压铸铝钝化及阳极氧化处理研究

李 勉，李 亮，魏观祥，叶江涛

（常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州213025）

近年来随着国家对环保问题的逐步重视以及环保政策的不断出台，各地政府均加大了环保检测力度，对造成污染的企业提出更严格的要求。表面处理相关企业属于污染型企业也是治理的重要对象，在这种情况下与我司配合的外协表面处理厂常有间歇性停工，已经影响到公司产能，环保型表面处理方式的研究探索已经迫在眉睫。

本文主要介绍压铸铝的钝化工艺的性能以及对压铸铝阳极氧化工艺的应用可行性探索。

1 钝化

铝合金通过与不同钝化剂产生化学反应的方式在铝合金表面形成一层薄且致密的膜层，这个过程通常被称为钝化，产生的膜层通常被称为钝化膜。钝化在各种铝制品表面处理中应用非常广泛，钝化膜比自然氧化膜厚度大50～100 倍，与阳极氧化和微弧氧化相比，具有对铝材疲劳性能小、操作简单、不需要电能、设备简单、成本低、成膜速度快、钝化膜附着性良好等优点，并能提高铝合金的耐腐蚀性和涂层附着力，可单独用作防护层或作为涂装底层[1]。

传统的化学氧化处理是基于六价铬的化学转化膜工艺，六价铬钝化膜耐腐蚀性能好，且膜层具有自修复性，当膜的表面出现损伤时，膜层表面上的六价铬离子会流向裂纹处对其进行修复，防止铝合金的局部腐蚀[2]。

六价铬钝化膜性能好，但因六价铬具有较强的毒性，目前国际上主流市场均对其采取了严格的管控措施，这意味着六价铬钝化处理技术正面临着被淘汰的命运。三价铬的毒性只有六价铬的1%，三价铬转化膜复合RoHS 法规，而且废水易于处理，是一种替代六价铬钝化技术的最具有前途的钝化工艺之一[3-6]。

2 阳极氧化

铝是比较活泼的金属，标准电位为-1.66 V，在空气中能自然形成一层厚度为0.01 ～0.1 μm 的氧化膜，这层氧化膜是非晶态的，薄而多孔，耐蚀性差。但是，若将铝及其合金置于适当的电解液中，以铝制品为阳极，在外加电流的作用下，其表面会生成氧化膜，这种方法称为阳极氧化。通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度为几十至几百微米的阳极氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性等都有明显改善和提高[7]。

3 工艺流程

不同钝化剂钝化的工艺主体流程大体相同，但在各个表面处理厂或因为工件的不同需求会有个别工序的调整或增加。

3.1 钝化工艺流程

钝化的工艺主要包括5 个步骤：脱脂（除油）、水洗、钝化、水洗、干燥。

3.2 阳极氧化的工艺流程

阳极氧化的工艺流程主要包括以下步骤：脱脂（除油）、水洗、碱蚀、水洗、化学抛光、水洗、中和、水洗、阳极氧化、水洗、着色、水洗、封孔、水洗、干燥。

4 样件处理及性能检测

此处选择了我司压铸机箱面板结构（本文所述压铸铝均为采用ADC12 牌号压铸铝合金）作为样件，并将选择的面板结构分成两组并分别对两组面板结构分别进行了钝化（三价铬钝化、以下所述钝化均为三价铬钝化）工艺处理和阳极氧化工艺处理。表面处理结束后对面板结构的表面性能进行了测试，并取其中测试结果有代表性的图片展示在本文中（图1、图2）。

图1 钝化后样件

图2 阳极氧化后样件

4.1 膜层厚度测量

在样件经过钝化或阳极氧化处理并烘干后使用膜层测厚仪对膜层厚度进行了测量（图3、图4）。测量经过钝化处理的膜层厚度其厚度均在7.2 μm 上下浮动，且浮动值不大。经过阳极氧化处理的膜层厚度其厚度均在13.5 μm 上下浮动，且浮动值不大。

4.2 膜层导电性测试

使用万用表对膜层导电性进行了测试。测量可得知经过钝化处理的样件对角可导通且阻值均在0.5 Ω 以下，可断定为经钝化处理获得的钝化膜是具有导电性的。阳极氧化处理过的样件在测量时各样件均未导通，可断定为经阳极氧化处理获得的氧化膜是不导电的（图5）。

图5 钝化样件阻值测量

4.3 膜层耐蚀性测试

使用盐雾试验箱对膜层耐蚀性进行了测试。经过96 h 的中性盐雾测试试验后所有样件均表现良好未发现有锈蚀的现象（图6、图7）。

图6 钝化后样件盐雾试验效果图

图7 钝化后样件盐雾试验效果图

4.4 气候模拟测试

使用气候模拟试验箱对样件进行了气候模拟试验。设定的气候模拟条件为：高温85 ℃，保温时长16 h。低温-40 ℃并附加30%湿度，保温时长16 h。试验结束后所有样件均无明显异常（图8、图9）。

图8 气候模拟试验参数图

图9 样件进行气候模拟试验

4.5 附着力测试

对钝化后的部分样件进行了氟碳漆喷涂处理，并对漆层附着力进行了百格测试（图10），经过观察测试后无漆层掉落，附着力较钝化前表现优异，达到了《G/BT9286-1998 色漆和清漆 漆膜的划格试验》0级要求：切割边缘完全平滑，无一格脱落。

图10 样件进行百格测试

5 其他

在试验过程中发现部分经过阳极氧化处理的样件氧化膜异常，膜层结构不够致密甚至个别样件用手指去摸样件表面，会有黑色物质粘在手指上（图11）。

图11 阳极氧化膜发黑

6 结束语

通过三价铬钝化工艺获得的钝化膜厚范围为5～8 μm，膜层阻值均在0.5 Ω 以下，表现出良好的导电性。所有样件经96 h 中性盐雾试验后未发现有明显的腐蚀现象，表面三价铬钝化膜的耐腐蚀较强，符合常规工业产品要求。经16 h 高温85 ℃、16 h 低温-40 ℃并附加30%的湿度，总时长为168 h 的气候模拟试验后所有样件无异常，表面了膜层拥有较好的耐候性。另经过百格测试证明了膜层具有优异的附着力。但阳极氧化技术在压铸铝中应用仍存在问题，不能实现与铝型材一样的处理效果。目前市面上流通的各种智能手机的铝合金壳体均采用CNC 加工，这样加工成本高、周期长而之所以没有采用更有优势的压铸生产方式就是因为在工艺上没能解决压铸铝阳极氧化的问题。随着新技术、新工艺的应用，表面处理技术飞速发展，相信压铸铝阳极氧化的问题定会得到解决。