東莞鋁表面處理表面處理具有裝飾效果、防護性能和特殊功能,可以改善鋁及其合金導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、耐腐蝕以及光學(xué)性能等。因此,國內(nèi)外研究人員運用各種方法對其進行表面處理,以提高它的綜合性能,并取得了很大進展。目前,鋁及其合金材料已廣泛地應(yīng)用于建筑、航空和軍事等領(lǐng)域中。東莞鋁表面處理本文分類論述了鋁及其合金材料表面處理的主要方法。

1· 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理
金屬表面處理工業(yè)中的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理時使金屬與特定的腐蝕液接觸，在一定條件下，金屬表面的外層原子核腐蝕液中的離子發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成一層附著力良好的難溶的腐蝕生成物膜層。換言之，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是一種通過除去金屬表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一層防腐性能更好、與有機涂層結(jié)合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技術(shù)

1、   陽極氧化法
鋁的陽極氧化法是把鋁作為陽極,置于硫酸等電解液中,施加陽極電壓進行電解,在鋁的表面形成一層致密的Al2O3膜,該膜是由致密的阻礙層和柱狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成的雙層結(jié)構(gòu)。陽極氧化時,氧化膜的形成過程包括膜的電化學(xué)生成和膜的化學(xué)溶解兩個同時進行的過程。當(dāng)成膜速度大于溶解速度時,膜才得以形成和成長。通過降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。氧化膜的性能是由膜孔的致密度決定的。

2、  硬質(zhì)陽極氧化
  鋁的硬質(zhì)陽極氧化是在鋁進行陽極氧化時,通過適當(dāng)?shù)姆椒?降低膜的溶解速度,獲得更厚、更致密的氧化膜。常規(guī)的方法是低溫(一般為0℃左右)和低硫酸濃度(如<10%H2SO4)的條件下進行,生產(chǎn)過程存在能耗大、成本高的缺點。
改善硬質(zhì)陽極氧化膜的另一種方法是改變電源的電流波形。氧化膜的電阻很大,氧化過程中產(chǎn)生大量的熱量,因此,傳統(tǒng)直流氧化電流不宜過大,運用脈沖電流或脈沖電流與直流電流相疊加,可以極大地降低陽極氧化所需要的電壓,并且可使用更高的電流密度,同時還可以通過調(diào)節(jié)占空比和峰值電壓,來提高膜的生長速度,改善膜的生成質(zhì)量,獲得性能優(yōu)良的氧化膜。

3、復(fù)合陽極氧化
  復(fù)合陽極氧化法是一種新型的陽極氧化技術(shù)。日本的吉村長藏等往鋁陽極氧化液中添加一些難溶粉體,發(fā)現(xiàn)氧化膜的厚度,硬度均有很大變化。曾凌三、梁東[5]也做了類似的實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些難溶粉體表面帶電狀態(tài)和膜層表面之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),粉體沉積在膜層中,同時也有一部分粉體在機械攪拌作用下進入膜孔內(nèi),氧化膜的性能改變?nèi)Q于粉體的性質(zhì)和懸浮濃度

4、 化學(xué)氧化法
在一定溫度下，通過化學(xué)反應(yīng)在率零件表面生成一層薄的氧化膜，稱為綠的化學(xué)氧化法。廣義的化學(xué)氧化法包括重鉻酸鹽等氧化劑參與的化學(xué)氧化膜。這種方法不需要通過電流，工藝上的電化學(xué)氧化法要簡單，成本低。所生成的氧化膜很薄，一般膜的厚度約0.5~4um，膜層質(zhì)軟，耐磨性低，故不能單獨使用。膜層有較好的物理吸附能力，是涂層的良好底層，經(jīng)化學(xué)氧化后在涂裝所得的防護層，課大大提高鋁零件的防護能力。

5、   稀土轉(zhuǎn)化膜
顯示了良好的應(yīng)用前把鋁置于鉻酸鹽、錳酸鹽、鉬酸鹽等溶液中數(shù)分鐘,表面即可形成與鋁基體表面結(jié)合良好的轉(zhuǎn)化膜。其中應(yīng)用最廣泛的是鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜,但六價鉻有劇毒和致癌作用,在使用上受到嚴(yán)格限制,稀土轉(zhuǎn)化膜正是適應(yīng)當(dāng)前環(huán)保的要求而受到研究人員的關(guān)注。

Hinton等首先把7075鋁合金置于含有少量CeCl3的NaCl溶液中一段時間,發(fā)現(xiàn)鋁合金表面形成具有高耐蝕性的轉(zhuǎn)化膜。這種方法得到的轉(zhuǎn)化膜需要一周時間。在此后,國內(nèi)外的研究集中在減少成膜時間和改善膜層質(zhì)量上,并且已取得很大進展。總之,稀土轉(zhuǎn)化膜在機理、工藝方面還不成熟,有待于進一步研究,但它以其優(yōu)良的抗蝕性和工藝上無毒無污染的特點,顯示了良好的應(yīng)用前景。我國稀土資源豐富,更應(yīng)有廣泛的應(yīng)用價值。

稀土轉(zhuǎn)化膜在機理、工藝方面還不成熟，有待于進一步研究，但它以其優(yōu)良的抗蝕性和工藝上無毒無污染的特點，景。我國稀土資源豐富，更應(yīng)有廣泛的應(yīng)用價值。


1.1  有機硅烷化處理
有機硅烷化處理是近年來發(fā)展起來的一種新型金屬表面防護性工藝，由于無污染、處理件耐性蝕好，受到人們的青睞。該工藝是基于一種可水解生成硅醇的硅烷試劑。有機硅烷課與基底鋁合金形成極強的Me-O-Si鍵，而硅烷的有機部分又可與表面聚合物涂層（底漆）形成磷化底漆處理化學(xué)鍵結(jié)合，硅氧烷鍵的形成可大大提高表面聚合物涂層與基體鋁合金的結(jié)合力，同時也使鋁合金的抗腐蝕性得以提高。


1.2 微弧氧化法
微弧氧化又稱等離子體氧化,是在陽極氧化基礎(chǔ)上,在金屬基表面原位生長陶瓷層的一種表面處理技術(shù)。當(dāng)陽極氧化電壓達到某一臨界時,材料表面氧化層被擊穿,產(chǎn)生弧光放電,并產(chǎn)生瞬間高溫(>2000℃),氧化膜在高溫高壓作用下熔融,等離子弧消失后,熔融物激冷而形成非金屬Al2O3陶瓷層[10]。該陶瓷層厚達200μm以上,最高硬度達3000HV以上,并且耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊等性能均優(yōu)于陽極氧化膜。微弧氧化的機理目前還不完全清楚,但它具有工藝簡單,不引入毒物,氧化膜性能優(yōu)良而受到人們重視。

硅烷化處理傳統(tǒng)上采用浸涂工藝，把鋁合金浸入在這種稀得硅烷溶液中一定時間，隨后在一定溫度下固化，即可在鋁合金表面形成幾百米厚的涂層(固化比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)變涂層薄的多)，該涂層可以有效的防止鋁合金發(fā)生各種形式的腐蝕。胡吉明等采用電化學(xué)技術(shù)在LY12鋁合金表面沉積制備了十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）膜。反射吸收光譜表明，DTMS硅烷試劑與鋁合金基體表面發(fā)生了化學(xué)鍵合作用，生成SiOAl鍵實現(xiàn)成膜。電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試結(jié)果表明，與開路電位下相比，采用陰極電位沉積方法得到的硅烷膜的耐腐蝕性能有明顯提高。

1.3  電泳涂漆處理
電泳涂漆起源于日本，實際也是在陽極氧化基礎(chǔ)上的一步深加工處理。電泳涂層兼有陽極氧化膜和聚合物涂層雙層有點。電泳涂漆是把共建和對應(yīng)電極放入水溶性樹脂制成電泳漆液中，接上直流電源后，在電場的作用下，涂料在工件上沉積形成均勻膜的一種工藝，具有漆膜均勻、附著力強、涂料利用率高、施工速度快等有點。而且對于異形型材也有很好的涂裝效果。

 1.4  磷化底漆處理
在鋁合金表面涂磷化底漆是在鋁磷化的同時形成漆膜，磷化底漆本身不能單獨起到底漆作用，是一種表面預(yù)處理方法，主要用在不能進行陽極氧化或化學(xué)氧化部件。

 磷化底漆的基料，組分一以聚乙烯醇縮丁醛樹脂為主，加有鉻酸鹽等防銹顏料和助劑，組分二為磷酸，使用前將兩組分按規(guī)定比例混合均勻，噴漆在鋁板表面時一部分磷酸與金屬鋁結(jié)合，使金屬表面和涂層系統(tǒng)中的底漆具有良好的結(jié)合能力。但是，磷化底漆對施工條件要求高，稍不小心，就會造成漆膜變脆，造成大規(guī)模掉漆的嚴(yán)重后果。

二、激光處理

    利用高能量激光器在鋁合金表面進行熔覆處理是近幾年發(fā)展起來的一種表面改性技術(shù),通過激光處理,可以提高其耐磨性、耐蝕性和耐熱性。激光處理通常有兩種方法:一種是對預(yù)涂覆的涂層進行激光重熔處理。另一種進行激光熔覆的方法是直接送粉熔覆。由于鋁對紅外激光的高反射率直接送粉進行激光熔覆是極為困難的,李言祥、沈文指出了激光熔覆陶瓷層的機理和工藝條件:在激光輻照鋁表面的同時,送粉位置適當(dāng)情況下,在基體上方產(chǎn)生等離子弧,該弧與激光束(功率密度≥5×104kW/cm2)共同作用,可成功實現(xiàn)陶瓷熔覆。

3·離子注入

離子注入法是70年代發(fā)展起來的一種表面改性技術(shù),目前已成功地在鋼、鈦合金等基體表面注入Ti、C、N等元素,提高了基體材料的耐磨性和耐蝕性,并已投入到生產(chǎn)中。近幾年,研究人員也進行了在鋁材表面進行離子注入的研究,取得了一定進展。司云森、孫勇等[15]研究了在H2SO4溶液中,表面注入Pb的鋁電極的電化學(xué)性能。該實驗表明:在H2SO4溶液中,離子注入鉛的鋁電極具有良好的耐腐蝕性能,有望把鋁或鋁合金的應(yīng)用范圍推廣到濕法冶金和電鍍等行業(yè)。

4·熱噴涂

   針對鋁合金硬度低、耐磨性差,受損時失效快等缺點,熱噴涂的高抗磨性正好可以彌補它的這些缺點.熱噴涂層中所含的氧化物、氮化物等第二相粒子均可增加涂層硬度,提高耐磨性,而涂層孔隙尚能保持一層潤滑膜,還能容納因磨損所產(chǎn)生的碎屑,從而使接觸面積保持清潔,起到減磨作用。

清華大學(xué)李言祥等研究了鋁基體首先等離子噴涂復(fù)合陶瓷涂層,然后激光二次熔覆氧化鋁粉末。大連理工大學(xué)的徐榮正等采用電弧噴涂工藝在6061鋁合金基體表面噴涂高純鋁涂層,結(jié)果表明,電弧噴涂技術(shù)可以在6061鋁合金基體表面形成均勻、致密、孔隙率低、結(jié)合良好的高純鋁涂層;高純鋁涂層耐腐蝕性較好,對鋁合金基體起到了保護作用,涂層經(jīng)過封孔工藝處理后保護作用更好。

三、離子束處理

1　、復(fù)合技術(shù)

現(xiàn)在使用更多的是一種所謂的復(fù)合技術(shù),就是集合各種技術(shù)的優(yōu)點,避免其缺點,從而得到更加理想的表面處理結(jié)果。如加弧輝光技術(shù)、離子束聯(lián)合濺射技術(shù)等,離子束聯(lián)合濺射技術(shù)中將磁控濺射與離子注入,離子濺射結(jié)合有速度快、溫度低、結(jié)合力好等優(yōu)點.還有將激光與濺射結(jié)合等。

2　、等離子體浸沒離子注入
針對鋁合金早期離子注入技術(shù)主要用于氮離子注入,注入層較淺,改性效果有限的缺點。近幾年的研究中人們發(fā)現(xiàn)在離子注入氮的同時注入Ti、Ta、Zr等強氮化合物形成元素,可以改善注入效果,金屬等離子體基離子注入對此提供了有效的方法.哈爾濱工業(yè)大學(xué)的廖家軒等[在離子注入氮的基礎(chǔ)上進行了等離子體基離子復(fù)合注入氮和鈦的嘗試,發(fā)現(xiàn)鋁合金表面硬度、摩擦系數(shù)及耐磨性都顯著改善,粘著磨損程度顯著減輕.此外,哈爾濱工業(yè)大學(xué)的湯寶寅等人通過在不同溫度下對6061鋁合金分別進行了氮、氧等離子體浸沒離子注入處理,氮與氫混合氣體等離子體浸沒離子注入處理,以及在氮氣氛中的鈦或鋁等離子體浸沒離子注入與沉積處理,通過對得到的表面改性層的分析研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)氧離子注入處理后,抗磨性能顯著改善;經(jīng)高溫氧離子注入試樣的耐磨壽命最長;經(jīng)氮、氫離子混合注入處理后鋁合金的表面性能更優(yōu),摩擦系數(shù)可降到至0.1,耐磨壽命提高了約5倍


3　、雙層輝光離子滲金屬
雙層輝光離子滲金屬技術(shù)是太原理工大學(xué)徐重教授發(fā)明的一項具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)在美、英、澳、日等國取得了專利權(quán),其原理是在真空室內(nèi)設(shè)置陰極和源極,利用輝光放電現(xiàn)象濺射出源極上的金屬粒子,沉積到陰極(工件)上,利用轟擊和熱擴散在工件表面形成滲鍍合金層,達到改善材料表面性能的目的。利用該技術(shù)在鋁合金的表面滲鍍鈦等合金元素達到了改善鋁合金表面性能的目的。

4、磁控濺射
磁控濺射是一種高速率低基片溫升的成膜新技術(shù),沉積顆粒一般在納米級,應(yīng)用非常廣泛。王齊偉等通過直流平面磁控濺射系統(tǒng),在6063鋁合金上鍍覆一層(TixAly)N硬質(zhì)薄膜,來增強了鋁合金的表面強度。薄膜的成分主要以TiN、Ti3AlN形式存在,結(jié)合良好;顯微硬度明顯提高,膜層表面均勻且致密性良好。李華平等利用磁控濺射系統(tǒng)在6061鋁材上制備了3μm的AlN薄膜,達到了納米級。XRD、橢偏測試及耐壓測試結(jié)果表明,AlN膜為具有良好取向的多晶薄膜,擊穿電壓高達100 V/μm.利用自動劃痕儀對AlN膜進行剝離實驗,臨界載荷為6 N左右