铝合金硫酸阳极氧化工艺研究

铝合金硫酸阳极氧化工艺研究

高阁

新乡航空工业（集团）有限公司 453000

摘要：经济的发展、科学技术水平的提升，铝合金在生活和工业中应用愈加广泛，为有效提高铝合金阳极氧化工艺水平，需要重视新工艺的研究，降低工艺成本的同时，减少能源消耗，满足多样化的阳极氧化膜需求。本文从铝合金阳极氧化技术出发，对铝合金硫酸阳极氧化工艺进行深入分析，旨在为改善膜层质量，提高工艺效能提供参考依据。

关键词：铝合金；硫酸阳极；氧化工艺

引言：对于铝合金来说，具有密度小、易成型、机械强度高等优势，能够有效的应用于各行各业。航空航天领域中，为有效增强铝合金的耐腐蚀性，需要加强铝合金的表面处理能力。硫酸阳极氧化是较为常见的铝合金表面处理方式，由于阳极氧化铝薄膜力学性能高且具有吸附性能强的特点，对行业发展具有积极的作用，有利于提高工艺水平。

1铝合金阳极氧化技术

1.1铬酸溶液阳极氧化

一般来说，与硫酸氧化膜相比，铝合金铬酸氧化膜相对较薄，仅有2～5μm，颜色由灰白色一直到深灰色，无法染色，能够有效保持零件的精准程度，表面粗糙度较好。整体膜层较软、有较好的弹性，因此，疲劳强度能够维持较好的水平。但同时，铬酸溶液阳极氧化膜的耐磨性较低。铬酸氧化膜具有较高的致密性，总体呈现树状、分支性，氧化完成后无须进行封闭处理，便能立即使用，能够有效的与涂层相融合。当厚度相同时，耐腐蚀性高于未封闭时的硫酸氧化膜。由于铬酸对铜溶解性较强，因此当铜质量分数高于3%的铝合金时无法采用铬酸阳极氧化的方式。该种阳极氧化在溶液成本、电能消耗等方面投入资金较多，容易引发环境污染问题，若采取环保措施，相关工艺成本也随之升高。所以，在实际的使用中局限性也较强^[1]。

1.2硼酸-硫酸溶液阳极氧化

对于硼酸-硫酸阳极氧化膜来说，不仅拥有铬酸阳极氧化膜的优点，同时还具有较强的遮盖性、槽液浓度低且处理方便、快捷，有效节约资源，保护环境。是一种环保型表面处理方法。硼酸-硫酸阳极氧化膜层薄且应力小，不易产生裂纹，弹性高且致密性良好。

1.3草酸溶液阳极氧化

铝合金草酸阳极氧化膜在7～20μm左右，日本、德国等国家应用较多。草酸溶解铝合金的时间长，能力弱，因此得到的膜层厚、硬度高且耐腐蚀性能好。拥有较为完美的绝缘性和防护性。草酸阳极氧化工艺容易发生电击穿问题造成烧蚀问题，因此合格率相对较低，加之溶液对氯离子较为敏感，因此需要的电压和能耗也较高，生产成本要高于硫酸阳极氧化成本。除此之外，草酸阴极容易被还原为羟基乙酸，阳极氧化为二氧化碳，所以导致整体的电解稳定性能较低。草酸氧化膜的颜色会因工艺条件的改变而发生改变，由此而产生色差。

1.4磷酸溶液阳极氧化

铝合金磷酸阳极氧化方法初期在美国波音公司应用较多。磷酸阳极氧化工艺主要是一种弱酸性阳极处理方式，相较于铬酸、硫酸阳极氧化，磷酸氧化环保性能好、成本低且工艺参数容易获得等优势。铝合金磷酸阳极氧化所形成的膜层孔径较大，有利于功能材料的填充。但磷酸阳极氧化的氧化膜厚度较低，通常情况下仅有几微米。

2铝合金硫酸阳极氧化工艺处理分析

2.1前处理工艺

铝合金硫酸阳极氧化处理工艺中采用前处理工艺的主要目的在于能够有效清除表面的氧化膜和油污，确保表面清洁、平整，是得到高质量氧化膜的基础。在进行前处理工艺的选择过程中，需要综合考量零件的实际加工、合金成分以及产品品质要求，确保材料在使用过程中温度、时间能够得到有效的把控。一般来说，铝合金氧化的前处理工艺主要有脱脂除油、碱蚀以及水洗等环节。上述环节中较为重要的是碱蚀步骤，该步骤能够有效除去铝合金表面的氧化物和污染物质，达到良好的清洁效果，从而提高活化水平。严格把控碱蚀过程中的温度和时间，避免因温度过低而造成铝金属表面腐蚀不均匀问题，而温度过高则容易造成铝金属表面出现过度腐蚀问题。槽液表面的油污需要及时进行清除，定期进行检查，保持表面的长期清洁性。前处理工艺的有效应用，有利于提高氧化膜的厚度和耐腐蚀性。水洗环节则能够有效降低杂质离子的残留率，确保工件表面清洁、干净，保证氧化膜质量，防止杂质对槽液造成污染。

2.2阳极氧化工艺

铝合金在电解液与特定工艺下与电流相互作用，形成铝制品氧化膜的过程，称为铝合金阳极氧化。从而可以得出，阳极氧化工艺对阳极氧化膜的主要影响在于电解液和添加剂。硫酸阳极氧化工艺成本低、工艺稳定且操作方便快捷，能够有效的应用在日常工作中，但同时，槽液组成相对单一且浓度较高，因此对膜层的整体溶解度相对较大，需要保证整个工作环境处于低温、能耗高的条件下。铬酸阳极氧化工艺膜层薄、对环境有较大的损害。铬酸阳极氧化致密性好、孔隙率较低，阳极氧化后零件的尺寸未发生明显改变，因而对材料的疲劳强度不会造成破坏和影响。由于膜层拥有较高的电绝缘性，能够有效避免铝与其他金属发生电偶腐蚀。在实际的操作过程中，发现硫酸-硼酸的阳极氧化膜层性能较高、吸附能力强且易上色，具有较强的遮盖能力，对提高零件的精度、降低表面粗糙度等方面都具有积极的意义

^[2]。

2.3膜层封闭处理

当前，常用的膜层封闭处理方式主要包括热水、蒸气、无机盐以及重铬酸盐等。上述方式尽管应用较为广泛，但都存在毒性高、能耗大以及效率低等问题，成膜质量相对不高。所以，无污染、工艺稳定且能耗低的绿色封闭工艺的研发成为重点内容，应用价值、应用前景巨大。对于绿色封闭工艺来说，主要包括微波封孔、无镍中温封孔、双向脉冲封闭以及稀土盐封孔。在实际应用中，浸酸质量损失法对磁场与铝阳极氧化膜形成和封闭处理进行了深入研究，得出磁场能够最大程度增加膜薄，有效减少氧化膜和氧化膜之间的空隙，进而提升氧化膜在常温封闭状态下和水解盐封闭的封孔程度，有利于优化氧化膜的封闭质量和水平。除此之外，加载直流电压是一种较为科学的铝合金阳极氧化膜封闭方式，通过实践表明，加载直流电压能够实现闭合多孔层微孔，确保阳极氧化膜缺陷得到充分的填充，提高填充率。有效降低阻挡层中的缺陷率，进一步提升阻挡层的厚度，该种方式的耐腐蚀性能和重铬酸钾封闭效果较好，并高于沸水封闭处理方式。

结论：总而言之，阳极氧化处理技术作为飞机铝合金零件生产中重要的表面处理工艺，在现代化发展中应用也愈加广泛。随着生活质量和经济水平的提升，人们的环保意识逐渐增强，铝合金在各行各业中具有广泛的用途。所以，对铝合金的阳极工艺质量和水平有较高的要求，功能也更加多样。在实际的生产过程中，需要重视阳极氧化膜性能的分析，明确影响因素，优化、完善工艺流程的同时逐步提升阳极氧化膜的性能。保障产品质量，为提升经济效益和社会效益奠定基础。

参考文献：

[1]李帅孝,宋万成,邓振宇,等.某筒形铝合金零件硫酸阳极氧化后印痕分析及研究[J].中国设备工程,2020(S2):65-67.

[2]熊俊良.铝合金硫酸阳极氧化膜斑点故障的原因分析[J].电镀与涂饰,2020,39(17):1187-1189.