铝型材常温封孔技术及维护管理.pdf

2 0 0 1 ． V o 1 ． 2 4 ．№5 衰面处理 ‘ 锅加工 铝型材常温封孔技术及维护管理 颜 建 辉刘 棉 平林 立 杰 【 摘要l从铝型材的封孔机理出发，说明了封孔槽液中的Ni 堆度、F 一 浓度、p H值、温度以及杂质等因素对铝材 封孔 质量的影响 。并提出了在实际生 产中槽液维护和管理的具体措施 ，对提高型材质 量、碛步虚奉和提高 经济效 益有 一定的意 义。 关键词 封 孔机理影响 因素维护措施 Th e Te c h no l o g y An d M a i n t e n a n c e o f Al u mi nu m p r o f i l e s No r ma l Te mp e r a t u r e Ho l e Se a l i n g Ya h J i a n h u i L I u J i n p i n g L l n Li j i e A l t r a ct； Th i s p a p er i n t r o du ce s t h e ho l e s ea l i ng p r ] n c i p o l e of t h e al um i ni ur n p r o f i l e and s t at e s t h e m ai n f a ct o r s of t he DH “ al ue， t he de ns i t y o f t he N 1 2 and F一 ， t h e t em p e 任 t e a nd t he i nc l us i on w h i c h a f f c c t t h e qua l i t y of ho l e s e a l i ng Th e l as t p ar t of t h i s p a p epo i nt s o ut I h e m c a s ur e s on ho w t o mai nt ai n a nd m a na ge t h e t r o ug h l i qu i d t o de ‘ cr e a 5 e t he c o s t s and i m pr o ve t he qu a l i t y and e c on om i c ef f i c i e nc y- Ke ywo r d s t heh ol e s e a [ i n gp r i n c i p l e；e f f e c t l ngf a c t o r s；ma i ntai ni ngme a s uy e s 引 言 铝型材经阳极氧化和着色处理后 ，其铝基表面 是一层极薄的多孔性阳极氧化膜 ，其吸附性强 、抗 腐蚀能力和耐磨性差，只有经过封孔处理后 ，才能 达到以下 目的 1 降低吸附性，提高耐腐蚀性和 电绝缘性 ； 2 提高膜表面抗污染的能力 ； 3 提 高着色膜的色牢度 、耐光性和耐候性。所以封孔是 决定铝型材质量的一个重要因素。 1常温封 孔 的机 理 镍氟体系常温封孔 也称冷封孔的机理是 1 氟离子促进 氧化膜的水化反应 } 2 氟离子 与无定形氧化铝反应生成络合物 ，同时放出氢氧根 离子 ，使膜 L 内p H值升高 } 3 氧化膜 内的镍离 子水解 ，生成氢氧化物沉淀析出 。其主要化学反应 如 下 AJ s 1 2 F 一 3 H￡ o 一 2 Al F B 6 OH A1 F 3 - AJ z oj 3 H 2 o Al 3 oH， 3 OH Ni 2 OH一 一 Ni OH 2 以上这些溶解和沉积反应 ，其反应物 填塞物 质主要是水台Ni O Hl 、A l O H3 、AI F 3 混 合物 ，还有AI O O H Al 2 0 3 它是F一 与氧化膜 反应生成的Al 。 产生水台AJ H2 o。 ，当其离子 浓度达 到一定值 时 ，离 子阊发生缔和 、水解和浓 缩 ，最 后转化为稳 定相的AI OO H At 2 O3 物质 。可 见，F 一 对常温封孔起 了很重要的促进作用。 阳极氧化冷封孔后，封孔物质主要集中在氧化膜的 外层 5 ～ 跏 m的 区域 。 椭 圭 学 舡 舟 院 “ 正 西 2 常 温 封 孔 工艺 因 素 对 型 材 质 量 性 j1 日 期 t 2o0l一 0 一 28 1⋯ ，J L 币 一 王 1 1 l 35 维普资讯 铝加 T， 衰 面处理 2 0 0 1 ，Vo I ． 2 4 ，№5 的 影 响 2 l 镍氟含量失衡是封孔度差的主要因素 常温封孔新开槽时 的封孔度 一般都能达到要 求 ，但生产一段时间后封孔质量有所下降 ，生产中 F 一 与氧 化膜 反应被 消耗 掉 ，还与槽 液 中Ca 、 Mg 、AI 。 络台沉淀也被消耗 掉。所 以F 一 消耗要 比Ni 2 快，处理相同面积后分析表明 ，氟离子消耗 要比镍离子消耗高出2 7 左右 J 如果配槽和补充 采 用 同一封 孔 荆 ，Ni 和F 一 失 调那 是必然 的事 实。为此 ，建议配槽和补充采用两种含量不同的封 孔剂 。槽液工艺参数Nj 2 取1 ． 0 ～l 2 g ／ L，F 一 取0 ． 3 ～O 8 g ／ L。Ni ”浓度过高 ，增大了Nj 的消耗 ， 同时铝材带出的N j 的数量也多 ，浪 费大且成本也 高 ；过低 ，则封孔度不足 。F 一 过高时 ，导致镍沉 积过快，析 出物过多，严重时引起挂灰}过低，则 难以保证封孔质量。当分析镍离子浓度足够而氟离 于浓度偏低时也可单独舔加氟化物。有时为了得到 无色封孔膜 ，封孔槽常常加入c 。 ，其浓度为N j ” 的l ／ 5 ～l ／ 2 O 。 2 ． 2 杂质的积 累是导致封孔液老化失效的主要原 因 配封孔槽液要 用去离子水 ，用 自来水会导致 C a ”、Mg 多消耗F 一 。清洗水脏 ，操作马虎，前 道次的水洗不彻底 ，将硫酸带人槽 内，都会导致硫 酸根离 子数量增加且搐液p H值下降。为此 ，必须 用 氨 水来 调 节p H值 ，于 是S O． 、NH． 不断 积 累。无 论哪 一种 封孔剂 当S O． 、大 于4 g ／ L，NH． 大 于 1 ． 5 g ／ L 时 ，封 孔 度将 大大 降 低 ，甚 至 失效 而 无法调整 。同时其它杂质允许的范围规定如下 不 溶 性 悬 浮 物 小 于 3 ，Na 和 K 要 小 于 0 ． 3 g ／ L， AI 要小于 0 ． 2 5 g ／ L ，P O 4 3 - 要 小于 6 mg ／ L [ j ] 。 2 3 封 孔液的p H值和温度是影响封孔质量的主要 因素 p H值要求控制在5 ． 5 ～6 ． 5 范 围内最佳 。p H值 大于6 6 ，Ni 会 自行水解沉淀 ，槽渣浑浊，损失 封孔剂 的有 效 成分 ；如p H值 小于5 ． 5，则呈弱酸 性 ，F 一 的作用不足 以引发镍的沉积 ，起不到封孔 效果 。一般在封孔槽初配时溶液的p H值均在这范 围内 。随着生产 的进行 ，由于F 一 的作 用，OH一 不 断的产生 ，溶液的p H值有 上升的趋 势 ，需要用乙 酸来调整 ’但也可能由于操作马虎 ，前两遭次水洗 8 6 不彻底 ，铝材带过来的硫酸进入封孔槽而 引起p H 值下降 ，为此，要用氨水 也可用部分低浓度的氢 氧化钠来代替氨水来调整其p H值 封孔温度最好在2 0 C～3 0 ℃范围内进行 此时 最有利于镍盐 水解 。过低 ，则封孔速 度慢 ，效 果 差 ；过高 ，虽然封孔快 ，但填充物会疏松 ，从而造 成 铝型材表 面粘附着一 层 “ 粉霜 ” ，影响型材外 观 。 封孔时间可 由公式t b ． 6 来计算 ；其 中；b 为 温 度系数 }2 0 ℃～3 O ℃b 取l 0 ，3 0 ℃～3 5 ℃b 取 0 8 ；6为氧 化 膜厚 度 IT I ；t 为 封孔 时 间 mi n 。 2 ． 4 封孔质量是一个系统工程问翔 封孔质量不好不单单是封孔渣的问题，如果从 封孔工艺上找不到不利原因，应对氧化条件进行检 查 。如氧化电流太于1 ． 5 A／ d I T I 、氧化温 度大于2 5 ℃以及 硫酸 浓度太于 2 0 0 g ／ L，这些条件都会导致 氧化膜疏橙 、孔径增 大、孔 口呈 “ w 形 ，使封 孔困难。故控制好氧化条件是优质封孔的基础。 2 ． 5 常温封孔后热水浸泡戚热风吹千可有效地提 高封孔度 封孔后在5 0 ℃～6 0 ℃的热水槽中浸泡l 0 rai n ， 或者在5 0 ℃～6 0 ℃的热风中干燥 ，以缩短陈放时问 达到封孔质量的合理标准 ，即 “ 冷封孔后处理” 。 这样可以提高封 孔质量 ，且能耗步干燥快。 3槽 液 的再生 与维护 通过 以上分析，认为应从以下几个方面来加强 封孔槽液的维护与管理，以达到铝型材封孔质量的 要求。 1 生产中应严格控制工艺条件 ，应该有工 艺管理人员来管理和监督槽液 ，应每班次检测封孔 槽 的Ni 和F 一 含量，定期添加以保持封孔槽内Nj 和F 一 浓 度的协调效应 。 2 配封孔槽时一定要用去离 子水 ，以防止 C a ，Mg 等杂质离子的含量增加。 3 一定 要做到 封 孔槽前 的水 洗要 用流 动 水，最好用两道水来水洗彻底 ，要保证封孔槽前的 水洗槽的p H值不得低于4 ． 5 ，这样既可防止封孔槽 p H值升高又可防止硫酸根 离子被带到槽 内而污染 孔槽 。如果封 孔槽p H值大 于6 ． 5 ，可用 乙酸 来调 低 ；如果封孔槽p H值低于5 ． 5，可用氨水 也可用 维普资讯 衰面 姓理 t 铝 加工 部分低浓度的氢氧化钠来代替氨水，防止氨离子积 累而引起 溶液 变质来调整封孔槽 的p H值 。也可 做预处理，即在前道次水洗槽加入少量的氢氧化钠 来防止硫酸被带入封孔槽内。 4 定期静置沉淀，清除槽底污泥。如果封 孔槽变质严重 ，无法调整好，可采用清槽或部分倒 槽的办法处理 ，并选用6 u rn的过滤器来过滤槽液。 上接第3 4 页时加热 ，B 相优先在晶问析 出，沿 晶构成极薄的B 相沿晶沉淀网膜 ，高镁合金的加热 温度2 0 0 ℃，即使时间很短 ，也能沿 晶粒内外同 时发生 沉淀 和球化 ，从而消除 了B 相沿 晶沉 淀网 膜 。随着退火温度的进一步提高 ，B 相析出由晶 同 逐 渐 扩 展 到 n AI 基 体 ， 至3 1 0 ℃ ～3 3 0 ℃ 以 上 ，温 度超 过了固溶 度曲线 ，晶内的B 相开始溶 解 ，至3 5 0 ℃左右 ，a AJ 基 体 上的析 出物 已明 显 减少 ，晶问析出相又相对地显现出来，形成明显的 再 结晶组 织 ，这 时 晶问B 相 网膜 同n 固溶 体的 电位 差 叉增 大 ，使 层蚀敏 感性再 次 增大 图2 ，3 5 0 ℃ 。 2 ． 3 ． 3 A I - Mg 合金的沉淀位错机理 冷变形引起 的大量位错和空位是促进B 相在 晶 粒 内部成核和长大的重要固素 。经充分冷作 的 高镁含量的AI Mg 合金，在较低的温度下退火 ．位 错分 布虽不能发 生明显的改变 ，但Mg 原子却能沿 着条条 通 向 晶界的位错 向晶界扩 散 ，沿 晶形成 极薄 的B 相网膜 图3 ，1 5 0 ℃ ，此时剥落腐蚀非常严重 如 图2 ，1 5 0 ℃ ，如在2 0 0 ℃以上退火 ，位错能在 极短时间内移动到亚 晶界上 ] ，B 相优先在亚 晶 界与 晶界的交切点上沉淀 ．随后镁原子再不断沿着 亚晶界向晶界传输 ，结果使B 相变成粗大的颗粒分 布于晶界上 ，另外亚晶界的交叉点也是B 相的优先 沉淀点 ，故晶粒 内部也会形成均匀分布的B 相 点状 颗粒 图3 ．2 8 0 ℃ 。随着退火温度的提高 ，时目 在 晶内的析出、沉淀愈均匀，在3 1 0 ℃～3 3 0 ℃时形成 最均 匀的多相组织 图3 ，3 1 5 ℃ ．此时只出现 轻微点蚀 图2 ，3 1 5 ℃ 。 3结 论 1 A1 7 ． 0 Mg 台金的剥落腐 蚀与沉淀化退 火温 度有密切的联 系，≤2 O O ℃短时间退火 ，合金 出现明显的剥落腐蚀，在2 2 0 ℃～3 1 0 ℃退火 ．台金 只出现轻微 点蚀，在3 3 D ℃～3 5 0 ℃退火 ，台金剥落 参考 文献 E 1 ]暨调和． 铝氧化膜常温封孔机理和时效特性- 电镀 与涂饰 ，1 9 9 5 ，1 4 2 1 1 5 [ 2 ]暨调和． 常温封孔技术及维护管理． 电镀与涂饰， 9 B。1 51 7 。 ～2 2 [ 3 ]朱祖芳． 铝阳极氧化封孔技术之进展． 轻台金加工 技术 ，2 0 0 0 ． 3 张 骗 张 校 腐蚀性能再度恶化 。 2 经3 7 的冷轧变形 ，在2 8 0 ℃～3 1 0 ℃温 度下进行沉淀化退火处理后再进行第 二次冷轧 t 1 2 ～1 5 ，然 后进行1 5 0 ℃4 h 稳 定化处理 的A1 7 ． 0 Mg 台金 ，具有优 良的力学性能和耐蚀性 能 。 3 导致A J Mg 合金的剥落腐蚀的根本原因 是B 相的沿晶析出网膜 ．通过适当的沉淀化退火工 艺 ，使B 相均匀沉淀，可 以改善高镁合金的抗剥落 腐蚀性能。 参考文献 1 李长 明、范靖亚． 高链船用台金捍丝成分选择． 哈 尔淡 轻台金加工技术 ．1 9 8 6 ． 6 ． P 2 3 2 编写组嗣著． 轻金属材料加工手册 上 ． 北京 冶金 工业 出版社 ，1 9 7 0 ，P 3 6 --3 7 3 王珏． 船舶用铝台金材料． 轻金属 ．1 9 9 4 ，6 ．P 5 8 4 朱祖 芳等 编著． 有 色金 属耐 腐蚀 性及 其 应 用． 北 京 l化学工业 出版社 ．1 9 9 5 ． P I 8 ．{ 3 5 B ． F，Br o wn ． S t r e s s -- c o r r o s i o n c r a c k i n g i n h i g h s t r e ng t h s t ee l s a n d i n Ti t ani um a n d A l um i n um A l l oy s ． N AV - AL RESEARCH LABORATORY．W a s hi ng t on D． C ． 19 7 2．P1 8 4 1 9 0 6 E． H． Di x ． W ． A． An d e i s o n a n d M． B y r o n S h u ma k ． Co r r o s i o n， Vo 1 ． 1 9 ， 1 9 7 9， 2 ， p 1 9 7 蒋 太 富． L F 6 台垒 的 电导率厦 耐利落庸 蚀性 能． 铝 加工 ，V o 1 2 0 1 9 9 7 ，6 ，P 4 6 8E． C． W ． P e r r y ma n a n d S ． E． Ha d d e n。J．1 n s t ． M e t al s ． Vo 1 77， 1 98O．P20 7 0 E． C． W ． P e r r y ma n ． St r e s s--c o r r o s i o n Cr a c k i n g a n d E m b r i t t J e me n t ，W i l y ， Ne wy o r k， 1 9 7 6 ， p 6 1 1 o 壬祝童 ，田荣章等 主编． 铝 垒 叠爰其加工手 册 第二版 ． 长沙 中南工业 大学 出版社 ，2 0 0 0 ． 1 0 ． P 7 1 72 儿X - 科瓦索夫等主编 ．韩秉诚 ，蒋香泉等译． 工 业铝合叠． 北京 冶金工 业出版社会 ． 1 9 8 1 ． P 3 3 ，P 5 2 8 张 螭 张 梗 37 维普资讯