陽(yáng)極氧化處理所用的溶液種類(lèi)很多,目前常用的有:硫酸、草酸、草酸加硫酸、丙二酸和磺基水楊酸等。其中最普遍的做法是用硫酸作為氧化處理溶液,通電進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理,這種方法通常簡(jiǎn)稱(chēng)為硫酸陽(yáng)極氧化處理法。它的優(yōu)點(diǎn)是:除了得到致密的氧化膜外,其氧化膜孔隙率也大,能更好地浸漬填料,并且適應該氧化處理法的鋁材料范圍較廣,同時(shí)操作工藝簡(jiǎn)單、成本低,特別是電能消耗低。因此,在很多情況下都采用硫酸陽(yáng)極氧化處理法。
采用硫酸陽(yáng)極氧化處理法,應考慮影響氧化膜質(zhì)量的以下因素。
?。?)硫酸氧化處理溶液的濃度
硫酸氧化處理溶液的濃度對氧化處理過(guò)程的影響極大。在較濃的硫酸溶液中,氧化膜生長(cháng)速度要比較稀的硫酸溶液中慢得多,因為在比較濃的溶液中生成的氧化膜溶解速度大。當硫酸深度升高時(shí),氧化膜的硬度有所降低。在濃度比較高的硫酸中,得到的氧化膜的孔隙率大,膜層也比較平滑而均勻。但硫酸的濃度也不能太高,否則所生成的氧化膜呈粉狀,且疏松,易脫落;硫酸的濃度也不能太低,若采用較低濃度的硫酸溶液,不僅氧化處理液的使用壽命縮短,而且零件也容易被燒壞。
?。?)水
水是陽(yáng)極氧化處理溶液中的主要部分,選用什么樣的水作溶劑,與氧化膜的質(zhì)量好壞有著(zhù)直接的關(guān)系。通常,工廠(chǎng)中都采用蒸餾水和冷開(kāi)水,不直接用未經(jīng)處理的自來(lái)水。實(shí)踐證明:自來(lái)水中含有氯離子,當溶液中含有氯離子濃度超過(guò)1%時(shí),鋁的陽(yáng)極氧化處理零件就會(huì )被侵蝕,出現白色斑點(diǎn)。如果采用硬水,必須經(jīng)過(guò)軟化處理,因為硬水中含有可溶性的鈣鹽、鎂鹽。值得注意的是:當溶液中鎂鹽的含量超過(guò)5g/L時(shí),就會(huì )影響氧化膜的質(zhì)量。
?。?)氧化處理溶液的溫度
溫度也是影響氧化膜質(zhì)量的重要因素之一。當氧化處理溶液溫度低時(shí),氧化膜的溶解速度下降,可以使氧化膜增厚,提高氧化膜的硬度,增加了氧化膜的光滑性、致密性。但是,在陽(yáng)極氧化處理過(guò)程中,由于氧化膜生成的熱(每生成lgAl2O3放出1.68kj的熱量)及電流通過(guò)氧化膜時(shí)因焦耳效應產(chǎn)生的熱,會(huì )使氧化處理溶液的溫度升高,增大氧化膜的溶解速度,降低氧化膜的硬度,并且使氧化膜層變薄,這一點(diǎn)應值得注意。
?。?)電流密度
電流密度也是影響氧化膜質(zhì)量的重要因素之一,它與氧化膜的生成速度、氧化膜的組織有較大的關(guān)系。如果電流密度太小,氧化膜生成速度緩慢,處理時(shí)間就要增加,同時(shí)延長(cháng)了氧化膜在硫酸溶液中的溶解時(shí)間。
電流密度與外加電壓的關(guān)系是:最初時(shí),隨著(zhù)氧化膜生成而使電壓增加加快,但當電壓達到一定值時(shí),只有電流密度增加,而電壓實(shí)際趨向不變,這主要因為氧化膜厚度繼續增加,并且變得多孔,更易于導電的緣故。
但是,電流密度太高,必然導致電解液和電極因焦耳效應而過(guò)熱,從而使氧化膜溶解的速度變大。如果把電流密度提高太多,則生成的氧化膜硬度將下隆,表面粗糙、疏松并起粉末,容易脫落。甚至因電流密度過(guò)高,氧化處理件形成局部過(guò)熱,以致鋁制品產(chǎn)生“電腐蝕”,也就是通常所講的“燒損”。
在實(shí)踐中,通常把電流密度控制在2.5A/dm2左右。
?。?)初、末電壓與處理時(shí)間
陽(yáng)極氧化處理的初、末電壓與時(shí)間,對氧化膜質(zhì)量的影響也很大。如果一開(kāi)始電壓升得太高,通過(guò)處理零件的電流也愈大,因焦耳效應而產(chǎn)生劇烈的發(fā)熱現象,加上氧化膜的生成熱,造成零件附近溶液溫度升高,增加了氧化膜的溶解速度,生成的氧化膜軟、無(wú)光澤、表面呈粉末狀。特別是氧化膜層與基體金屬結合處的熱量來(lái)不及散發(fā),形成局部過(guò)熱而燒杯零件。如果末電壓過(guò)大,即通過(guò)的電流超過(guò)了規定的電流密度,同時(shí)也產(chǎn)生上述現象;電壓過(guò)小,即通過(guò)的電流達不到有所要求的電流密度,則形成的氧化膜薄且不耐磨。
對于氧化處理時(shí)間,一般隨著(zhù)氧化處理時(shí)間的延長(cháng),氧化膜的厚度增大。但到了一定時(shí)間后即氧化膜的生成速度與溶解速度相等,若不增加外電壓,氧化膜厚度實(shí)際不再增加。如果延長(cháng)時(shí)間,則氧化膜硬度降低,經(jīng)封閉處理后會(huì )起粉末。如果處理時(shí)間太短,氧化膜層厚度薄且不耐磨。
?。?)氧化處理溶液的攪拌速度
關(guān)于氧化處理攪拌的重要性,前面已作了介紹。氧化膜質(zhì)量與氧化處理溶液的攪拌速度大小有關(guān)。采用壓縮空氣進(jìn)行攪拌時(shí),若閥門(mén)開(kāi)得大小,溶液的攪拌速度就小,則來(lái)不及將氧化處理零件附近產(chǎn)生的熱量帶走,零件有被燒壞的危險;若壓縮空氣閥門(mén)開(kāi)得過(guò)大,溶液攪拌速度太快,容易使掛具發(fā)生晃動(dòng),造成夾具與零件接觸不良,引起夾具與零件接觸處“電磨觸”而出現殘缺現象。
因此,在不松動(dòng)零件與夾具接觸的前提下,陽(yáng)極氧化處理溶液的攪拌速度應盡量提高??傊?,陽(yáng)極氧化處理的工藝條件與要求,應根據氧化膜的生成速度快、膜層厚且硬,同時(shí)與基體附著(zhù)力強等要求來(lái)考慮。對于耐磨性要求高的氧化處理零件,還應考慮其多孔性的問(wèn)題。陽(yáng)極氧化處理零件的要求之間是相互關(guān)聯(lián)的,不能片面地或孤立地考慮某個(gè)條件與要求。
除了上面提到的硫酸陽(yáng)極氧化處理溶液外,常用來(lái)進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理溶液的還有鉻酸電解液和草酸電解液。
?。?)鉻酸電解液中的陽(yáng)極氧化
鉻酸電解液中獲得的氧化膜是不透明的灰色或彩虹色,彈性較好,幾乎沒(méi)有氣孔,它的耐蝕性比不封閉的在硫酸溶液中得到的氧化膜要強。只是鉻酸電解液中獲得的氧化膜的厚度較薄,氧化后零件的實(shí)際尺寸只增加1um,但可以利用這一點(diǎn)保持零件的原有精度。由于鉻酸溶液對鋁及其合金的腐蝕性比其他電解液要小,所以對一些具有鉚釘、狹縫、砂眼的零件,特別是對壓鑄、澆鑄件的陽(yáng)極氧化處理較為適用。
隨著(zhù)氧化過(guò)程的進(jìn)行,鋁不斷地進(jìn)入電解液中。由于溶解的鋁與鉻酸化合,所以游離鉻酸的含量將隨著(zhù)處理時(shí)間的延續而減少,這將導致膜的耐蝕性降低。因此,要定時(shí)間向電解液中補充鉻酐。
鉻酸電解液中的有害雜質(zhì)是Cr3+、Cl-、SO4.為了保證陽(yáng)極氧化的質(zhì)量,在進(jìn)行陽(yáng)極氧化時(shí),要注意分別控制這些有害成分的含量。
目前還有一種取代鉻酸陽(yáng)極氧化的薄層陽(yáng)極氧化工藝,即鋁合金的硼酸-硫酸陽(yáng)極氧化工藝。該工藝屬清潔工藝,對環(huán)境保護有積極意義。
?。?)草酸電解液中的陽(yáng)極氧化
用該種方法得到的氧化膜的電絕緣性好,因此多用于絕緣氧化。所生成的氧化膜是一種厚且有彈性的膜,可用于鋁線(xiàn)材的加工處理。這種電解液的缺點(diǎn)是有毒,價(jià)格昂貴,生產(chǎn)過(guò)程中在陰極上可還原成羥基乙酸,而在陽(yáng)極上被氧化成二氧化碳,因此電解液不穩定。
在草酸電解液中陽(yáng)極氧化的特點(diǎn)是所用的電壓較高。這是由于氧化膜的結構很致密,電阻大,如果不增加電壓,氧化膜就不能增厚。在氧化過(guò)程開(kāi)始時(shí),電流和電壓的增加應該緩慢進(jìn)行。因為,如果操之過(guò)急則會(huì )造成新生膜層中不均勻處的電流集中,這將導致該處出現嚴重的電擊穿,從而會(huì )引起金屬鋁材的腐蝕。因此,在實(shí)際應用中,一旦發(fā)現電流突然上升(電壓下降),則說(shuō)明正常陽(yáng)極氧化過(guò)程被破壞了。另外,由于所采用的電壓很高,電解液中的溫度往往不均勻,這就要求劇烈地攪拌電解液。生產(chǎn)中多采用凈化了的壓縮空氣來(lái)進(jìn)行攪拌。為了提高氧化膜絕緣性能的穩定性,最后可將氧化后的零件或鋁線(xiàn)用清漆或絕緣漆浸泡。
上述工藝適用于純鋁和鋁鎂合金,但不適用于鋁-銅合金,其原因是由于鋁-銅合金中的AlCu2在陽(yáng)極氧化時(shí)會(huì )被溶解,造成膜層的疏松多孔。