鑄造鋁合金表面處理方法的研究進展(1)

趙建琦

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們越來越重視鋁合金的生產(chǎn)以及其表面處理方式，鋁合金在船舶、化學(xué)工業(yè)、機械制造等方面都是重要的有色金屬材料。通常情況下，潮濕的環(huán)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(chǎn)生一定影響。本文基于保護環(huán)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(shù)提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金;表面;處理方法

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(chǎn)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(xué)氧化與陽極氧化兩種。化學(xué)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(zhì)地柔軟而不耐磨等特點，化學(xué)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(fù)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(fā)生陽極氧化現(xiàn)象后，也會反應(yīng)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(zhì)和金屬化合物。

2鋁合金表面處理方法

2.1物理方法

物理方法是指僅對鋁合金表面進行處理而不傷害其他結(jié)構(gòu)，一般會使用到的物理方法是用相同細(xì)度的砂紙等材料打磨或是用符合標(biāo)準(zhǔn)的清洗材料對鋁合金壓鑄件的表面進行擦洗等等。（1）噴砂法，是指選用不同粒度的氧化鋁或二氧化硅等材料對鋁合金表面進行噴砂處理，以達(dá)到提高鋁合金使用效果的目的。噴砂法首先要將鋁合金表面清理干凈，如油脂、灰塵等，然后對鋁合金進行噴砂處理。一般情況下，鋁合金鑄件在經(jīng)過噴砂后，在應(yīng)用時膠接耐久性會更強。（2）機械打磨法，是指應(yīng)用鋼絲刷等表面粗糙的物質(zhì)對鋁合金壓鑄件的表面進行打磨。打磨方法同噴砂法類似，首先要將鋁合金表面的油污等清理干凈然后再進行打磨。但是機械打磨法也存在弊端，在進行機械打磨處理后，鋁合金的表面會殘留一些碎屑，對材料的膠接產(chǎn)生不利影響并對材料造成傷害。但目前機械打磨應(yīng)用較廣，是鋁合金表面處理的常用方式。

2.2化學(xué)鍍法

化學(xué)鍍是利用合適的還原劑使溶液中金屬離子有選擇地在經(jīng)催化劑活化的表面上還原析出金屬鍍層的一種化學(xué)處理方法。不需要電源是化學(xué)鍍的特點，化學(xué)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(yōu)點，因此在金屬以及非金屬的表面改性中被廣泛應(yīng)用。周海飛等在鑄鋁表面制備了Ni-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層，并研究了鍍液中硫酸高鈰對硬度、鍍液穩(wěn)定性及鍍層復(fù)合量的影響，測定了復(fù)合鍍液中硫酸高鈰添加前后制備的Ni-P-金剛石復(fù)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(jié)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(wěn)定性大幅提高后趨于平穩(wěn)，NiP-金剛石復(fù)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(fù)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(tǒng)工藝進行了對比。結(jié)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(zhuǎn)化膜層，而且消除了傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，新工藝環(huán)保節(jié)能，可通過鹽霧試驗，有望在壓鑄鋁合金表面處理中得到廣泛應(yīng)用。

2.3激光熔覆法激光復(fù)合表面改性技術(shù)以其明顯的優(yōu)勢己經(jīng)成為近年的研究熱點之一，化學(xué)鍍復(fù)合表面改性技術(shù)與激光技術(shù)，同時發(fā)揮了化學(xué)復(fù)合鍍和激光熔凝技術(shù)各自的優(yōu)勢。激光熔覆技術(shù)具有效率高、時間短及能量高等特性，并且其燒結(jié)制品晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)致密，而晶粒的大小是影響陶瓷材料性能最重要的因素之一。所以激光燒結(jié)陶瓷材料一直被認(rèn)為是控制陶瓷晶粒一種有潛質(zhì)的方法。周陳菊等用7kW橫流CO2激光器在ZL101鋁合金表面激光熔覆高硅涂層。得出在優(yōu)化工藝參數(shù)下制備出的激光熔覆高硅涂層無氣孔和裂紋、組織致密，激光熔覆層中存在大量初晶Si、共晶組織和a-Al樹枝晶。基體結(jié)合區(qū)與涂層處顯現(xiàn)典型的外延生長特征，形成了良好的冶金結(jié)合。熔覆層橫截面有150～320HV的硬度，是基體的2～3倍，基體的耐磨性能也顯著提高。高雪松等利用高頻感應(yīng)輔助激光熔覆技術(shù)在鎳基高溫合金基體上制備了Al2O3-13%TiO2陶瓷層及NiCoCrAl-Y2O3黏結(jié)層。通過X-射線衍射儀、掃描電鏡及能譜儀分析了涂層的微觀結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)在高頻感應(yīng)輔助激光的作用下，新結(jié)層與基體、陶瓷層與新結(jié)層之間的界面均展現(xiàn)了良好的結(jié)合性能，界面擴散現(xiàn)象明顯。陶瓷層在激光的作用下形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得陶瓷材料中的Al2O3與TiO2均勻分布，不同材料聚集所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力減少了，同時對涂層進行了熱震試驗。結(jié)果表明，利用高頻感應(yīng)輔助激光熔覆技術(shù)制備的Al2O3-13%TiO2陶瓷層具有良好的抗熱震性能，適合在高溫環(huán)境工作。楊理京等采用大功率連續(xù)橫流CO2激光對化學(xué)復(fù)合鍍Ni-Al-納米Al2O3復(fù)合鍍層進行激光熔凝處理，并對熔凝層的抗高溫氧化性能進行研究。結(jié)果表明，基體和鍍層氧化表面形貌裂紋明顯，涂層大塊剝落。激光熔凝鍍層表面形成了致密的氧化膜，使涂層的抗高溫氧化性能得到極大的提高。

2.4對鋁合金表面處理后的環(huán)境污染處理

鋁合金表面處理后所產(chǎn)生的環(huán)境污染也是鋁合金表面處理后續(xù)的一項重要環(huán)節(jié)，我國傳統(tǒng)的處理方法是通過化學(xué)手段控制PH值，去除各類化學(xué)分子、化學(xué)離子等，操作簡單，容易上手。但由于近些年來各種新型的表面處理方式不斷被研究出來，技術(shù)進步的同時也帶了新的環(huán)境問題，在使用了新興的各種化學(xué)處理方法后，隨即產(chǎn)生了高濃度的鎳離子、氟離子等有害物質(zhì)，因此有必要對環(huán)境加以重視。首先要轉(zhuǎn)變思想，著眼于現(xiàn)代的處理新思路，大力引進新技術(shù)、新設(shè)備，減少化學(xué)藥品在環(huán)境污染處理上的使用，吸收國內(nèi)外處理經(jīng)驗，合理制定各道工序，盡量做到環(huán)境污染處理后的廢物再利用，避免不必要的環(huán)境污染與經(jīng)濟損失。

3結(jié)語

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，鋁合金材料作為重要的金屬材料在生產(chǎn)、生活中越來越重要，在各種不同領(lǐng)域都占有重要地位，我國對鋁合金的研究技術(shù)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(shù)與環(huán)境的和諧發(fā)展

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（作者單位：天津達(dá)祥精密工業(yè)有限公司）