草酸盐

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草酸钛钾用于铝及铝合金瓷质阳极氧化工艺的研究
2015-11-5    :www.caosuanyan.com    0

    肖 鑫 , 张 德 忠2 ,钟 萍 2,杨 艺 娟
    (1.湖南工程学院化学化工系,湖南湘潭411101;2.武汉材料保护研究所,湖北武汉430030
    〔摘 要 」对铝及铝合金在磺基水杨酸槽液中及另一有机酸槽中进行二次氧化,获得了装饰效果良好的瓷质氧化膜
    分析研究了各工艺参数对膜层性能的影响。该工艺操作简单,工艺范围宽,无污染,所得膜层性能好。
    〔关 键 词 」 阳极氧化;铭及其合金;瓷质氧化;二次氧化
    【中 图 分 类号1 'WA74.42 「文献标识码1 A 「文童编-%1 1001_1560(2001)12 - t t132- 0 3

    0 前言
    为了 提 高 铝及铝合金的使用性能,通常要对其进行阳极氧化[1-31。根据生成氧化膜的特性,常将铝及铝合金阳极氧化分为一般阳极氧化、硬质阳极氧化、瓷质阳极氧化等。其中,瓷质阳极氧化是利用铝及铝合金在电解液中生成阳极氧化膜的同时,将一些灰色物质吸附在正在成长的氧化膜中,从而获得6一201-厚、均匀、光滑以及光泽不透明的类似瓷釉和搪瓷色泽的氧化膜。这种氧化so度高、耐磨性好,抗蚀性优于一般氧化膜,f泛应用于精密仪器仪表零件的装饰与防护,日用品、炊具及家用电器的装饰。
    目前 ,瓷 质 阳极氧化常采用铬酸法和草酸钦钾法[2-,也开发了混酸瓷质阳极氧化工艺[’],但成本高,氧化条件要求苛刻,或存在环保问题,其应用受到一定限制。为了解决以上难题,本研究开发了一种新的瓷质阳极氧化工艺,采用二次氧化,所得膜层质感强,色泽均匀,装饰效果好,且耐蚀性优良
    1 实验
    1.1 实验材料
    实验 所 用 铝合金牌号为3003,试片尺寸为100a anx 5 0二 、
    4-
    收稿日期]2003一08一18
    1.2 工艺流程
    铝件 ~ 中 温脱脂、水洗,酸蚀一水洗、出光、水洗~一次氧化~水洗、二次氧化~水洗、封闭,水洗~吹干、检验。
    1.3 外观及性能检测
    1.3.1 外观
    目测 法 。 色泽均匀,类似瓷釉即为满意。
    1.3.2 耐蚀性检测
    采用 硫 酸 铜点滴试验进行检测。用脱脂棉将试片擦净,在氧化屑】表面方奇卜3滴l0%lYaoH溶液,30,后擦净,在该处滴1一3滴硫酸铜溶液【C60,"5 H 20 2 0g /i.,浓HC1(p =1.19g /cm')20m1/L],硫酸铜在试片上开始变色时间为16 min,说明其耐蚀
    性好口
    1.3.3 厚度检测
    用涡 流 测 厚仪进行检测,测量前先校准仪器。
    2 结果与讨论
    2.1 一次氧化的影响
    经优 化 筛 选实验,采用以磺基水杨酸为主的一次氧化液,其工艺规范如下:
    磺基 水 杨 酸60一100留L,稳定剂2一10& /L,时间20m in,电压24- 29 V,电源为脉冲直流电源,温度20一30℃,电流密度。.5一。.9 A/dm2,极板为不锈钢板工艺 中 , 稳定剂是一种有机酸,该有机酸对金属离子有良好万方数据
    铝及铝合金瓷质阳极氧化工艺的研究
    0 侧幻钊月‘
    日蕊\侧脸
    的配位作用。当槽液中积累大量的Al" ,Co t+等金属离子时,稳定剂与金属离子生成稳定的配合物,从而延长槽液的使用寿命。同时,稳定剂可有效提高氧化槽液的温度上限,降低氧化膜的再
    溶解速度。
    (1) 磺 基 水杨酸的浓度对膜层颜色的影响见表to表 1 礴 蓦 水 杨 酸的 浓度对膜层颇色的影响
    Ta ble 1 E fe ct s试 伪ec mtmt试sdpharica cid皿 。 习价 O P 由犯 ‘ 佣 山 9
    0 0.2 0.4 0.8 0.8 1.0 1.2
    电流 密 度 / (A 面 一劝C成益水场酸
    /(9·【’)膜层颜色
    60 7 0 -80 e0篡} 灰色,色泽均匀.鲜艳灰白色乳白色,不太 均匀
    从表 1 可 知,磺基水杨酸的浓度控制在70一90g /L时,膜层
    颜色为理想的灰色,且色泽鲜艳均匀
    (2) 一 次 氧化温度对膜层颜色、耐蚀性的影响。一次氧化采用脉冲电源,它只对膜层的灰度有影响,而不影响膜层的黄色其影响的趋势为随着温度的升高,膜层颜色变浅,这是由于温度升高,反应速度加快,反应粒子在膜层含量少而引起的。表2列出了温度对膜层颜色、耐蚀性的影响表 2 温 度 对 腆 层 颜 色 、 耐 蚀性的影响Ta ble 2 F伟rf5了 tYm11%'ahne.犯 -4or and corr%ion - iNxnrr温度/℃
    ..且O nM 卜月.上1
    巴二、民瑙
    瓷质膜颜色
    耐蚀性/而n
    18全20
    灰褐色
    21-24
    暗灰色
    25-28
    ?Tct20
    28-3
    灰白色
    图 2 电 流 密 度 与 厚 度 的关 系
    Fig .2 R elationshipb etweene ursentde nsitya ndth icknessof th eor ating
    由图 l,图 2和表3可以看出,电流密度在0.4-0.8A /dm2时所得膜层厚度在最高值,且瓷质膜为均匀的灰色。
    2.2 二次氧化的影响为了 提 高 瓷质氧化膜的耐蚀性和装饰效果,在有机酸中进行二次阳极氧化,其工艺规范如下:
    有机 酸 6 0g /L,温度40一46℃,时间10n un,电流密度2一5A/dtn2,电压15一25 V,极板为铅板
    (1) 温 度 对膜厚的影响 随着温度升高,膜厚增大,当温度升到某一范围内时,膜厚达到最高值。图3为温度与膜厚的关系图。由图3可知,温度在40℃时,膜厚达到最大值,而此时颜色较浅,装饰性较差,温度在47℃以上,颜色又太深,因此温度控制在40一46℃为宜,此时瓷质膜为均匀鲜艳的灰黄色。
    从表 2可 知,在25一28℃氧化时,所得颜色最佳,耐蚀性也最好。
    (3) 电 流 密度对膜层颜色、厚度、耐蚀性的影响 本研究所用氧化电源为脉冲直流电源,随着电流密度的增加,膜层颜色加深,膜层耐蚀性提高,这是由于电流密度升高,反应速度加快,单位时间内形成氧化物增多,膜色泽变深,所生成的膜层致密。图I、图2为电流密度与膜层厚度、耐蚀性的关系。表3为电流密度
    对瓷质膜颜色的影响10 20 30 40 50 5(
    二 次 氧 化 液 温 度 /℃
    图 3 二 次 氧 化 液 温 度 对 膜 厚 的 影 响
    Fig .3 E fe cts d t h es eco ndo xidisingte mperatuerm thethic kn es so fth e - irn g
    (2) 电 流 密度对膜层耐蚀性的影响 二次氧化对瓷质氧化膜的耐蚀性影响较大,电流密度与氧化膜层耐蚀性的关系见图4。由图4可知,电流密度在4.5 A/drtt2之后再升高时瓷质膜的耐蚀性下降原因是交流电氧化所得膜层孔隙率较高,膜层溶解nU S 曰U
    2 1 1
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    电 流 密 度 /(^
    0.8 1.0
    .面2)
    口喇曰、塑豆一臼
    图 1 电 流 密 度 与 耐 蚀 性 的关 系
    纯 1 Rehuiomh中betweenc urrentd ensitye ndm rmsiovr esistance
    表 3 电 流 密 度 对瓷 质膜颇色的影响
    Table 3 Effects of current density on color浦cerandnlt7ce丽 由 劝吧 阴 白 吧
    电流密度/
    山n
    0.2-0.3 0 .4 一0.8 0 .8 以上
    01
    3.0 3. 5 4. 0 4. 5 5. 0 5. 5 6.0
    电 流 密 度 / (A "d n 约
    瓷质膜颜色乳白色到灰白色
    灰色瓷质膜,
    色 泽均匀
    暗灰色,不鲜艳
    图 4 二次氧化电流密度对膜层耐蚀性的影响
    Fig.4 Ef" ofm nentd ensityd t hes reomlo xidisingo n
    cor ors ion r e sis tan ce o f th ec oaitng
    万方数据
    铝及铝合金瓷质阳极氧化工艺的研究加快,使膜层表面粗糙多孔,耐蚀性自然卜降。因此二次氧化时适宜的交流电电流密度为2一5 A/dn}'o
    2.3 膜厚与耐蚀性的关系
    经过 二 次 氧化后,瓷质氧化膜膜厚与耐蚀性关系见表4.
    表 4 膜 厚 与 耐 蚀 性 的 关 系
    Ta ble4 Relaitonshipb etweenU dcl} andc orrosionr esistance
    3 结论
    瓷质氧化膜厚八un 5.0 7 .8 9 .0 10 .0 10.6在磺 基 水 杨酸混合槽液及另一有机酸槽中进行二次氧化,开
    发了一种新的铝合金瓷质阳极氧化工艺,所得瓷质氧化膜为灰黄色,装饰效果好,耐蚀性优良,硬度高,绝缘性好;消除了铬酸,工艺易控制;采用二次氧化法,氧化一着色一步完成,目氧化时间缩短仅30 min,膜层厚度为9一13 lem,具有较高的应用价值耐蚀性/例n <5 6 12 20 刀
    2.4 其他因素的影响
    一次 氧 化 液加人添加剂是为了提高电解液的导电能力,同时有助于电解发色,当添加剂含量取低值时,氧化膜颜色较深。由丁磺基水杨酸易发生氧化还原反应,稳定性较差,加人稳定剂可减少磺基水杨酸的消耗,提高一次氧化液的使用寿命;一次氧化液和二次氧化液中山于铝的溶解,导致溶液中铝离子升高,电压随之升高,膜层颜色变深,当铝离子浓度达到5g/L以上需采用离子交换法除去铝离子,以获得质量良好的瓷质氧化膜。
    参考文献
    暨调和,曾凌三,张国芝.建筑铝型材的阳极氧化和电解着色〔M〕
    长沙:湖南科学技术出版社,1994.
    曾华梁,吴仲达,秦月文,等.电镀工艺于册LM」.北京:机械工4伙ti版社1989
    暨调和我国铝型材氧化着色现状和以展趋势[J]电镀与精饰1999,21(4):1
    韩夏石,薛方勤,郭忠诚,等混酸法瓷质阳极氧化工艺的改进Al电镀与涂饰,2001,20(6):22--23 〔资任编辑:魏兆军]


    《国家重点行业清洁生产技术定向目录》第二批电镀行业相关技术介绍
    编号技术名称适用范围主要内容投资及效益分析采 用 可 靠 的 镀 铜 前 脱 脂 除 锈 工 艺 ,如 砂洗 、电 解 热 碱 洗 、电 解 酸 洗 等 ,再 采 用 优 化 的无毒 气保护焊4f 制造镀铜气体保 镀铜液,确保化学置换反应稳定可靠,最终 投资约100万兀,(u]收期1.5双线化学镀铜技术护焊焊丝使镀铜质量达到国家镀铜焊丝优等品标准。-2.0年该技 术 无 任 何 毒 性 ,比 氰 化 电 镀 在环 保 上 有
    明 显 优 势氯化钾镀锌技术各 种钢铁零件电镀锌抓化 钾镀锌技术无氰无毒无铁 镀液中的 主要设备与氰化镀锌、碱性锌氯化钾对锌虽有络合作用,似L:主要是起导酸盐镀锌相同,投资相近,但原电作用,氯的存在有上阳极溶解。其镀液料费用可降低1/30槽液无氰无稳定,电流效率高,沉积速度快,镀层结品细毒无按,减少污染,废水处理费微光亮废水易于处理用低镀 锌层低铬钝化技术机 电、仪表、机机械dd件和日用五金零件等产品的电镀处理镀锌 层对铁基金属有很好的保护作用,但锌是活险很强的两it金属,需用铬酸进行钝化处理。低铬钝化液与高铬钝化液不同,它的钝化膜不足在空气中形成,而是在溶液中形成,囚此,其钝化膜致密,耐蚀性高低铭 钝化与高铭钝化的设备相同,但低铬饨化铬酸浓度低,因Ih]铬的流失率低,可使清洗水中流失的铬减少80%,降低原料成本废水中六价铬浓度低,处理费用低同时也减少污染
    镀锌镍合金技术镀 锌层 在 大 陆 性 气 候 条 件 下 防 护 性 较 好 , 设 备 l 氰化镀锌、氰化钾镀锌
    钢 板、车辆、家用 但在海洋性气候,1,易被腐蚀.镐镀层在海 相同,投资相近,镀锌镍合金技电器和食.日,包装盒洋性气候条件下,耐蚀性能好,但福的毒性术的生产成本较低,防护性能等产品的电镀处理人,污染严重。锌镍合金镀层具有良好的防高.可焊性好,毒性降低,污染减护性 , 且 可 减 少 氢脆 和 锅 脆 少
    耐磨 、耐 腐 蚀 等 钢低 铬酸镀硬铬技 铁零部件,以及修复
    术磨损的零部件和切削 过度 的工 件通过 将原镀铬液中铭醉浓度由250扩L降低至150 g/L以下,严格控制下艺,获得硬度ITV 900以卜的铬层.竹省资源可 利用原有设备,无需投资,原料利用率高,成本降低,低铬酸镀硬铬工艺产生的铬雾气体和铬件带出液中含铬量减少1/3以上,处理费用降低,有利于环境保护。

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