铝合金压铸件表面处理方法讨论

曹志成 黄彩江 朱跃强

（内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司，内蒙古 霍林郭勒 029200）

铝合金压铸件表面处理方法讨论

曹志成 黄彩江 朱跃强

（内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司，内蒙古 霍林郭勒 029200）

铝合金是以铝为基的合金总称，在航空航天、机械制造、工业生产方面都是应用最广泛的有色金属结构材料。随着科学技术以及工业经济的迅猛发展，人们越来越关注铝合金的生产方式以及表面处理的方法。众所周知，铝合金在潮湿的空气中易腐蚀，这种腐蚀不仅使铝合金的表面变得粗糙而且也对铝合金的性能造成了一定的影响。详细地介绍了一些对铝合金压铸件表面的物理处理方法以及化学处理方法，有效防止了铝合金的腐蚀，为提高工业生产的效率带来了好处。

铝合金；表面处理；工艺的优化

0 前言

随着我国工业的不断发展，金属结构材料得到了广泛的应用，其中，铝合金是目前压铸业中用量最大的一种有色金属材料结构，并且被广泛应用于航空航天、轻工建材、交通运输等行业。对于铝合金的处理方法有很多，目前看来压力铸造技术由于其充型能力高，生产效率高等显著优点，被广泛应用。虽然这种铸造方式优点众多，但是目前我国很多企业由于对新技术掌握的不完全，所以仍然选择成本高、周期长、质量差的传统方法进行制模。本研究将对铝合金的压铸件表面的处理方法作出分析与讨论。

1 铝合金氧化的原因

一般来说，金属材料是很容易被氧化的，虽然科研人员已经研究出合金材料，并且合金材料对于氧化来说，也有着比较不错的表现，但是在实际的生活生产之中，合金材料也会发生氧化的情况，情况一旦发生，可能会导致材料变的比较脆弱或者发生一些反应，这在工业行业上是很严重的情况，因此，科研人员必须要找出氧化原因，并尽量在实际的工业生产中避免。一般来说，由于合金材料生成的第二相与铝基体的电极电位有所差异，所以对于铝合金的阳极氧化与铝基体阳极氧相比较要复杂得多，除此之外，铝合金由于主要成分是铝，所以在其阳极氧化膜中的成分必然会存在氧化铝成分，而铝合金又有其他金属成分，而其他金属成分发生阳极氧化之后，也会产生一些氧化物，除此之外，在铝合金的阳极氧化膜中还会有一些单质状态的金属物质和金属间化合物状态的存在等。比如铝合金在发生阳极氧化时，铝合金的组成成分Mg一般都会被氧化并以相应的氧化物的形式出现，而对于铝合金的其他组成成分比如AlFeSi一类的金属间化合物或者是Si一类的物质由于其化学性质比较稳定，所以这类物质很难被氧化，所以，一般在铝合金的阳极氧化膜中，Si就会以单质的成分直接出现，而金属间的化合物一般也会直接出现在在阳极氧化膜之中。而由于铝合金是由众多材料组成，其中可能有一些金属间化合物会直接被电解液溶解，这样在铝合金发生阳极氧化时，其表面的氧化膜就会由于这类原因而出现一个个的空洞，而这类物质在铝合金中一般都是Cu单质或者是Mg2Si之类金属间化合物。而对于第二相析出粒子所发生的不同的阳极氧化现象来说，在析出相发生阳极氧化的过程中，会根据铝基体所处的不同极的差别而发生不同的反应和现象。比如，如果在阳极氧化过程中，铝基体处于阳极位置，那么铝基体会优先被溶解或者优先被氧化；如果铝基体处于阴极位置的时候，铝基体就不会被优先溶解或优先氧化，而是会直接进入氧化膜之中。因此，科研人员根据阳极氧化的基本原理可以发现，在铝合金发生阳极氧化时，其氧化膜的主要组成成分为 Al2O3·Al（OH）x（SO4）y,并且，在氧化膜之中可能还会存在一些其他含量较低的成分，所以，对于铝合金表面出现黄色斑点的情况也有可能是因为这一原因。而科研人员通过对铝合金材料进行阳极氧化试验后得出结论黄色斑点是因铝合金中的Si而引起的，随着Si含量越高，阳极氧化后的压铸件越难以避免黄斑问题。因此，在对铝合金材料进行制造的过程中，对Si材料的添加应该适量，不要过分的添加，从而造成铝合金表面出现黄色斑点的氧化现象，而影响工业生产。

2 国外铝合金压铸件表面常用的处理方法及现状分析

2.1 通过机械处理方法处理

一般来说，对于铝合金压铸件表面的处理方法有很多，而所谓的机械处理方法也可以被称为物理方法。而所谓的机械处理方法是通过对铝合金压铸件表面的进行作业，在不改变铝合金压铸件的自身构成的组成下来对其表面进行处理。而一般的机械处理方法（物理方法）有喷砂、用等细度的金刚砂纸或者钢丝刷、研磨盘打磨、将等待进行胶接的零件在稳定的三氯乙烷蒸汽中放置约30s、或者用符合HB5226的水基清洗剂对铝合金压铸件的表面进行擦洗等。下面本研究中将选取其中最常用的两种机械处理方法来对此进行简要的介绍。首先对喷砂法进行介绍。喷砂，顾名思义是对铝合金压铸件的表面进行喷砂处理，一般所选用的砂不是我们日常生活中所见的沙子，而是采用粒度不同的氧化铝或二氧化硅来对铝合金压铸件表面进行处理，并以此增加宏观粗糙程度以提高铝合金压铸件与胶的机械咬合的强度。而喷砂程序不能直接就将需要处理的铝合金压铸件进行直接喷砂[1]，而需要在喷砂前将其表面的油污、油脂等污物去除，在除去污物之后进行喷砂处理。铝合金压铸件在经过喷砂处理之后，可以比处理之前的胶接耐久性更强。另一种比较常用的方法为机械打磨方法。所谓的机械打磨方法，从其字面的含义上就可以了解到，是通过使用一些表面粗糙的物质，对铝合金压铸件的粗糙表面进行打磨处理。一般在采用机械打磨方法处理铝合金压铸件时，一般采用SB(3M公司生产的scotchbrite机械化打磨刷)、砂纸、钢丝刷等在铝合金去除油污后打磨其表面。而机械打磨方法，除了处理铝合金压铸件的表面之外，也可以作为磷酸阳极化处理的预处理方式。但是，上述两种比较常见的方法虽然比较简单，也可以使铝合金压铸件表面的胶接粗糙程度加大，但是，在进行喷砂和机械打磨处理之后，其表面很容易残留一些碎屑，这样对胶接会产生有害的影响，并且对所需要胶接的物质造成伤害。因此，一般生产中都会采用砂纸对其表面进行处理，同时，砂纸处理的方法也是目前为止，在大多数环境下最令人满意的一种方式。

2.2 通过化学方法处理

除了对铝合金压铸件表面进行一般的物理方法进行处理之外，还有化学方法对铝合金压铸件的表面进行处理。一般的化学处理方法分为碱溶液处理方法、硫酸--重铬酸盐溶液处理方法（FPL方法）、混合酸处理方法这三种组成。下面将对铬酸刻蚀法进行重点的叙述。所谓的铬酸刻蚀方法，最早在1941年被提出，而20世纪30年代时，英国皇家空军就已经使用这种方法进行金属器件的表面处理。而在早期，这类方法还没有像现在一样被应用于这类金属器件的处理，而是被应用于涂漆和点焊的预处理上。而在1943年，铬酸刻蚀方法被应用于大黄蜂战机备件的胶接处理工艺之中。自此之后，这类方法被广泛的应用于欧洲飞机的胶接之中。随着时代的不断发展，在Forest Products Laboratory工作的Eickner和Schowalter等研究人员对当时的表面处理方法进行了比较和分析，并将其整理后应用在美国的航空工业制造之中。在研究人员所整理的汇报之中对重铬酸—硫酸浸泡处理铝合金表面的方法进行了详细的分析，并发现，这类处理方法可以有效的提高胶接的强度及其胶接的耐久性。这类方法就是现在注明的FPL腐蚀方法。而在早期，人们虽然认识到这种方法所具有的优点，但是由于当时的技术并不是十分的成熟，所以，最初的FPI腐蚀中所含有的铬酸浓度很低，由于铬酸浓度没有达到要求的标准，并且进行铬酸处理的时间掌握的也不是十分合适，就导致这种预处理是不合格的，不仅不能提高胶接的强度和其耐久性，反而会起到相反的效果。因此，相关的科研人员对这类方法进行了改良。所以，现在所使用的FPL方法是经过改良的标准化、改进化、优化后的。同时，这类被改良后的FPL方法是现在最为广泛的应用于金属表面的处理方法之一。

2.3 通过物理化学方法进行处理

一般来说，除了上述的化学处理方法和机械打磨方法等，还有一种比较普遍的处理方法为物理化学方法。而物理化学方法一般由微弧氧化法、电镀法、激光处理方法、阳极氧化处理方法等，而阳极氧化处理方法由分为磷酸阳极化（PAA）处理、铬酸阳极化（CAA）处理、混合酸阳极化（MAA）处理等。并且，将这些方法与适当的物理方法、化学方法和物理化学化方法进行处理，比如铝合金阳极化处理法就是很好的例子。而所谓的阳极化处理法，是一种比较常见的物理化学方法，其主要的操作方法为，将铝合金作为化学电池的阳极进行处理，然后通过所发生的反映来对铝合金进行适当的腐蚀作用。而阳极化处理方法也是有很多的分类的，并且根据电源灯的种类来说可以将其分为直流阳极化和交流阳极化。而直流阳极化与交流阳极化的区别主要是直流阳极化只能将需要进行腐蚀的金属零件接在电源的阳极，采用其他的材料作为阴极；而交流阳极化在化学电池的阴阳两极都可以挂金属零件，并利用交流电的特点来交替的对金属零件进行腐蚀作用。而对于现代的工业生产来说，一般都会根据所需要进行的工业生产来选择合适的方法进行物理化学方法的处理。比如在航空航天领域，科研人员一般都会学则直流阳极化的处理方法等。而科研人员通过对阳极化处理的多次实验的出结论，铬酸阳极化处理与磷酸阳极化处理方法在胶接接头腐蚀等方面的表现都十分优秀，同时，磷酸阳极化处理方法对于环境的适应性更好，胶接的强度更高，耐久性也更强。但是，阳极化处理的过程比其他方法要复杂很多，并且工艺也更为细致，不仅需要在阳极化处理前需要进行去油脂、去黑膜以及去表面氧化物的处理，还需要对处理后的金属零件进行清洗处理等。除此之外，科学家也发现，激光处理的方式较其他方式相比较，效果更为优异，表现也更为突出。

3 结语

随着我国科技的不断发展，我国工业生产行业也逐渐走上了正轨。其中铝合金材料及铝基复合材料作为工业重要的材料之一，对其的研究需要更进一步的努力。而随着我国的不断强大，我们国家也逐渐由过去的国外进口逐渐偏向于国产化，我国的设计理念也逐渐与世界接轨。因此，这就要求铝合金技术必须更加成熟，同时也对胶接技术提出了更高的要求。但是目前我们的能力还是比较有限，但是相信在不久的以后，我们一定会找到更加优秀的方法，来完善铝合金的处理，从而使我国在工业领域走向更高的领域范围。

［1］高岩磊,崔文广,熊金平,等.环氧胶接接头在碱介质中的老化行为研究[J].腐蚀科学与防护技,2010,22(5):415.

Aluminum is aluminum based alloy in general,in the aerospace,machinery manufacturing,industrial production are nonferrous metal structure material widely applied.With the rapid development of science and technology and industrial economy,people are increasingly concerned about the method of aluminum alloy production methods and surface treatment.As is known to all,aluminum alloy is easy to corrosion in the humid air,the corrosion not only make the surface of aluminum alloy becomes rough but also on the performance of aluminumalloy caused some impact.This paper describes in detail some of the aluminum alloy die casting surface physical treatment and chemical treatment method,can effectively preventcorrosion of aluminum alloys,brought benefits to improve the efficiency of industrial production.

Aluminum alloy；Surface treatment；Process optimization

刘展］