鑄造鋁合金表面處理方法的研究進展

杜云龍

摘要：通常情況下，潮濕的環境會加速鋁的腐蝕，這不僅使鋁的表面變得粗糙，也會對鋁的使用產生一定影響。本文基于保護環境、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提供借鑒與參考。

關鍵詞：鋁合金;表面;處理方法

鑄造鋁合金有許多優點，如相對密度低、比強度高、彈性高、易成型及價格低等，越來越多的應用到建材、汽車、船舶、航天及電子等領域[1]。但是鑄鋁一般硅含量較高，在其表面容易生成不均勻的氧化膜，由于銅和硅元素的加入，使鑄鋁合金零件的耐蝕性明顯降低。另外，其表面容易磨損，裝飾性和耐臟性差，不能長久保持表面光澤，使其表面處理增加了難度。

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氧化與陽極氧化兩種。化學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，質地柔軟而不耐磨等特點，化學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生陽極氧化現象后，也會反應出一些氧化物。此外，鋁合金陽極氧化膜中還有一些元素如金屬物質和金屬化合物。

2提高鑄造鋁合金表面耐蝕性的方法

2.1陽極氧化法

鑄造鋁合金陽極氧化法，是一種氧化膜的生長與溶解的動態平衡過程，陽極氧化時要盡量促使氧化膜的生長大于表面膜層的溶解。影響氧化膜的生長有許多因素，如除油方式、拋光液的選擇、攪拌速度、電流密度、電解液溫度及雜質離子等都會對氧化膜產生較大影響，需要在實驗中不斷嘗試，找到各自及相互的影響規律，才能確保氧化膜層的質量。國內外的研究者主要從電解液濃度、電流密度、溫度及氧化時間等方面進行了大量的研究，有利于減少氧化膜的燒損，并使氧化膜易于生成。常用的鑄鋁合金主要是Al-Si基鑄鋁合金和Al-Mg基鑄鋁合金。Al-Si合金中Si的質量分數為4%～22%，是鑄造鋁合金中品種最多、產量最大、用途最廣的一類合金。硫酸陽極氧化工藝是較為常見的工藝方法，通常在化學拋光工藝中，Al-Si合金由于硅存在的緣故，難于被氧化，它以單質的形式鑲嵌在陽極氧化膜內，對氧化膜的生成不利，使硅組織容易偏析，導致表面出現“掛灰”現象。李珍芳對ZL102鋁合金進行硫酸陽極氧化，得出前處理對鑄造鋁合金陽極氧化膜的質量有較大影響，改進前處理后消除了“掛灰”現象，氧化膜的厚度增加了，耐蝕性也得到了明顯的提高。SUN等利用陽極氧化與稀土沉積相結合的方法對A356鋁合金進行了研究。實驗結果表明，制備的氧化膜對A356鋁合金基體有極好的保護作用。隨著鋁鎂制品工業的不斷發展，人們開始探討各種方法，使其達到使用要求。硬質陽極氧化法就是其中一種最為常用的表面處理方法，該法用于A1-Mg系鑄造鋁合金的報道較多。由于Al-Mg系鑄造鋁合金鎂含量較高，會使生成的Mg2O3等產物嚴重影響氧化膜的質量，顧林等對ZL301鋁合金在4種不同的電解液中進行硬質陽極氧化，得出利用脈沖電源進行陽極氧化能夠提高氧化膜硬度和成膜速度，改善了表面耐蝕性。張金濤等在LY12鋁合金表面制備了陽極氧化膜，在封閉的過程中加入了稀土鹽硝酸鈰。研究表明，Ce離子的存在有效抑制了鋁合金基體腐蝕的發生與發展，使其具有好的長效耐蝕性。

2.2微弧氧化法

微弧氧化技術（MAO）是將陽極氧化工作區從法拉地區引入到高壓放電區，利用微區弧光放電的瞬間高溫，在Al、Mg、Ti和Nd等有色金屬表面氧化生成陶瓷質氧化膜，以改善金屬表面的耐蝕性能。電源的輸出電壓通常為0～600V。在微弧氧化過程中材料表面具有較高的電壓并通過較大的電解電流，使膜層界面處產生了局部熱量，因此要用相配的熱交換制冷設備，確保電解液及時降溫冷卻。一般微弧氧化的陰極選用不溶性金屬材料。近些年，微弧氧化法具有高效、環保、無污染等優點，符合科技不斷發展的要求，而且在變形鋁合金力的使用取得了顯著的成功，但在工藝參數、成膜機理及電解液等研究方面還處在起步階段。LU和WEI等認為整個微弧氧化系統就像一個串聯電路，隨著時間推移，溶液的電阻變大、電導率下降，以至于減小了分配到陽極上的電壓，甚至無法擊穿膜層;溶液中向鋁合金滲入的路徑變長，且活性氧元素隨時間增長不斷減少，這些都會造成膜層生長速度減慢。GUO等對Al-13Si-5Cu進行微弧氧化。結果表明，微弧氧化后Al-13Si-5Cu合金的阻抗值和腐蝕電位都提高了，大大的改善了合金的耐蝕性;王平等研究了電流密度對ZL108鋁合金微弧氧化膜性能的影響，結論是隨著電流密度的增加氧化膜的硬度和厚度都有所增加，達到一定值時，再增加電流密度會使氧化膜變得多孔并出現裂紋。

2.3化學鍍法

化學鍍是利用合適的還原劑使溶液中金屬離子有選擇地在經催化劑活化的表面上還原析出金屬鍍層的一種化學處理方法。不需要電源是化學鍍的特點，化學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點，因此在金屬以及非金屬的表面改性中被廣泛應用。周海飛等在鑄鋁表面制備了Ni-P-金剛石化學復合鍍層，并研究了鍍液中硫酸高鈰對硬度、鍍液穩定性及鍍層復合量的影響，測定了復合鍍液中硫酸高鈰添加前后制備的Ni-P-金剛石復合鍍層的耐磨性及耐蝕性，并與Ni-P合金鍍層進行了比較。結果顯示，硫酸高鈰能促進金剛石微粒進入鍍層，隨硫酸高鈰含量增加鍍液穩定性大幅提高后趨于平穩，NiP-金剛石復合鍍層比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/除斑劑代替傳統的氫氟酸、硝酸酸洗出光工藝對壓鑄鋁合金進行表面處理，將簡化工藝和傳統工藝進行了對比。結果顯示，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化膜層。

3結術語

隨著我國工業的不斷發展，鋁合金材料作為重要的金屬材料在生產、生活中越來越重要，在各種不同領域都占有重要地位，我國對鋁合金的研究技術也在不斷增強，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，做到技術與環境的和諧發展

參考文獻：

[1]劉定福.壓鑄鋁合金件光亮導電膜化學氧化[J].電鍍與環保，2014，24（1）：33-34.

[2]彭靚，錢翰城.壓鑄鋁合金表面化學轉化膜技術[J].表面技術，2012，31（1）：42-44.

[3]葛圣松，楊玉香，邵謙.鑄鋁表面無鉻黑色轉化膜的形貌及耐蝕性[J].腐蝕科學與防護技術，2016，18（3）：228-230.

（作者單位：天津新偉祥工業有限公司）