鋁及鋁合金工件導電氧化工藝研究

李文革 張力 潘林豐 王世偉

摘 要：鋁及鋁合金工件經導電氧化工藝后所獲的氧化膜具有導電性能，且能顯著提高鋁及鋁合金的耐蝕能力。氧化膜還具有有較好的吸附能力，可以作為油漆的良好底層，可以有效地提高零件的耐蝕性。這些特有的性能，使鋁及鋁合金導電氧化工藝在航空工業、電氣和電子工業、機械制造工業和輕工業取得了廣泛的應用。本文詳細介紹了鋁及鋁合金的導電氧化工藝的特點、應用范圍、參數、工藝要點等知識。

關鍵詞：鋁及鋁合金；前處理；導電氧化；參數

鋁及鋁合金工件經導電氧化工藝后所獲的氧化膜具有導電性能，且耐腐蝕。氧化膜還具有較好的吸附能力，可以作為油漆的良好底層，可以有效地提高零件的耐蝕性。

鋁及鋁合金的導電氧化工藝一般為：前處理→裝掛→堿洗 → 熱水清洗 → 冷水清洗 → 出光 → 兩道冷水清洗 → 氧化成膜 → 兩道冷水清洗 → 去離子水清洗 →干燥

1前處理

鋁在空氣中極不穩定，易生成氧化膜。由于鋁制品零件一般通過鑄造成型，或是由延壓板材直接剪切成型，或是機械精細加工成型，或是經其他工藝成型，隨后還需要經熱處理或焊接等工序處理。經上述不同的加工工藝，工件表面會留下不同狀態、不同程度的污物或痕跡，在前處理工序中必須根據工件表面的實際情況選擇前處理的工藝方法。

1.1除油

鋁及鋁合金在進行導電氧化前，必須清除零件表面上的油污，以保證生成導電氧化膜的完整性和質量。除油常用的方法有：有機溶劑除油、化學除油、電化學除油、擦拭除油等。

有機溶劑除油中常用的有機溶劑有：汽油、煤油、苯類等。油污不太嚴重的可采取在溶劑中短時間浸泡；油污嚴重的應采取用棉紗蘸溶劑揩擦，或用鬃刷刷洗。操作中要注意安全，用后剩余溶劑要妥善保管好。

有機溶劑除油因為不安全和污染等原因，使用越來越少，現在鋁及鋁合金件的除油大部分采用超聲波清洗的方法去除油污。

超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。配合清洗劑的使用，可以加速污物的分離和溶解，可以有效防止清洗液對工件的腐蝕。

1.2 機械精細加工工件前處理

鋁及鋁合金精細加工工件在前處理工序中需要注意的問題：精細加工工件雖然表面的自然氧化膜才初生成、較易清除，但油膩重，特別是孔眼內及其周圍（因機加工過程中潤滑需要而添加的），這類工件必須先經有機溶劑清洗或超聲波清洗，若直接用堿洗不但油膩重難以除凈，且精細加工表面承受不了長時間的強堿腐蝕，結果還會影響到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最終成為廢品。

1.3 鑄造成型工件的前處理

鋁及鋁合金鑄造成型工件在前處理工序中需要注意的問題： 鋁及鋁合金鑄造成型工件并非所有表面都經過機械加工的，未經機加工的表面留有澆鑄過程中形成的過厚氧化層，有的還夾有砂層，一般情況下，機加工或噴砂方法先除去這一部位的原始氧化膜，或是經堿洗后再加工，只有這樣才能既除凈未加工部位的原始氧化層，又避免機加工部位公差尺寸的改變。

特別值的推薦的是壓鑄鋁合金制件的前處理可采用噴丸工藝。噴丸是以磨液泵和壓縮空氣為動力，以磨液為介質，對工件進行噴射加工。經噴丸處理的壓鑄鋁合金制件，表面無氧化皮、黑斑等缺陷，呈一致的有光澤的銀白色，非常美觀。對表面壓鑄質量較好的可采用直接噴丸方法，對表面質量差的可在噴砂完后增加噴丸工序。

1.4經過熱處理或焊接工藝的鋁及鋁合金工件

經過熱處理或焊接工藝的鋁及鋁合金工件在前處理工序中需要注意的問題：按工藝要求，工件轉入熱處理或焊接工序之前需經有機溶劑清洗或超聲波清洗，除凈表面油污，但目前有時會接到未按工藝要求進行操作的工件，這時工件表面形成一層油污燒結的焦化物，這層焦化物在有機溶劑中難以除凈，若浸泡在堿液中會引起局部腐蝕，產生麻點或造成凹凸不平，嚴重影響產品質量。筆者用濃硝酸浸泡的方法來松軟這層焦化物，待焦化物松軟后在堿液中稍加清洗即能徹底除凈。

2裝掛

2.1裝掛、綁扎用的材料宜選用鋁線，禁用銅線和鍍鋅鐵線，可用退去鋅層的鐵線。

2.2稍大件的單件裝掛為好，盡可能裝掛在離零件邊沿最近的孔眼中，以減少對工件表面的影響。

2.3不同種工件不宜同裝掛、綁扎于一串中，因不同成分（牌號）的鋁材氧化處理時間是有所區別的。

2.4注意所裝掛的工件懸空時的方向，要避免凹入部位因朝下而產生窩氣。

3堿洗

堿洗時進一步去除工件表面的贓物，徹底去除鋁表面的自然氧化膜，以顯露出純凈的金屬基體。堿洗具有一定的去油效果，但堿洗時若工件上油污較多，可能會造成氧化后發花現象。鑄鋁等含硅含量高的零件一般不建議進行堿洗工序。

氫氧化鈉 ：50g/L～70g/L，溫度：50℃～70℃，時間：0.5 min～2min

堿洗時間視工件表面均勻、無污物為止。

4循環水沖洗

堿洗后的沖洗最好先用熱水沖洗完后再用冷水清洗，有利于洗凈工件表面上的堿性物質。有盲孔、狹縫的工件要加強對該部位的沖洗，并甩凈其中的殘留溶液。

5出光

硝酸： 200ml/L～300ml/L，溫度：室溫，時間：視黑膜退凈為止。

若處理鑄造鋁合金工件還應在此配方的基礎上添加50ml/L氫氟酸，以加速除去堿洗時粘附在工件表面的不溶物。

6循環水洗

兩遍水洗，洗凈殘存酸液

7氧化成膜

溶液配方及工作條件：鉻酐4g/L～5g/L，氟化鈉1 g/L～1.2g/L，鐵氰化鉀0.5 g/L～0.7g/L，溫度30℃～35℃，時間25s～30s。

經堿洗出光后的零件要立即轉入氧化工序，以防因工件在大氣中擱置過久而又生成自然氧化膜而影響氧化層的質量。再度浸泡在清水中雖優于曝露在大氣中，但也不宜浸泡過久。

氧化過程中溶液的溫度是至關重要的工藝條件，溶液溫度過高，成膜速度加快，氧化膜容易出現粉化；溶液溫度過低，成膜速度緩慢，所生成的膜色調偏淡，附著力差。

同一型號鋁材為求得表面基本一致的色彩，應在同一溶液溫度下處理同樣時間。在一定的范圍內溫度與時間成反比，即溶液溫度越高，所需時間越短，反之所需時間越長。

鋁材純度越高導電氧化的質量越高，雜質越多，特別是硅含量越高，氧化膜的光澤色彩質量越差。

為了獲得均勻的氧化膜色彩，小件氧化時可在溶液中多晃動，大件可采取攪拌溶液或靜處理（不攪拌溶液、不晃動工件），以防工件的邊緣部位與溶液的交換機會比工件的中心部位增多而產生不均勻的氧化膜色彩。

8循環水沖洗

對于有盲孔、狹縫的工件要加強對這些部位的沖洗，并甩凈里面的殘留溶液，以防氧化溶液流出來氧化面受破壞。

工件經循環水沖洗后宜自檢質量，如發現有缺陷的可在堿液中退除，出光后重新氧化。

9干燥

干燥方法以自然晾干為好，經熱水沖洗過的工件斜掛于架子上，讓工作表面的游離水以垂直方向向下流。流至下端角邊的水珠用毛巾吸去，按此法晾干的膜層色彩不受干擾，顯得自然。也可采用烘箱或烘臺進行烘烤加速老化，溫度60℃～70℃，時間30 min～60min。

鋁及鋁合金導電氧化是一項很有應用前景的工藝，該工藝操作簡便，生產成本低廉，所獲膜層除特有的導電性能之外，還可用于工件的防護與裝飾，色彩比鋅層彩色鈍化膜雅致，具有較淺且均勻的細紋彩虹，是具有推廣價值而尚未被廣泛認識的涂覆工藝。

參考文獻：

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