铝及铝合金的彩色化学转化处理

铝及铝合金的彩色化学转化处理

史战英

西安航空制动科技有限公司 陕西省咸阳市 713100

      摘要：铝是一种应用广泛的金属元素，在日常生活中处处都可以看到铝制品，世界上几乎每个人都曾在某个时候使用过含铝的产品，但是当前铝产品颜色较为单一，对于给铝产品上色有着广泛的应用空间。这篇文章探讨了一种全新的技术，用于将铝和铝合金零件转换为多种颜色，并通过实验来确保其质量。 关键词：铝合金，彩色化学处理，金属膜技术 近年来，国际上对铝产品的颜色处理研究日益受到重视，美国、德国等国家在这方面的突破已经取得了显著的成果，他们的制作工艺和设计流程也比较完善，但国内的相关研究资料仍然不够充分，因此，为了提升国内铝及铝合金零件的化学转换和处理技术，以达到更好的防护效果，我们在多方面的研究、考察、调查以及参观许多实验室的基础上，最终发现了一种新的彩色化学转换的方法，可以将铝合金零件、焊接件以及整机铝铆钉的颜色转换，从而达到更好的保护效果。这篇文章将探讨实际生产的经验与结果。

      一、工艺流程及主要工序说明 1.1工艺流程 在化学转化之前，先验收，进行初步准备。在此过程中，包括了碱清洗、热水洗、冷水洗、去离子水洗、酸洗、去离子水洗及喷淋、化学转化处理、去离子水洗及喷淋、干燥、拆卸、检验。 1.2主要工序说明 1.2.1化学转化前验收 化学转化前，零件的表面质量应符合HB5034的规定。 1.2.2初步准备 使用符合HB5034标准的有机溶剂或水基清洗剂，彻底清除零件表面上的油污、标记、残留物和其他污染物。 1.2.3碱清洗 用85Al在温度为60°c到71°c的碱水中充分浸泡，一般时间为十五到三十分钟，在碱浸泡后可以提高金属的性能，零件表面在30s内水膜不断裂，同时要注意溶液的腐蚀率不能过高，否则会对金属造成损伤 1.2.4酸洗 酸洗后零件表面不应有未清洗干净的污物和腐蚀 不均匀产生的条纹、变色，否则应重新进行碱清洗和 酸洗，但总腐蚀量不应超过单面0.010mm 1.3叶片陶瓷型芯模具型面电火花加工 该模具型腔尺寸小，由不同形状、不同角度的沟槽与凸台组成。沟底与凸台连接要成为一个严格的叶片型面，且分槽面多，型腔部分有多个数据。整个型腔精度要求较高，表面粗糙度为国标二级标准，电火花加工后经抛光即可达到要求。 电极分叶盆、叶背两种，材料为紫铜。电极型面用数控铣加工成形，钳工精修至型面误差在0.01以内。电极沟槽用数控线切割机切割，槽之间相对位置精度为0.02mm，粗加工表面粗糙度，留精加工余量0.12mm。在电火花加工时，电极按工件找正，加工程序、电参数、电极自动补偿及参数转换等均按程编自动进行。 1.4花滚轮花纹电火花加工 花滚轮在轻工业皮革纺织品压印花纹的应用中有广阔的前景和实用意义。滚轮花纹的制造有一定难度。我们用紫铜平板做 电极，电极花纹用照相腐蚀法制成。电极安装在工作台的工装上，滚轮安装在数控电火花机床的 轴上， 用展成加工法加工时，滚轮旋转，电极轴进给，X轴与Y轴两坐标运动相匹配，则在滚轮上加工出一 定深度和要求的花纹。加工过程和加工参数以及三坐 标运动等均按编程自动进行。最后，所加工的花滚轮 压印出的花纹很清晰。 为保证加工出的滚轮花纹质量，每加工一排方槽， 电极都在滚轮上经一次反靠修正和找正后，再进行下 一排的加工。除手工更换电极外，其加工程序、电参 数、每次反靠修正电极和找正等全部按程编自动进 行。加工出的压花在铝箔纸上滚压出的花纹完全达到 用户的要求。

   二、槽液配制 首先，碱清洗、碱腐蚀槽液用C类水配制，酸洗和化学转化槽液用A类水配制。碱腐蚀各组份和碱清洗粉剂分别加人盛三分之二槽水的槽中，压缩空气搅拌至全部溶解，加水到规定体积，继续搅拌均匀后取样分析合格即可。 配制酸洗槽时，铬酐先在一容器内溶解后加水到规定体积，搅拌均匀并分析合格即可进行，在化学转化槽液配制时，将新型粉剂在容器内溶解后加人盛三分之二槽水的槽中，加水到规定体积并搅拌均匀，静置一昼夜并分析合格。各槽液配制好并分析合格后，按规定做各项质控试验合格方可投人生产。

   三、循环经济 铝具有多种优势，其中最重要的是可回收性强，可多次重复利用，而且不会影响性能，复合重熔时的氧化损失也很小。然而，由于废铝来源多样，经常会含有大量杂质。非金属杂质，如油漆、油脂、灰尘等，几乎可以在所有废杂铝中找到，如果将这些废杂铝直接用于回收再生，不仅会导致金属回收率低下，金属品质也会大幅度降低，而且还会严重污染废铝再生的环境。为了确保再生铝的质量、可持续发展以及实现企业的可持续发展，我们应该对废弃的铝材料进行有效的预处理，以确保其安全性、可靠性。通过进行适当的预处理，可以有效地进行分类、拆解、清洗、除铁、重新筛选、捆绑和固定、加热和保持潮湿等操作。铝加工行业会产生大量的废弃物，这些废弃物的总体成品率高达75%。如何有效地处理这些形态和组成复杂的废弃物，并进行精心的分类和管理，是一个值得思考的问题。例如，在彩色化学处理中使用的铝，也可以通过回收再利用来处理。 四、生产中应注意的几个问题 第一、膜重是一项重要的试验。主要是为掌握氧化时间对膜层质量的影响和作为调整槽液的依据之一。正常情况下处理两分钟，膜重可达五毫克每立方分米，以此确定氧化处理时间。对包铝、防锈铝制零件时间可缩短为一分钟半，而铆钉的处理时间多在三分钟。总含量低时膜层色淡且氧化时间要延长才能保证膜重符合要求，当膜重试验结果低时，说明槽液含量往往偏低，上述情况发生多要调整含量或。 第二、配制酸洗槽时，各组份宜控制在中限。生产过程中腐蚀速率是不断下降的。腐蚀速率低，有可能是铬酐、硝酸含量低，调整添加后可提高腐蚀速率，若二者含量在中上限时，可提高槽温来增加腐蚀速率，（我厂控制不超过30℃），也可添加氢氟酸来提高腐蚀速率，每升槽液中加百分之四十的氢氟酸约0.55毫升，腐蚀速率大约可提高零点二五四毫米每升。腐蚀速率低时，对化学转化处理会有影响，控制其在规范内也是膜层质量高低的主要因素之一。 第三、碱清洗槽液变化极小多次分析结果均在含量规定范围以内且腐蚀率都合格，生产中主要控制槽液温度。除对外观发黑，自然氧化膜厚或热处理后氧化皮厚的零件进行碱腐蚀外，其余零件不进行碱腐蚀。

    第四、当氧化槽总含量低于时，氧化时间相对延长，升高槽液温度可缩短处理时间，冬天我们多控制在二十五度左右。总含量低于八毫克每升时，则应调整含量到十毫克每升以上，化学转化槽液值随生产不断升高，处理时间延长，超过上限时应调整。调整时应注意若总含量低，要先调整总含量，此时PH值会降低，若PH值还高，则用腐蚀性混合液来调整。 第五、挂具使用铝合金或不锈钢制作。注意在化学转化过程中开启压缩空气，避免工件转化过程中产生憋气，造成局部无膜层现象出现。装挂时尽量减少工件与挂具之间的接触面积及工件间的相互重叠。彩色化学转化膜层需在不高于50°C的烘箱中做干燥处理，或用经油水分离后的压缩空气吹干做脱水处理，注意距离不宜过近，以免损伤尚未老化的转化膜层。 第六、不合格膜层脱除可在生产线上进行。对未干燥或环境温度下干燥不超过的膜层，在酸洗槽中可退除，环境温度下干燥超时三小时或加温干燥的膜层牢固，应先浸人碱清洗槽液中，再在酸洗槽中退膜，有时要反复几次才能退掉 只有旧膜层干净后才能重新进行化学转化处理，大批量生产时零件装筐处理，用不锈钢筐架内衬尼龙网或不锈钢网。装筐时避免叠合，否则氧化不好。

五、总结 新型工艺对铝及铝合金零件进行彩色化学转化处理，通过质量控制，膜层质量大大优于磷酸一铬酐化学转化溶液处理的膜层，外观与美国ALODINE1200相当，耐蚀性满足飞机防护层耐蚀性检验标准》中对化学氧化膜的要求，同时达到波音标准《铝及铝合金化学转化膜层》和美军标MIL-C-5541《铝及铝合金化学转化膜层》规定的耐蚀性要求。新型化学转槽液可以替代进口国外的ALODINE1200溶液，新型化学转化槽液稳定，变化较小，调整方便，生产较易掌握槽液最终寿命还待长期生产考验。全部配制槽液的材料立足国内，成本低，且易于购置。

参考文献： [1]程锋,李华秀.铝及铝合金的彩色化学转化处理[J].航空工艺技术,1992:34-36. [2]王玉宾.铝及铝合金的化学转化膜处理[J].国际表面处理,2002:22-28. [3]李华秀.铝合金彩色化学转化处理工艺[J].运输机工程,2000:25-28.