鉻鈍化膜的耐腐蝕較強(qiáng)，符合常規(guī)工業(yè)產(chǎn)品要求。經(jīng)16 h 高溫85 ℃、16 h 低溫-40 ℃并附加30%的濕度，總時(shí)長(zhǎng)為168 h 的氣候模擬試驗(yàn)后所有樣件無異常，表面了膜層擁有較好的耐候性。另經(jīng)過百格測(cè)試證明了膜層具有優(yōu)異的附著力。但陽極氧化技術(shù)在壓鑄鋁中應(yīng)用仍存在問題，不能實(shí)現(xiàn)與鋁型材一樣的處理效果。目前市面上流通的各種智能手機(jī)的鋁合金殼體均采用CNC 加工，這樣加工成本高、周期長(zhǎng)而之所以沒有采用更有優(yōu)勢(shì)的壓鑄生產(chǎn)方式就是因?yàn)樵诠に嚿蠜]能解決壓鑄鋁陽極氧化的問題。隨著新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，表面處理技術(shù)飛速發(fā)展，相信壓鑄鋁陽極氧化的問題定會(huì)得到解決。