【工藝知識】鋁材表面處理工藝大全介紹

2017-07-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

總則

表面處理:它是通過機械和化學的方法處理后,能在產(chǎn)品的表面上形成一層保護機體的保護層。在自然界中能達到穩(wěn)定狀態(tài),增加機體的抗蝕性和增加產(chǎn)品的美觀,從而提升產(chǎn)品的價值。表面處理種類的選擇首先要從使用環(huán)境,使用壽命,人為欣賞的角度出發(fā),當然經(jīng)濟價值也是考慮的核心所在。

表面處理的流程包括前處理,成膜,膜后處理。包裝,入庫。出貨等工序,其中前處理包括機械處理,化學處理。

機械處理包括噴吵,拋丸,打磨,拋光,打蠟等工序。機械處理目的使產(chǎn)品表面剔除凹凸不平,補救表面其它外觀不良現(xiàn)象。化學處理使產(chǎn)品表面的油污銹跡去除,并且形成一層能使成膜物質(zhì)更好的結(jié)合或和化成活性金屬機體,確保鍍層有一個穩(wěn)定狀態(tài),增加保護層的結(jié)合力,從而達到保護機體的作用。

鋁材表面處理

鋁材常見的化學處理有鉻化,噴漆, 電鍍,陽極氧化,電泳等工藝。其中機械處理有拉絲,拋光,噴吵,打磨等工藝。

第一節(jié) 鉻化

鉻化會便產(chǎn)品表面形成一層化學轉(zhuǎn)化膜,膜層厚度在 0.5-4um,這層轉(zhuǎn)化膜吸附性好,主要作為涂裝底層。外觀有金黃色,鋁本色,綠色等。這種轉(zhuǎn)化膜導電性能好,是電子產(chǎn)品的最好選項,如手機電池內(nèi)導電條,磁電設備等。該膜層適合所有鋁及鋁合金產(chǎn)品。但該轉(zhuǎn)化膜質(zhì)軟,不耐磨,因此不利于做產(chǎn)品外部件利用。

鉻化工藝流程:

脫脂—>鋁酸脫—>鉻化—>包裝—>入庫

鉻化適合于鋁及鋁合金,鎂及鎂合金產(chǎn)品。

品質(zhì)要求:

1)顏色均勻,膜層細致,不可有碰傷,刮傷,用手觸摸,不能有粗糙,掉灰等現(xiàn)象。

2 )膜層厚度0.3-4um 。

第二節(jié),陽極氧化

陽極氧化:可以使產(chǎn)品表面形成一層均勻,致密的氧化層,(Al2O3 。6H2O 俗名鋼玉)這種膜能使產(chǎn)品的表面硬度達到(200-300HV),如果特種產(chǎn)品可以做硬質(zhì)陽極氧化,產(chǎn)品表面硬度可達 400-1200HV,因而硬質(zhì)陽極氧化是油缸,傳動,不可缺的表面處理工藝。

另外這種產(chǎn)品耐磨性非常好,可做航空,航天相關(guān)產(chǎn)品的必用工藝。陽極氧化和硬質(zhì)陽極氧化不同之處:陽極氧化可以著色,裝飾性比硬質(zhì)氧化要好的多。施工要點:陽極氧化對材質(zhì)要求很嚴格,不同的材質(zhì)表面有不同的裝飾效果,常用的材質(zhì)有6061,6063,7075,2024 等,其中,2024 相對效果要差一些, 由于材質(zhì)中CU 的含量不同,因此7075 硬質(zhì)氧化呈黃色,6061,6063 呈褐色,但普通陽極氧化6061,6063,7075 沒多大的差別,但2024 就容易出現(xiàn)很多金斑。

一,常見工藝

常見的陽極氧化工藝有拉絲霧面本色,拉絲亮面本色,拉絲亮面染色,霧面拉絲染色(可染成任何色系)。拋光亮面本色,拋光霧面本色,拋光亮面染色,拋光霧面染色。噴吵亮面本色,噴吵霧面本色,噴沙染色。以上鍍種均可用在燈飾器材上。

二,陽極氧化工藝流程

除油—>堿蝕—>化拋—>中和—>黎地—>中和

陽極氧化—>染色—>封孔—>熱水洗—>烘干

三,常見品質(zhì)異常判斷

A 表面出現(xiàn)花斑。這種異常一般是由于金屬調(diào)質(zhì)不好或材質(zhì)本身太差所至,處理辦法,重新熱處理?；蚋鼡Q材質(zhì)。

B 表面出現(xiàn)彩虹色。這種異常一般陽極作業(yè)失誤所致。,上掛時松動,造成產(chǎn)品導電不良。,處理辦法,退電重新陽極處理。

C,表面碰傷,刮傷嚴重。這種異常一般是由于運輸或加工過程中,作業(yè)大意所致,處理辦法,退電,打磨再電。

D,染色時表面出現(xiàn)白點。,這種異常一般是由于陽極作業(yè)時,水中有油,或其它雜質(zhì)所致。

四,品質(zhì)標準

1) 膜厚5-25um ,硬度在200HV 以上,封孔實驗色變率小于5%

2 ) 鹽霧實驗在36 小時以上,且能達到9 級以上CNS 標準

3 ) 外觀不能有碰傷,刮傷,彩云等現(xiàn)象。表面不能有掛點,發(fā)黃等不良現(xiàn)象

四,壓鑄鋁,如A380,A365,A382 等均不能做陽極氧化

第三節(jié),鋁材電鍍工藝

一,鋁及鋁合金材料的優(yōu)點

具有導電性好,傳熱快,比重輕,易于成型等優(yōu)點,但鋁及鋁合金有硬度低,不耐磨,易發(fā)生晶間腐蝕,不易焊接,等缺點,影響到使用范圍。故為了揚長避短,現(xiàn)代工業(yè)中,利用電鍍解決了這一問題。

二,鋁材電鍍的優(yōu)點

1) 改善裝飾性,

2 ) 提高表面硬度與耐磨性

3 ) 降低摩擦系數(shù),改善潤滑性。

4 ) 提高表面導電性能。

5 ) 提高耐蝕性(包括與其它金屬組合)

6 ) 易于焊接

7 ) 提高與橡膠熱壓合時的結(jié)合力。

8 ) 提高反光率

9 ) 修復尺寸公差

由于鋁是一個比較活潑的金屬,被電鍍物均比鋁材活潑性強,因此,電鍍前,必須做相應的化學轉(zhuǎn)化,如浸鋅,鋅鐵合金,鋅鎳合金,而使鋅及鋅合金底層有良好的結(jié)合力的中間層氰化鍍銅層。壓鑄鋁由于機體結(jié)構(gòu)疏松,打磨時,不能打磨掉機體表層部份,否則出現(xiàn)針孔,吐酸,脫皮等現(xiàn)象。

三,鋁材電鍍的工藝流程為

脫脂—>堿蝕—>活化—>鋅置換—>活化—>電鍍(如鎳,鋅,銅等)—>鍍鉻或鈍化—>烘干。

1、常見的鋁材電鍍鍍種有

鍍鎳(珍珠鎳,沙鎳,黑鎳),鍍銀(面銀,厚銀),鍍金,鍍鋅(彩鋅,黑鋅,藍鋅),鍍銅(青鼓銅,白錫銅,堿銅,焦銅,酸銅),鍍鉻(白鉻,硬鉻,黑鉻)等。

2、常見鍍種的用途

1) 鍍黑色,如黑鋅,黑鎳,等均用在光學電子及醫(yī)療器械上。

2 ) 鍍金,銀是電子產(chǎn)品的最好導體,同時也能提高產(chǎn)品的高等裝飾性,但價格比較昂貴,一般均用在電子產(chǎn)品導電方面,如高精電線端子等的電鍍。

3 ) 銅,鎳,鉻是現(xiàn)代科學領域中最普及的混合鍍種,不管在裝飾性,抗蝕性,均是目前世界上最普及的鍍種。價格低廉,可用在運動器材,燈飾,大部份電子行業(yè)中。

4 ) 銅系鍍種中,白錫銅是七八十年代發(fā)展起來用于環(huán)保形鍍種,白色亮麗,是首飾行業(yè)的首選。青銅(鉛錫銅可做仿金,因而是比較好的裝飾性鍍種)但銅的防變色性比較差,因而發(fā)展比較慢。

5 ) 鋅系電鍍:鍍鋅層呈青白色,易溶于酸,堿。由于鋅的標準電位比鐵負,對鋼鐵而言,可提供可靠的電化學保護。在工業(yè)大氣,海洋性大氣中使用的鋼鐵制品均可選擇鋅作保護層。

6 ) 硬鉻,在一定的條件下沉積的鉻鍍層有很高的硬度和耐磨性,硬度達到HV900-1200kg/mm ,鉻是常用鍍層中硬度最高的鍍層,可提高零件的耐磨性,延長使用壽命。如工,模,量,卡具,等。因此該鍍種是氣缸,油壓,傳動系統(tǒng)不可缺少的處理方式。

3、常見異常及改善措施

1) 脫皮:a 鋅置換不好,時間過長或太短,改善措施,重新確定置換時間,槽液溫度,槽液濃度等作業(yè)參數(shù)。

b ,活化不夠,改善措施,改變活化方式。

c 前處理不徹底,工件表面有油,改善措施,加強前處理。

2 ) 表面粗糙:a,電鍍液光劑,柔劑,針孔劑量不適,重新調(diào)整助劑數(shù)量。

b 機體表面本身粗糙,重新打磨后再電鍍。

3 ) 表面發(fā)黃屬低電位走勢不正,改變裝掛方式。加適量的走位劑。

4 ) 表面起毛齒:電鍍液太臟,加強過濾,作適當?shù)牟垡禾幚怼?/span>

4、品質(zhì)要求

1) 外觀無發(fā)黃,針孔,毛刺,起泡,碰傷,刮傷等不良現(xiàn)象。

2 ) 膜厚 15um 以上,鹽霧實驗48 小時,達美軍標9 級以上,電位差130-150mv 區(qū)間。

3 ) 結(jié)合力能通過60 度彎曲實驗。

4 ) 特殊環(huán)境的產(chǎn)品,可做相應的變動。

5、鋁及鋁合金電鍍操作注意事項

1) 鋁零件電鍍宜用鋁合金作掛具;

2 ) 鋁及鋁合金經(jīng)過浸蝕后的各道工序必須快速進行,工序之間的間歇時間越短越好,以免重新氧化;

3 ) 第二次浸鋅時間不能過長,以免造成過腐蝕;

4 ) 水洗必須洗干凈;

5 ) 電鍍過程中要防止中途斷電。

第四節(jié),鋁材的涂裝

涂裝分為浸涂,噴涂,淋涂,滾涂和刷涂等,其中以浸涂和噴涂為主,浸涂也就是電泳涂裝,它采用電化學方法將有機樹脂的膠粒沉積在工件的表面上,形成透明或各種色系的有機涂層。其中,陰極電泳是七十年代發(fā)展起來的新工藝也是浸涂行業(yè)中主要工藝。優(yōu)點耐蝕性好,抗變色性能強,結(jié)合力好的特點。噴涂分為粉體涂裝和液體涂裝,其中靜電涂裝是目前業(yè)界中比較流行的工藝。

一,涂裝工藝范圍

由于涂裝抗蝕性好,價格低廉,色系多(可以做任何不同顏色)它適合于所有鋁件材質(zhì),但素材結(jié)構(gòu)太松如翻沙產(chǎn)品,需刮灰作業(yè),相對品質(zhì)也要較差。

1、靜電涂裝的工作原理

在泵浦的作用下,使涂料進入電場,涂料顆粒帶負電。在霧化氣壓的作用下,使涂料變的更細和均勻然后在工作氣壓的作用下,涂料在旋杯或噴嘴的作用下,均勻的噴撒在工件的表面上。由于在同一垂直面上,噴槍和工件的距離是相等的,同一界面電場強度也是一樣的,因此正負電荷相吸,工件表面上就涂覆了一層均勻的有機樹脂涂層。然后在高溫烘烤的條件下,樹脂達到流平和固化的狀態(tài)。牢固的鑲嵌在工件的表面上,達到保護工件的作用。

2、鋁材涂裝工藝流程

機械打磨—>脫脂—>除氧化膜—>鉻化—>噴粉或液—>烘烤—>下掛—>全檢—>包裝—>入庫

1)粉液體作業(yè)常見異常及處理辦法

現(xiàn)象	造成原因	糾正預防措施	備注
桔皮	1、粉噴太厚;2、烤爐溫度不匹配;3、粉質(zhì)量太差	1、調(diào)整噴槍吐出量2、調(diào)整溫度3、改換粉質(zhì)量	液體噴涂時出皮時1、油漆性能配2、作業(yè)時有飛濺到工3、油漆粘度
掉漆	1、前處理太差2、溫度不夠,沒烤干3、粉本身結(jié)合力不好	1、加強前處理2、調(diào)整溫度3、調(diào)整粉體質(zhì) 量	液體出現(xiàn)掉漆1、前處理不當2、溫度不當3、底漆和面漆差值太大。
露底	1、粉體噴的太薄或沒噴到2、機械前處理不徹底	改換作業(yè)方式	同前
色差	1、粉體本身2、作業(yè)方式不標準	改換作業(yè)方式	液體時;1、底漆和面漆本身。2、油漆粘度,噴涂厚度。
流掛	1、粉質(zhì)量不好2、粉噴太厚	改換作業(yè)方式	調(diào)整槍距,調(diào)整吐出量。
針孔	1、前處理不好,工件上有油2、噴涂太薄	1、調(diào)整前處理各工序處理時間,化驗前處理各藥液含量是否標準2、更換相關(guān)工序的水	液體相同

2)品質(zhì)標準參考

項目	品質(zhì)標準	測試依據(jù)
顏色	以樣板為標準,色差小于1.5E	依客戶要求而定
硬度	大于2H	GB6739-86
耐沖擊	50kg/cm2	GB/T1732
彎曲實驗	工件對折45度	ASTMD522
附著力	百格	ASTMD3002
鹽霧實驗	500小時	抗蝕10年
冷熱實驗	冷,熱各168次	變性10年
外觀	依客戶要求	依客戶要求
膜厚	粉體80-120um,液體30-40um	抗變色10年
耐沸水	耐沸處理1.5h	GB/T17748

第五節(jié),鋁材化學鍍

一,化學鍍原理

化學鍍是在無電流通過(無外界動力)時借助還原劑在同一溶液中發(fā)生的氧化還原作用,從而使金屬離子還原沉積在零件表面上的一種鍍覆方法。所以化學鍍可以敘述為一種用以沉積金屬的,可控制的,自催化的化學還原過程,其反應通式為:

二,化學鍍的特點

隨著工業(yè)的發(fā)展,化學鍍己成為一種具有很大發(fā)展前途的工藝技術(shù),同其它鍍覆方法比較,化學鍍具有如下特點:

1) 可以在由金屬,半導體和非導體等各種材料制成的零件上鍍覆金屬。

2 ) 無論零件的幾何形狀如何復雜,凡能接觸到溶液的地方都能獲得厚度均勻的鍍層。

3 ) 對于自催化的化學鍍來說,可以獲得較大厚度的鍍層,甚至可以電鑄。

4 ) 無需電流。

5 ) 鍍層致密,孔隙少。

6 ) 鍍層往往具有特殊的化學,機械性能。

由于化學鍍有很多的優(yōu)點,因此化學鍍越來越在工業(yè),電子業(yè)界中發(fā)展速度較快。下面以化學鍍鎳為例做如下介紹:

1)化學鍍鎳由于用次磷酸鈉作還原劑,因此一般獲得的鍍層為鎳磷合金。依含磷量不同可以分為低磷(1%-4% )中磷(4%-10%)和高磷(10%-12%)。從不同的PH 值的鍍液中可獲得不同含磷量的鍍層,在PH=4-5 時,可獲得中磷和高磷合金。從弱堿性液中PH=8-10 中可獲得低磷和中磷合金。含磷在8%以上的NI-P 合金是非晶態(tài)鍍層,因無晶界所以抗腐性能特別優(yōu)良。通過熱處理300-400 度變成非晶態(tài)與晶態(tài)的混合物時硬度可達HV=1150 ,化學鍍熱處理后硬度接近硬鉻的硬度,是替代硬鉻層的理想鍍層,又是可在鋁上施鍍的好鍍種(可適合所有鋁及鋁合金產(chǎn)品,包括鍛造,壓鑄,鋁型材等)。缺點:該鍍種脆性大,但經(jīng)熱處理后的產(chǎn)品可塑性大大提高。(一般經(jīng)400 度以上的熱處理四小時,其可塑性改善好多)

2)鋁材化學鍍鎳工藝流程:

超聲波除油—>除氧化膜—>第一次鋅置換—>和化—>第二次鋅置換—>化學鍍鎳—>鈍化—>超聲清洗—>烘烤—>全檢—>包裝

3 ) 不合格鍍層的退除:

鋼,鋁,銅,塑膠等化學鎳退層均可用濃硝酸退除。但零件要經(jīng)干燥后入槽,若帶入水分將導致基體金屬過腐蝕。工作溫度在35 度以下。

4 ) 品質(zhì)要求:

a 、膜厚在5-30um區(qū)間

b、鹽霧實驗達到24小時以上,達CNS標準9 級以上。

c、通過60 度彎曲實驗,無脫皮現(xiàn)象

d 、外觀無碰傷,刮傷,水跡等不良現(xiàn)象。

e、膜層均勻,不能有霧狀,白點,露鍍現(xiàn)象

三,常見異常處理

異?，F(xiàn)象	可能產(chǎn)生的原因及糾正方法
反應慢,沉積速度低	1)PH值低,用NH4OH調(diào)整2)溫度過低3)次磷酸鈉含量不足,分析補充
鍍液反應激烈,呈沸騰狀,出現(xiàn)深灰色鎳粉(鍍液自然分解的象征)	1)裝載量過大2)溫度過高或局部過熱鍍液掉入金屬屑或固體粒子3)次磷酸鹽含量過高4)PH值過高
槽壁和槽底沉積有金屬鎳	1)局部溫度過高2)槽襯破損,顯露基體金屬,更換槽
鍍液中亞磷酸未達到額定含量而發(fā)生亞磷酸鎳沉淀	1)PH值太高2)絡合劑不足,應給補充
鍍層發(fā)暗	鍍液被鋅,銅等金屬雜質(zhì)污染,可用低電流密度處理,或適當補充次磷酸鈉后用廢件進行處理,直至鍍層正常為好
鍍層有麻點	氫氣停留在零件上,可攪動槽液或抖動工件來避免
鍍層易剝落	1)鍍前處理不徹底2)溫度波動太大

第六節(jié),鍍層使用條件的分類及選用

從防腐蝕的要求來看,表面處理的設計應做如下考慮:

1) 貴金屬(金,鉑),含鉻在18%以上的不銹鋼,磁性合金材料,以及鎳銅合金等,一般不需要再加防護層。

2) 碳鋼,低合金鋼和鑄鐵制造的零件,在大氣中容易腐蝕,應加保護層。

3) 銅和銅合金制造的零件,根據(jù)不同的使用條件,采用光亮酸洗,鈍化,電鍍或涂漆保護等。用磷青銅或鈹青銅制造的精密零件可以不進行表面處理。

4) 鋁和鋁合金制造的零件,可以采用陽極氧化和封閉處理。不適于陽極氧化的小零件,可采用化學氧化處理。鑄造鋁合金可采用涂漆防護。

5) 鋅合金制造的零件,可以采用磷化,鈍化,電鍍或涂漆防護。

第七節(jié),鋁材的電泳處理

鋁材的彩色電泳涂裝是一種新穎的表面處理工藝。它采用電化學方法將有機樹脂的膠體粒子沉積在零件上,形成透明或各種顏色的有機涂覆層。根據(jù)電泳漆中的樹脂粒子電離后帶電狀況的不同,可分為陽極電泳(樹脂粒子電離后成負離子)及陰極電泳(樹脂粒子電離后成正離子)。

電泳涂覆層的耐腐蝕性能極其優(yōu)良(能通過中性鹽霧試驗400 小時以上),抗變色性強;與基體金屬的結(jié)合力好,可進行各種機械加工;涂覆層色彩鮮艷,根據(jù)用戶的要求可以配制成各種顏色,常見的有金色,咖啡色,槍色,黑色等;與油漆比,施工性能好,對環(huán)境的污染和危害小。因此應用在汽車外殼及各種配件,自行車車把及配件,各種日用小五金配件,家具,工藝品等。由于陰極電泳比較先進,下面我們以陰極電泳作為我們介紹的主要課題;

陰極電泳涂裝是一復雜的電化學和膠體化學過程。電泳漆本身是一個膠體和懸浮體的多組分體系,存在著彌散相(樹脂,顏料微粒)和連續(xù)相(水)二種組分。陰極電泳的四種過程:

1、電泳帶正電的水溶性樹脂粒子及其吸附的顏料,向陰極移動。

2、電沉積帶正電的樹脂粒子到達零件(陰極)表面放電,形成不溶于水的沉積層,經(jīng)烘烤后形成漆膜。

3、電滲水份從沉積層滲析而出,當含水量下降到5%-15%時,即可烘烤。

4、電解水被直流電電解,放出氫氣與氧,由于電解導致滲透力下降,影響漆膜外觀,降低漆膜附著力,增加電耗,因此,減弱水的電解是很必要的。

電泳的工藝流程:

脫脂—>除氧化皮—>鉻化—>電泳—>烘干—>包裝

現(xiàn)象	產(chǎn)生原因	糾正方法
桔皮或表面粗糙	電壓過高溶液溫度過高固體分過高極距太近烘烤加溫太快PH 值過高	降低電壓降低溫度稀釋溶液加大極距壓縮空氣吹干后再烘烤用有機酸調(diào)整
針孔或麻點	固體分過低PH 值過低清洗水不干凈溶液電導率太高膜厚太薄電鍍表面針孔烘烤溫度太快	調(diào)整至工藝范圍降低溶液酸度換清洗水超濾去掉雜質(zhì)離子增加電泳電壓或時間杜絕有針孔零件入槽壓縮空氣吹干后再烘烤
火山口或油點	工件上附有油漬槽液面有油漬顆粒污染電壓高,膜層厚	加強除油工序防止槽液被油污染加強循環(huán)過濾和超濾降低電泳電壓和時間
彩虹	膜層太薄	增加電泳電壓
顏色不符	膜層太厚或太薄調(diào)配涂料時,顏色比例錯溶劑太多,滲透能力差,膜層厚薄不均	選擇合適的工作電壓和時間嚴格按工藝配方配制電泳漆調(diào)整溶劑含,使其符合工藝規(guī)范
不規(guī)則圖形	前處理不徹底	加強前處理工序
硬度不夠	烘烤時間短或溫度低	嚴格按工藝規(guī)范進行
涂裝面點狀或片狀顏色差異	零件有針孔或砂眼色料乳化攪拌不勻表面有水液水滴未干即烘烤電泳前水洗不徹底	杜絕不合格工件下槽加強電泳漆攪拌用壓縮空氣吹干用壓縮空氣吹干加強入槽前零件的清洗