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表面处理阳极工艺介绍_图文

MPCT(Metal Plastic Connection Technology) Department

阳极
1.阳极简介及工艺流程。 2.主要工艺参数。 3.品质要求。 4.阳极设备及挂具。 5.工艺问题分析。
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阳极氧化简介
1.阳极氧化:铝及其合金等工件做阳极,铅或石墨等耐 腐蚀导电材料做阴极,在一定浓度(如硫酸、草酸、 铬酸等)的导电溶液中,通过外加电压、电流作用, 使其表面生成一层一定厚度(8-12um),具有良好的力 学性能、硬度、耐腐蚀、耐磨性、绝缘性、吸附性等 特性的氧化铝膜。

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阳极线工艺流程
脱脂 预浸 化抛 剥黑膜

阳极 氧化

剥黑膜

脱脂

退遮蔽

酸洗

染色

封孔

烘干

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阳极前预处理阶段
? 1.通过脱脂、化抛、剥黑膜等处理,去除其表面的油

污、脏物、氧化皮、重金属杂质等,使铝基体裸露出 来,为阳极氧化创造良好的环境。

脱脂

预浸

化抛

剥黑膜

剥膜黑

脱脂

退遮蔽

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脱脂(也称除油)
? 1.为什么进行脱脂处理?
? 在机械冷加工过程中使用的切削油,冷却液,磨削用的油膏等附着在

工件表面,造成阳极氧化槽液的污染,也造成氧化膜成长不均,疏松, 质量大大下降。同时会影响后面的染色不均,染不上色等等问题。 ? 2.脏污来源分析?
加工类型 加工方式 切削加工 粗磨 机械冷加 工 精磨、研磨、抛光 粘附的污垢 金属屑、粉粒(尘)、润滑冷却液 磨料粉尘、磨屑、润滑冷却液 磨料粉尘、油膏

冷轧加工
冷压加工(拔丝、拉 伸、冲压)

氧化皮、粉尘、润滑油
油脂

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脱脂
操作条件: ? 脱脂原理 1.脱脂槽液浓度55±5g/L。 ? 1.皂化作用:皂化反应是皂化油与除油液中的 2.温度:55±5 ℃。 3.时间:1.5±0.5min。 碱性物质发生化学反应而生成肥皂和甘油的过 4.药品R105:硼砂(Na B O 程。 <25%)、焦磷酸钠(Na PO (RCOO)3C3H5+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)3 <45%)。 ? 若R=17,即为硬脂酸钠(肥皂),硬脂酸钠能溶 (注:硼砂、焦磷酸钠既是 助洗剂,也作为缓蚀剂, 于水,是一种表面活性剂,对油脂溶解起促进 可抑制金属表面被腐蚀。)
2 2 4, 3 4,

步骤: 1.脱脂。(时间3min) 2.水洗。(时间30±5s) 3.水洗。(时间30±5s) (注意:脱脂后要用水将工 件表面清洗干净,否则残 留的油污会影响阳极氧化 膜的质量。)

作用。 ? 2.乳化作用:矿物油或其他不可皂化油是不能 用碱皂化的,但它们在表面活性剂的作用下能 被乳化而形成乳浊液而除去。乳化是使两种互 不相溶液体中的一种呈极细小的液滴分散在另 一种液体中形成乳浊液的过程 ? 3.易溶原理:油污易融进有机溶剂里达到除油 效果。

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1.脱脂方式有哪些?

重点分析水机乳化清洗剂除油:乳化是使两种互不相溶液体中的一种呈极

细小的液滴分散在另一种液体中形成乳浊液的过程

水基乳化剂是一种混合物。包含:表面活性剂、助洗剂、缓蚀剂。 ? 2.表面活性剂 ? (1)阴离子表面活性剂:在水中电离出带负电的活性基团。 ? 常见有(油酸钠C17H33COONa、十二烷基磺酸C12H25SO3Na、十二烷基本磺酸钠 C12H25— —SO3Na) ? (2)阳离子表面活性剂:铵盐、季铵盐,去污较差,但杀菌强,高效抗静电剂。 ? (3)两性表面活性剂。 ? (4非离子型表面活性剂:不电离、稳定性好,在金属表面不吸附,容易清洗, 残留液少,水洗性好,最理想的金属工件清洗剂。 MPCT(Metal Plastic Connection Technology) Department

化抛
操作条件: 1.槽比重1.68-1.74(磷酸浓 度85 ﹪)。 2.温度:82±5 ℃。 3.时间:50-100S。 4.化抛后光泽管控:55—70。
步骤: 1.预浸。(处理时间10s,常 温,槽液为旧的化抛槽液) 2.磷酸化抛。(注意控制温 度82±5 ℃ ) 3.热水洗。(时间15±5s) 4.水洗。(时间30±5s) 5.水洗。(时间30±5s

? ? ? ?



化抛原理: AL2O3+2H3PO4=2ALPO4+3H2O 2AL+2H3PO4=2ALPO4+3H2 作用:用磷酸进一步去除铝及 其合金表面的污物,并将铝合 金表面自然氧化膜去掉,使铝 基体裸露出来,方便后来的阳 极氧化。同时,化抛还有整平 的作用,可以使喷砂过来的工 件表面进一步整平,是表面纹 理更好。

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铝的抛光处理
? 化抛又名化学抛光,通过化学处理,出去产品表面的杂质、自

然氧化膜、脏污,同时可以使一定粗糙度的表面变得更加光滑 平整,获得一定的光泽度。
? 机械抛光包括磨光、抛光、镜面抛光以及滚光、刷光等机械操

作。
? 电化学抛光又称电解抛光,是一种常用的获得光亮平整的方法,

尤其适合铝合金零部件的镜面抛光。
抛光处理

机械抛光

化学抛光

电化学抛光

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关于化抛的应用

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剥黑膜
操作条件: 1.HNO3浓度(体积比 25%—35%)。 注:硝酸浓度在80%一下, 不和铝发生反应。 2.时间:60s 3.温度:常温 步骤: 1.剥黑膜(1min)。 2.水洗(30±5S) 3.水洗(30±5S) 4.光泽抽测(光泽度管控 55—70)
? 1.作用原理

? 在磷酸化抛后,会使工件表面残留一层黑

灰色的膜(铜、镍、锰、铁、硅等不溶于 磷酸的金属)之后用硝酸处理: ? 3A+8HNO3=3A(NO3)2+2NO+4H2O ? (A代表铜、镍、锰)加入铬酸处理。
2? ?

Cr2O7 ? NO ? 6H ? ? 2NO3 ? 3H2O ? 2Cr 6?

除去反应过程中产生的NO气体。 ? 工艺:1.硝酸(200-350mL/L)、铬酐 (515g/L) 1-3min 2.硝酸(300mL/L)、氢氟酸 (100mL/L) 5-15s 3.铬酐(100mL/L)、硫酸 (10mL/L) 1min.

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退遮蔽
操作条件: 1.退遮蔽清洗剂:S-02(脱漆 剂)。 2.温度:80±2℃。 3.时间:17.5±2.5min。 4.PH值:1-3。 5.超音波开启。 步骤: 1.去遮蔽(17.5±2.5min) 。 2.热水洗(15±5S,温度 70±5 ℃)。 3.水洗(30±5S)。 4.水洗(30±5S)。

? 作用 ? 去除logo,iphone上面覆盖的油

墨层,方便后面的阳极氧化。 ? 使用药品:S-02除油除蜡剂,成 分:三乙醇胺(调整PH值)、 乙二醇单丁醚、醋酸、柠檬酸 (10%) ? 注意:去遮蔽后要先用热水清洗,

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阳极前预处理问题点分析
? (1)脱脂未脱干净,工件表面仍有油污,会造成阳

极氧化时氧化膜酥松,质量下降,致使后面染不上色 或造成大块白斑。 ? (2)脱脂后水洗不足,工件上有残留液,也会造成 氧化膜质量下降,染不上色,块状白斑出现。 ? (3)化抛后光泽度无法达到管控要求,原因:化抛 槽液的浓度太低或者槽液已经变质。(更换槽液) ? (4)剥黑膜后水洗一定要将残留的酸液清洗干净, 否则残留的NO3-会污染阳极槽液,使氧化膜变得疏松。
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阳极氧化
操作条件:(一阳) 1.硫酸(H2SO4)浓度: 200±5g/L 2.温度:19±1℃ 3.时间:30min 4.电压:15V 5.电流密度:1A/dm2 步骤: 1.氧化前水洗。 2.阳极氧化(30min)。 3.水洗(30±5S) 4水洗(30±5S) 5水洗(30±5S)

? 阳极氧化原理
铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下,由于 外加电流的作用下,在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的 过程.阳极氧化如果没有特别指明,通常是指硫酸阳极 氧化。 通电 ? ? H O ? ?? ? H ? OH 1 水电解: 2 2.阴极:

H ? ? 2e ? H 2 ?
?

3.阳极: OH

? 2e ? ?O?? H ?

2 AL ? 3[O] ? AL2O3
注意:这个反应很快,在通电几秒钟就可以生成一层很 薄无孔、致密的、附着力很强且具有高绝缘性的氧 化膜(膜厚约0.01—0.1um),持续通电,膜层不断 增厚。 这一过程伴随着膜的溶解,使铝表面形成大量的小孔:

Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O
3.

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阳极氧化膜的生长过程
铝及铝合金在阳极氧化过程中,氧化膜的电化学生成和化学溶解是同时发生的,(1)

开始阶段,膜的生成速率>溶解速率,膜层不断变厚;(2)慢慢的,由于生成的氧化
膜具有绝缘性,电阻增大,电流密度减小,膜的生成速率减慢,当生成速率=溶解速率 时,膜层不在增厚。 氧化膜的成长示意图

电流密度一定,电压随时间的关系

Al2O3.H2O

多孔層

A

B C

阻擋層 鋁基件

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分析致密的无空层A区、多孔层C区的形成:

新鲜的酸溶液 富Al3+的液体
负电

? 图二中A区:在通电后几秒中,就会在铝表面生成一层致密 无孔的氧化膜,也称之为阻挡层;特点:坚硬,牢固。

图二中B区 膜孔的出现 阳极电压达到最大值后开始有所下 降,这时由于阻挡层膨胀而变得凹凸不平,凹处电阻较小而 电流较大,在电场作用下发生电化学溶解,以及溶液侵蚀的 化学溶解,凹处不断加深而出现孔穴,这时电阻减小而电压 下降。

图一
? 图二中C区:氧化膜孔隙的形成可通过电渗现象来解释(图 一)。部分孔壁水化氧化膜带负电, ? 新鲜的酸溶液从孔中心直人孔底,在孔底处因酸溶液的溶 解而形成富Al3+的液体,带正电。在电场作用下发生电渗 流,使富Al3+液体只能沿孔壁向外流动,而新鲜溶液又从 中心向底部补充,使孔内液体不断更新,结果孔底继续溶 解而加深。沿孔壁向外流动的高Al3+液体对膜已失去溶解 能力,因此随氧化时间的延续,使孔不断加深,逐渐形成 多孔层。

图二

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氧化膜的孔隙作 用 1.多孔膜:具有良好的吸附性,阳极后可染成各种颜色,获
电压/V 孔隙数108个/cm2

得良好的装饰性外观。 硫酸15%(质量 2.多孔膜的厚度可达 0.5-250um ,孔隙率12% —30%,面密度大 草酸25℃ 铬酸50℃ 磷酸25℃ 8 电解液 分数) ℃ 约( 4—5)*10 个10 /mm2 。
15 772 20 518 30 277 20 357 40 116 60 58 20 228 40 81 60 42 20 188 40 72 60 42

从电子显徽镜观察证实,阳极氧化膜由阻挡层 和多孔层所组成。阻挡层是薄而无孔的,而多 孔层则由许多六棱柱体的氧化物单元所组成, 形似蜂窝状结构。每个单元的中心有一小孔直 通铝表面的阻挡层,孔壁为较致密的氧化物。 注:从上面的数据中可以得出结论(1)与其它酸相比,采用硫酸阳极时,膜孔隙数多,吸附性好;(2)当条件一 氧化物单元又称膜胞,图 26—3所示是铝在4% 定时,电压越低,生成的膜的孔隙数越多,吸附性越好。 磷酸中120V电压下形成的氧化膜结构模型。

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阳极后处理
? 通过染色,封孔等工艺,获得良好的外观及质量。

染色前处 理

染色

封孔

烘干

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染色前处理
? ? ? ? ?

操作条件 药品:R400 浓度50±5g/L 温度:25±2℃ PH值:1.8-3 R400成份(氨基磺酸50%、 烟酸20%、醋酸钠25%、 碳酸氢钠5%)

? 1.为什么要进行染色前处理? Al2O3膜生成后,並不宜立刻染色,因Al2O3為 無機物質,而染料為有機物質,兩者之間結合不 易.所以必須於染色前在工件表面覆蓋一層兼具 無/有機物質化性的即“界面活性剂,以利Al2O3 染料結合。

2染色前处理原理
? 步骤 ? 1.超音波染色处理 (5min)。 ? 2.水洗(30s)。 ? 3.重复(一阳重复1.2两次, 二阳重复一次)。 ? 4.水洗(30s)。

染色前處理原理圖 表面活性物質

氧化膜層

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染色
? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ?

操作条件 1.温度40±2℃ 2.PH值5.2-5.5 3.染料浓度 BK420∶BK411=1∶1 (g/L) 4.PH稳定剂5ml/L 步骤 1.染色120-360s。 2.水洗30s。 3.检查色差。 4.水洗30s。 5.水洗30s。

? 染色工艺分析
1.严格控制PH值5.2-5.5,过酸过碱都可能 使染料变性。 2.染色槽温度因保持稳定。 3.注意及时补充染料,保证浓度。 4.染色应该在阳极后立即进行,不能间隔 太久。在氧化后,要仔细用冷水(避免 温度升高,膜自动封孔)清洗掉残留酸 液。 5.染色前不得用手接触工件,任何油污, 液体吸附在氧化膜上都会影响染色的质 量。

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封孔
? 操作条件 ? 1.药品:R500浓度7-

12g/L ? 2.温度:95±5℃ ? 3.PH值:5-6 ? 4.封孔时间25min
? ? ? ? ?

? 封孔原理 ? 1.高温沸水封孔,氧化铝结合水分子形成 ? ? ? ? ?

步骤 1.封孔(25min) 2.水洗30s 3.水洗30s(抽检色差) 4.超音波热水洗 (60±10℃,2min)

水合物,形成晶体; ≥80℃,生成AL2O3.H2O; Al2O3十H2O → 2AlOOH →Al2O3·H2O <80℃,生成AL2O3.3H2O Al2O3十3H2O → 2AlOOH十2H2O → Al2O3 · 3H2O 水合物体积膨胀,增加33%或100%,从 而使膜孔封闭。

? 2.醋酸镍封孔剂的填充,在80-100℃ 的

沸水中,(CH3COO)2Ni发生水解,生成氢 氧化镍Ni(OH)2沉淀。填充并附着在膜孔 上,从而达到封闭效果。

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封孔工艺分析
? 1.温度影响,≥80℃生成AL2O3.H2O ;<生成AL2O3.3H2O,

前者的稳定性,耐磨性优于后者。 ? 2.PH值的影响:PH<5.5,封闭速率急剧下降; PH<4 时,几乎无封闭作用;但PH>6.5,就容易在其表面产 生白色粉状沉淀。(PH值可用氨水、氢氧化钠、醋酸 等来调节) ? 3.采用蒸馏水的封闭要比自来水封闭效果好得多,自 来水中的CL-、SO42-、PO43-、SiO32-等会抑制封闭过程, 产生有害影响。

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烘干
? 操作条件 ? 1.设备烘箱 ? 烘干 ? 1.将产品放入烘箱内,烘箱温度 设定

? 2.温度70℃
? 3.时间20min

? 步骤
? 1.烘干前热纯水洗

70℃。封箱温度不能太高,否则膜易 产生裂纹。 ? 2.烘干前必须用热水洗,提高工件的 温度,避免工件因过冷而产生裂纹。

(70±5℃,30s) ? 2.烘干(烘箱温度 70℃)。

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三 .陽極設備及挂具
? 陽極 生產線(槽體,天車,水電供排水系

統) ? 整流器 ? 冰水機 ? 烘干設備 ? 鈦挂具 ? 抽風裝置
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陽極生產線主線

陽極生產用的挂具

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