铝及铝合金表面处理技术

王宏伟

摘要：铝是一种密度小、强度大、耐腐蚀性较好的材料，导热以及导电性能都要优于其他金属。工业生产中，它具有易于加工成型以及表面装饰性优良等诸多优点，因此在电子通信、航空航天以及工业制造领域得到了广泛的应用。在纯铝中加入其他合金元素所制成的铝合金的物理性能要优于纯铝，本文简述了铝及铝合金表面处理技术的新发展，详细分析了工业生产领域几种应用范围较广的处理方法，希望对相关工作的推进落实有所启示。

关键词：铝；铝合金；表面处理技术

铝是化学元素周期表中位于第三周期的主族元素，结构为面心立方晶格，塑性较高，具有良好的延展性，因此可被用于各种形式的机械加工。铝元素的化学性质相对活泼，标准电极电位较低，在干燥的空气中铝表面会形成厚度约为1—3nm的氧化膜，该氧化膜结构疏松、耐磨性较差、机械强度较低，因此需对其表面进行处理，以达到增强其防护效果的目的。常规处理手段中的氧化、电镀以及外加涂层等方法均能够达到相对理想的处理效果。

一、氧化处理技术

1、阳极氧化

阳极氧化又被称为“电解氧化”，这是一种应用较为广泛的生产方式。电解池中，铝以及铝合金为阳极，通电后在铝表面能够生成氧化膜，主要成分为AI2O3。由此而得到的氧化膜具有较强的稳定性，能够对铝及铝合金起到较好的保护作用。经阳极氧化所产生的保护膜具有如下特点：阻挡层硬度大、耐磨性以及抗腐蚀性较好、绝缘性能好、化学稳定性较高。实践证明，该氧化膜可以被用作涂装的底膜，而且其孔隙较多，可以根据需要进行染色以及着色处理，以达到增加材料装饰性能的效果。当前，这类氧化技术在实践应用中也暴露出了诸多问题，其中首当其冲的便是铬酸盐系氧化剂对环境所造成的污染。

阳极氧化实践中，有关人员已经注意到了利用特定金属离子的特性能够达到优化铝及铝合金性能的效果。【1】目前镍离子、钛离子在这方面的应用已经进入了实践阶段。

2、化学氧化

化学氧化指的是依靠化学手段、在特定条件下使清洁的铝或铝合金与氧化液中的氢发生反应，最终形成一层致密的氧化膜。这种涂覆方法实际操作中可以选择多种氧化液，为了便于区分，我们通常将氧化液分为两类，即碱性溶液与酸性溶液。反应后形成的氧化膜主要包括氧化物膜、磷酸盐膜以及铬酸盐膜等类型。化学氧化后得到的氧化膜厚度在0.5—4μm左右，其耐磨性较差，耐腐蚀性更低于阳极氧化所形成的氧化膜。所以实际生产中很少会对其进行单独使用，当然该类型的氧化膜也并不是毫无优点，它具有较强的物理吸附能力，正因为如此针对铝及铝合金所进行的化学氧化才会被应用到涂漆的底层。化学氧化处理后，基体与涂层的结合力能够得到显著提高，最终铝型材的抗腐蚀能力也能够得到提升。

二、稀土转化膜处理技术

当前，在相关技术不断发展完善的影响下，稀土在材料科学领域中的应用正在逐渐深入。相关技术人员已在开始尝试将稀土应用于铝合金表面防腐技术之上，有关专家指出：NACI溶液中所含有的少量CeCI3具有降低7050铝合金腐蚀速度的效果。随着相关研究的逐步推进，这方面的研究已经取得了可喜的结论。据此开发出的稀土铝钝化技術具有清洁、高效、无污染的特质，这类技术因其防腐效果好的特点已经得到了相关工业生产领域的广泛关注。具体来说，稀土转化膜处理技术主要包括三大类：①成膜促进剂化学法；②化学法与电化学相结合的工艺；③稀土bohmite层工艺。应用成膜促进剂化学法的过程中加入H2O2等强氧化剂可以降低溶液在处理时的温度，并极大减少完成工艺所需要的时间。结合实际行业发展前景分析，含有低温短时成膜效果的强氧化剂的化学法是未来相关领域研究的主要方向。与之相比较来说，②中的化学法与电化学相结合的工艺涉及到的步骤却非常复杂，处理时需确保溶液处于鼎沸状态。这在一定程度上增加了该工艺的实操难度，限制了该处理工艺的进一步推广应用。③中所提到的方法也存在处理时溶液温度较高的缺陷，因此需对其进行完善之后才能够进一步推广应用。

稀土转化膜处理技术应用的工艺不同，其膜的形成机理也会在一定程度上存在差异。其氧化膜尚无公认的耐蚀机理，整体工艺、技术也需要进一步研究、完善。但它无毒、无污染的特点还是得到了人们的广泛关注，相信若能够攻克相关技术难题，这类技术的应用范围将进一步扩大。再者，与西方国家相比我国稀土资源的储量十分丰富，这一现状为这类技术的推广应用打下了坚实的基础。【2】

三、金属涂层处理技术

金属涂层也可以给予铝及其合金制品相应的保护作用，实际生产中，金属涂层主要通过电镀、化学镀以及热喷涂的方法获得。以下对这三类技术进行了分析：

1、电镀工艺技术

电镀能够使阴极沉积生产中需要对其进行加工的金属元素，经沉积后的铝及铝合金能够在表面形成结构紧密、牢固的镀层。通常情况下，应用电镀工艺技术主要是为了提高铝及铝合金表面的硬度以及耐磨性，其表面的导电性以及反光率也能够得到提高。当然，这一技术在改善铝及合金装饰性方面的作用我们也需要重视并进一步推广应用。基于铝及合金的化学和物理特性分析，在电镀之前还需要对需要加工的基材进行特殊处理，常规处理程序主要包括机械处理、通过有机溶液或进行化学除油、碱侵蚀、出光等内容。

2、化学镀工艺技术

化学镀又被称为“无电解镀镍”。实际操作中，依靠含有还原剂以及金属盐的溶液中的自催化化学反应便能够使铝及合金表面形成金属镀层。这是一种较为新型的镀层成膜技术，目前这类技术应用范围最广的便是化学镀Ni—P的合金的生产，应用的理论为原子氢——电化学联合理论。该工艺所使用的还原剂中含有次亚磷酸盐，它能够将水溶液中的镍离子催化还原为金属镍，并使其沉积到构件表面。待镀层达到所需厚度之后只需要将构件取出便能够快速停止反应，操作相对简便。实际操作中，次磷酸盐也会被还原，经沉积作用之后会到达构件表面，所以最终形成的镀层为镍磷二元合金。化学镀所造成的污染较低、操作较为简便，已经成为应用最为理想的铝及合金表面改性技术。

3、粉末喷涂工艺技术

该技术应用的是高压静电电晕电厂原理。喷枪头上的金属喷杯以及极针会被接上高压负极电流，而喷涂对象在接地之后便会形成正极，如此喷枪以及工件之间便能够形成一个完整的静电电场，从而满足后续处理需要。实际操作中，依靠静电力以及运载气体所产生的推动力的双重作用便能够使粉末涂料均匀地飞向构件表面，进而形成厚薄均匀的粉层。之后需对粉层进行加热固化处理，便能够形成耐用的涂膜，最终满足后续的加工需求。

随着相关技术的不断发展，有关人员在粉末喷涂工艺技术的基础上研究出了热转印技术。在该技术的作用下，铝及铝合金表面能够得到各种需要的图形以及色彩。

总结

随着我国现代工业的不断发展，人们的生活水平有了显著提高，人们的思想观念也在发生着变化。现如今生产生活的变化对铝及铝合金材料的生产制作提出了更为严苛的要求，只有不断革新工业、技术才能够提高相关行业的产值。为了在市场竞争中处于不败之地，我们更需要迎合时代发展的大趋势，积极寻找新的生产工艺，不断降低企业的生产成本，减少对自然环境的污染。本文笔者结合个人实际经验对此类问题进行了总结，旨在对相关工作的落实有所帮助。

参考文献：

[1]陈婷.浅谈常见金属及其合金表面处理技术的应用现状[J].科技展望，2015，25（27）：66.

[2]张高会，黄国青，徐鹏，于明洲.铝及铝合金表面处理研究进展[J].中国计量学院学报，2010，21（02）：174-178.