郭文燕

（山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司電路制造分公司，山西 太原 030024）

鋁是地球上蘊(yùn)藏量最豐富的金屬元素，約占地殼總重量的8.0%，同時也是有色金屬里使用最為廣泛的金屬，具有密度小、強(qiáng)度大、耐腐蝕性好、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能高、優(yōu)良的表面裝飾性能。鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.66V，而鋁的抗腐蝕能力主要?dú)w功于鋁暴露在空氣中時金屬外部自我形成一層保護(hù)膜，不過這層保護(hù)膜呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)過于酥松，導(dǎo)致鋁的硬度變差，耐磨性變差。為了處理這些不良條件，要在鋁的表面進(jìn)行一定的處理，一般的處理方法有表面鑲鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化處理[1]。其中對于鋁合金的陽極氧化處理也會在上述關(guān)于鋁合金的處理方式中最成功的一種，由陽極氧化得到的膜層比化學(xué)氧化膜硬，耐蝕性、耐熱性、絕緣性及吸附能力更好，因而應(yīng)用范圍較廣。常溫的封閉處理方法最早由西方發(fā)明，但是因為存在問題導(dǎo)致工藝的穩(wěn)定性受到極大影響[2]。

隨著中溫處理的應(yīng)用，鋁材的工業(yè)性也得到了穩(wěn)定，中溫封閉是指溫度介于高溫?zé)岱忾]和常溫冷封閉之間的一種封閉方法。最常用的是重鉻酸鹽封閉處理和鎳鹽封閉處理。傳統(tǒng)的鎳鹽封閉處理容易在加工中出現(xiàn)暗紋花斑，因此會影響材料質(zhì)量。

1 鋁合金電化學(xué)氧化鎳鹽封閉處理方法設(shè)計

1.1 鎳鹽封閉前處理

在鋁材的生產(chǎn)過程當(dāng)中，易存在瑕疵，而瑕疵將會影響鋁合金生產(chǎn)質(zhì)量，要在鋁材進(jìn)行封閉處理之前進(jìn)行前處理。前處理主要為機(jī)械處理和化學(xué)處理兩種，機(jī)械處理包括拋光、滾光、磨砂等[3]。主要是處理鋁材表面的缺陷。而化學(xué)處理為除油和堿蝕處理，除油主要是去除鋁材上面的油污，而堿蝕處理能夠消除在鋁合金表面形成的一些金屬化合物，進(jìn)而加快鋁合金陽極氧化處理的效率，并使得氧化膜層的連續(xù)性得到了提高[4]。堿蝕的反應(yīng)公式如下。

反應(yīng)式（1）表現(xiàn)堿蝕對于鋁型材料上的氧化膜、臟污、油漬膜、污染物的反應(yīng)。而反應(yīng)式（2），表現(xiàn)堿蝕對于那些鋁材上的臟污和氧化膜的侵蝕，并且消除劃傷，壓痕等鋁材表面的缺陷，使鋁材表面更加光滑平整。而反應(yīng)式（3），對于鋁型材料的堿蝕反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生大量的偏鋁酸鈉，而偏鋁酸鈉又轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁同時生產(chǎn)沉淀，在表面沉積成硬鋁石，使得鋁材質(zhì)量提高。

1.2 復(fù)合陽極氧化

鋁的陽極氧化是在酸中進(jìn)行的，因此鋁的氧化膜形成過程及其溶解過程是相互對立而又密切相關(guān)。本文使用的氧化方法為采取硫酸進(jìn)行陽極氧化，在進(jìn)行陽極氧化時，只有氧化膜（AL2O3）的生成速度大于溶解速度時，氧化膜才能形成，并且保持一定的厚度。其中陽極氧化工藝為：電解質(zhì)成分硫酸(wt%)10%-30%，鋁離子成分小于20g/L，溫度在10-20℃左右，電流密度為0.6～3 A / dm2，槽液電壓為10-20V。電解液通電后在電流的作用下發(fā)生水解，在陰極上放出氫氣，即（5）

一部分新生(原子)氧與陽極鋁反應(yīng)，生成無水氧化鋁膜，即（6）

隨著氧化過程的不斷進(jìn)行，溶液的溫度將會持續(xù)升高，因為在氧化膜的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生放熱反應(yīng)。而溶液溫度過高將會導(dǎo)致氧化電壓偏高，出現(xiàn)電擊上，并且容易出現(xiàn)色品有色斑的缺點(diǎn)，因為溫度過高，導(dǎo)致氧化膜過快溶解，導(dǎo)致氧化膜的耐磨性以及耐蝕性下降。溫度過低，氧化膜層透明度降低，著色性能差，脆性增強(qiáng)，易開裂。而在陽極氧化的過程中，單一氧化材料的效果不佳，而采取更多材料進(jìn)行陽極氧化，也就是使用復(fù)合陽極氧化。本文研究中采取的是添加有機(jī)物進(jìn)行復(fù)合陽極氧化，PETT具有良好的自潤滑性，利用PETT的復(fù)合膜，可有效提高成品的耐腐蝕性，因此，在鋁的復(fù)合陽極氧化中添加PETT復(fù)合膜，可以提高氧化膜的潤滑性與硬度。PTFE 顆粒在經(jīng)過表面活性劑處理后帶上負(fù)電荷，并在外加電場的作用下向陽極移動，與陽極的鋁表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后吸附在復(fù)合膜上[5]。

1.3 完成封閉處理

鎳鹽溶液工藝：Ni2+溶液的濃度不低于0.8g/L，不高于1.3g/L，溶液的濃度不高于0.3g/L，F(xiàn)-不高于0.6g/L，PH值要把控在5.5-6.5左右不可過高或過低，在25攝氏度封閉十至十五分鐘。氟化鎳封閉機(jī)理是F-進(jìn)入多孔層后，在孔表面吸附，使氧化膜孔具備導(dǎo)電性，便于后續(xù)加工，使Ni2+在孔中與OH-結(jié)合生成沉淀，通過沉淀自然將孔封閉。加工過程中，由于溫度高于80℃時鋁材氧化產(chǎn)生鋁礬土，其化學(xué)式為Al2O3·3H2O，此鎳鹽的封閉主要是憑借陽極氧化膜中的氧化鋁經(jīng)過反應(yīng)并且轉(zhuǎn)換成氫氧化鋁，當(dāng)氫氧化鋁生產(chǎn)后，與A1 F3和共同封孔。而著色槽液pH值是影響硼酸和有機(jī)酸的重要因素，它們也是穩(wěn)定劑的主要成分，會對著色溶液起到緩沖作用。而PH值低的時候，著色的速度會降低。如pH＜2.5 時，氫離子幾乎完全取代鎳離子還原析出，而使型材不能著色；當(dāng)PH值過高時，著色深，不過PH值的過高將會有綠色的氫氧化鎳沉淀產(chǎn)生，容易出現(xiàn)暗紋花斑，經(jīng)過研究，PH值在4.0到4.5時著色效果最好。當(dāng)槽液pH過低時，要及時開啟精制設(shè)備，利用陰離子交換器提高pH；當(dāng)槽液pH值過高時，要加入穩(wěn)定劑調(diào)整。至此鋁材的鎳鹽封閉處理完成。

2 實(shí)驗論證分析

傳統(tǒng)鎳鹽封閉處理，因金屬鋁離子與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，而導(dǎo)致封閉處理后的鋁合金上出現(xiàn)暗紋花斑，本文對鎳鹽封閉的前處理和陽極氧化過程中進(jìn)行改良，為保證可靠性，通過實(shí)驗測試改良后和傳統(tǒng)方法中，不同的加工時間段里，溶液中鋁離子進(jìn)行測試和實(shí)驗。實(shí)驗中使用的鋁合金為6061鋁合金，相關(guān)溶劑為：硫酸、植酸、表面活性劑、硫酸銅、氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、蒸餾水。實(shí)驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 實(shí)驗論證結(jié)果曲線

圖1 所示，在加工過程中，傳統(tǒng)方法的鋁離子過程中一直處于較高水平，容易在鎳鹽封閉過程中產(chǎn)生暗紋花斑，而本文改善的方法中，因改善了溶液的比例和工藝要求，鋁離子在不同加工時間中均低于傳統(tǒng)方法，可有效避免暗紋花斑的生成，保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，優(yōu)勢明顯，尤其在加工過程中出現(xiàn)溫度不足時，仍然能夠相對傳統(tǒng)方法保證鎳鹽封閉，結(jié)合取樣分析和實(shí)驗論證中產(chǎn)品的質(zhì)量情況，出現(xiàn)暗紋花斑的情況較傳統(tǒng)的鎳鹽封閉處理大大改善。

3 結(jié)束語

本文對傳統(tǒng)的鋁合金鎳鹽封閉處理進(jìn)行了改良，對于鋁材的前處理的方法和工藝流程，陽極氧化的改進(jìn)，以及進(jìn)行封閉處理時的溶劑和具體流程進(jìn)行改良來使鎳鹽封閉處理時溶劑中出現(xiàn)的鋁離子含量降低，有效的避免了使用傳統(tǒng)鎳鹽封閉處理方法下出現(xiàn)暗紋花斑，影響最后成品質(zhì)量的問題，本文的方法極具有效性，希望本文的研究能夠為鋁合金電化學(xué)氧化鎳鹽封閉處理的方法提供理論依據(jù)。