鋁及鋁合金表面處理技術

王宏偉

摘要：鋁是一種密度小、強度大、耐腐蝕性較好的材料，導熱以及導電性能都要優于其他金屬。工業生產中，它具有易于加工成型以及表面裝飾性優良等諸多優點，因此在電子通信、航空航天以及工業制造領域得到了廣泛的應用。在純鋁中加入其他合金元素所制成的鋁合金的物理性能要優于純鋁，本文簡述了鋁及鋁合金表面處理技術的新發展，詳細分析了工業生產領域幾種應用范圍較廣的處理方法，希望對相關工作的推進落實有所啟示。

關鍵詞：鋁；鋁合金；表面處理技術

鋁是化學元素周期表中位于第三周期的主族元素，結構為面心立方晶格，塑性較高，具有良好的延展性，因此可被用于各種形式的機械加工。鋁元素的化學性質相對活潑，標準電極電位較低，在干燥的空氣中鋁表面會形成厚度約為1—3nm的氧化膜，該氧化膜結構疏松、耐磨性較差、機械強度較低，因此需對其表面進行處理，以達到增強其防護效果的目的。常規處理手段中的氧化、電鍍以及外加涂層等方法均能夠達到相對理想的處理效果。

一、氧化處理技術

1、陽極氧化

陽極氧化又被稱為“電解氧化”，這是一種應用較為廣泛的生產方式。電解池中，鋁以及鋁合金為陽極，通電后在鋁表面能夠生成氧化膜，主要成分為AI2O3。由此而得到的氧化膜具有較強的穩定性，能夠對鋁及鋁合金起到較好的保護作用。經陽極氧化所產生的保護膜具有如下特點：阻擋層硬度大、耐磨性以及抗腐蝕性較好、絕緣性能好、化學穩定性較高。實踐證明，該氧化膜可以被用作涂裝的底膜，而且其孔隙較多，可以根據需要進行染色以及著色處理，以達到增加材料裝飾性能的效果。當前，這類氧化技術在實踐應用中也暴露出了諸多問題，其中首當其沖的便是鉻酸鹽系氧化劑對環境所造成的污染。

陽極氧化實踐中，有關人員已經注意到了利用特定金屬離子的特性能夠達到優化鋁及鋁合金性能的效果。【1】目前鎳離子、鈦離子在這方面的應用已經進入了實踐階段。

2、化學氧化

化學氧化指的是依靠化學手段、在特定條件下使清潔的鋁或鋁合金與氧化液中的氫發生反應，最終形成一層致密的氧化膜。這種涂覆方法實際操作中可以選擇多種氧化液，為了便于區分，我們通常將氧化液分為兩類，即堿性溶液與酸性溶液。反應后形成的氧化膜主要包括氧化物膜、磷酸鹽膜以及鉻酸鹽膜等類型。化學氧化后得到的氧化膜厚度在0.5—4μm左右，其耐磨性較差，耐腐蝕性更低于陽極氧化所形成的氧化膜。所以實際生產中很少會對其進行單獨使用，當然該類型的氧化膜也并不是毫無優點，它具有較強的物理吸附能力，正因為如此針對鋁及鋁合金所進行的化學氧化才會被應用到涂漆的底層。化學氧化處理后，基體與涂層的結合力能夠得到顯著提高，最終鋁型材的抗腐蝕能力也能夠得到提升。

二、稀土轉化膜處理技術

當前，在相關技術不斷發展完善的影響下，稀土在材料科學領域中的應用正在逐漸深入。相關技術人員已在開始嘗試將稀土應用于鋁合金表面防腐技術之上，有關專家指出：NACI溶液中所含有的少量CeCI3具有降低7050鋁合金腐蝕速度的效果。隨著相關研究的逐步推進，這方面的研究已經取得了可喜的結論。據此開發出的稀土鋁鈍化技術具有清潔、高效、無污染的特質，這類技術因其防腐效果好的特點已經得到了相關工業生產領域的廣泛關注。具體來說，稀土轉化膜處理技術主要包括三大類：①成膜促進劑化學法；②化學法與電化學相結合的工藝；③稀土bohmite層工藝。應用成膜促進劑化學法的過程中加入H2O2等強氧化劑可以降低溶液在處理時的溫度，并極大減少完成工藝所需要的時間。結合實際行業發展前景分析，含有低溫短時成膜效果的強氧化劑的化學法是未來相關領域研究的主要方向。與之相比較來說，②中的化學法與電化學相結合的工藝涉及到的步驟卻非常復雜，處理時需確保溶液處于鼎沸狀態。這在一定程度上增加了該工藝的實操難度，限制了該處理工藝的進一步推廣應用。③中所提到的方法也存在處理時溶液溫度較高的缺陷，因此需對其進行完善之后才能夠進一步推廣應用。

稀土轉化膜處理技術應用的工藝不同，其膜的形成機理也會在一定程度上存在差異。其氧化膜尚無公認的耐蝕機理，整體工藝、技術也需要進一步研究、完善。但它無毒、無污染的特點還是得到了人們的廣泛關注，相信若能夠攻克相關技術難題，這類技術的應用范圍將進一步擴大。再者，與西方國家相比我國稀土資源的儲量十分豐富，這一現狀為這類技術的推廣應用打下了堅實的基礎。【2】

三、金屬涂層處理技術

金屬涂層也可以給予鋁及其合金制品相應的保護作用，實際生產中，金屬涂層主要通過電鍍、化學鍍以及熱噴涂的方法獲得。以下對這三類技術進行了分析：

1、電鍍工藝技術

電鍍能夠使陰極沉積生產中需要對其進行加工的金屬元素，經沉積后的鋁及鋁合金能夠在表面形成結構緊密、牢固的鍍層。通常情況下，應用電鍍工藝技術主要是為了提高鋁及鋁合金表面的硬度以及耐磨性，其表面的導電性以及反光率也能夠得到提高。當然，這一技術在改善鋁及合金裝飾性方面的作用我們也需要重視并進一步推廣應用。基于鋁及合金的化學和物理特性分析，在電鍍之前還需要對需要加工的基材進行特殊處理，常規處理程序主要包括機械處理、通過有機溶液或進行化學除油、堿侵蝕、出光等內容。

2、化學鍍工藝技術

化學鍍又被稱為“無電解鍍鎳”。實際操作中，依靠含有還原劑以及金屬鹽的溶液中的自催化化學反應便能夠使鋁及合金表面形成金屬鍍層。這是一種較為新型的鍍層成膜技術，目前這類技術應用范圍最廣的便是化學鍍Ni—P的合金的生產，應用的理論為原子氫——電化學聯合理論。該工藝所使用的還原劑中含有次亞磷酸鹽，它能夠將水溶液中的鎳離子催化還原為金屬鎳，并使其沉積到構件表面。待鍍層達到所需厚度之后只需要將構件取出便能夠快速停止反應，操作相對簡便。實際操作中，次磷酸鹽也會被還原，經沉積作用之后會到達構件表面，所以最終形成的鍍層為鎳磷二元合金。化學鍍所造成的污染較低、操作較為簡便，已經成為應用最為理想的鋁及合金表面改性技術。

3、粉末噴涂工藝技術

該技術應用的是高壓靜電電暈電廠原理。噴槍頭上的金屬噴杯以及極針會被接上高壓負極電流，而噴涂對象在接地之后便會形成正極，如此噴槍以及工件之間便能夠形成一個完整的靜電電場，從而滿足后續處理需要。實際操作中，依靠靜電力以及運載氣體所產生的推動力的雙重作用便能夠使粉末涂料均勻地飛向構件表面，進而形成厚薄均勻的粉層。之后需對粉層進行加熱固化處理，便能夠形成耐用的涂膜，最終滿足后續的加工需求。

隨著相關技術的不斷發展，有關人員在粉末噴涂工藝技術的基礎上研究出了熱轉印技術。在該技術的作用下，鋁及鋁合金表面能夠得到各種需要的圖形以及色彩。

總結

隨著我國現代工業的不斷發展，人們的生活水平有了顯著提高，人們的思想觀念也在發生著變化。現如今生產生活的變化對鋁及鋁合金材料的生產制作提出了更為嚴苛的要求，只有不斷革新工業、技術才能夠提高相關行業的產值。為了在市場競爭中處于不敗之地，我們更需要迎合時代發展的大趨勢，積極尋找新的生產工藝，不斷降低企業的生產成本，減少對自然環境的污染。本文筆者結合個人實際經驗對此類問題進行了總結，旨在對相關工作的落實有所幫助。

參考文獻：

[1]陳婷.淺談常見金屬及其合金表面處理技術的應用現狀[J].科技展望，2015，25（27）：66.

[2]張高會，黃國青，徐鵬，于明洲.鋁及鋁合金表面處理研究進展[J].中國計量學院學報，2010，21（02）：174-178.