张红军

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001）

铝合金硬质阳极氧化前处理工艺改进

张红军

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001）

针对传统铝合金硬质阳极氧化前处理工艺的不足之处，对其进行优化改进，以酸性脱脂清洗替代原工艺的碱蚀、酸蚀两道工序，新的工艺流程是：脱脂→水洗→非氧化部位遮蔽→酸性脱脂清洗→水洗→阳极氧化→水洗→封闭→去除遮蔽→清理包装。新工艺简化了流程，实现了常温前处理工艺操作，消除了氧化膜发花、露底的不良现象，拓宽了工艺操作范围，延长了溶液的使用周期，最终提高了工件合格率，降低了材料成本。

铝合金；硬质阳极氧化；前处理；脱脂；酸洗；质量

Author’s address:Henan Pinggao Electro Co., Ltd., Pingdingshan 467000, China

铝合金硬质阳极氧化膜由于具有硬度高、耐磨性强、耐热性高、电绝缘性好、制造成本低等优点，克服了铝合金本身在表面硬度、耐磨性能方面的缺陷，扩大了铝合金的应用范围，延长了其使用寿命，因而在现代工业中得到了广泛应用。在高压电器产品的主要导电回路中，电连接、屏蔽件、可动导体等工件通常采用6063-T6铝合金材料，某些部位要求硬度高、绝缘屏蔽性能好，为此需要进行局部硬质阳极氧化处理。然而在生产过程中经常出现一定比例或批量零件氧化膜发花、露底等不合格质量问题，对工件质量、材料成本及生产进度造成一定影响。因而探讨如何提高铝合金硬质阳极氧化膜质量，对高压电器行业有着重要的意义。

1 传统铝合金阳极氧化工艺

1.1 工艺流程

铝合金工艺流程由前处理、电镀、镀后处理三部分组成，包括：脱脂→水洗→非氧化部位遮蔽→碱蚀→水洗→酸洗→水洗→氧化→水洗→封闭→去除遮蔽→清理包装。

镀前处理是关系到产品质量的关键工序，碱蚀和酸洗是铝阳极氧化前处理中的重要环节，直接影响着氧化膜的结合力和外观质量。

1.1.1 碱蚀

碱蚀的主要目是去除铝合金表面的油脂、自然氧化膜及其他污物。常用碱蚀液组成和工艺条件如下：

碳酸钠 30 ～ 40 g/L

磷酸钠 25 ～ 35 g/L

氢氧化钠 40 ～ 50 g/L

表面活性剂 10 ～ 15 g/L

温度 60 ～ 70 °C

时间 1 ～ 3 min

碱蚀液主要由烧碱及多种有机添加剂组成，工艺要求加温到65 °C左右方可进行处理。随着碱蚀的进行，碱蚀溶液中铝的溶解量会逐渐增加，而当其增加到一定程度，将影响碱蚀效果和后续工序的处理质量，这时补加碱蚀液已不起作用，碱蚀溶液需要整槽更换，一般情况下1个月更换一次。

1.1.2 酸洗

酸洗是为了清除碱蚀后工件表面形成的氧化物颗粒和其他杂质，使工件基体裸露出来，为后续的电镀做好准备。一般情况下，酸洗液6个月更换一次。

酸洗液组成和工艺条件如下：

浓硝酸 650 mL/L

温度 室温

时间 1 min

1.2 主要缺点

(1) 工件合格率较低，只有60%。

(2) 工序多、工艺流程长，各工艺参数控制严格。

(3) 工艺复杂，操作范围窄。

(4) 溶液使用周期短，材料成本高。

(5) 能耗高，污染工作环境。

2 硬质氧化膜质量不合格的原因分析

工件局部阳极氧化处理过程中，其遮蔽材料采用的是热熔胶，其中不含有机溶剂，在一定温度下熔化后可重复使用。由于阳极氧化前处理中的碱蚀液温度高达65 °C，易造成工件遮蔽层开裂、脱落，一方面导致非氧化部位上形成氧化层，另一方面遮蔽层中残留溶液流出造成氧化膜发花、露底、边界不清晰等不良现象(见图1)。因硬质氧化膜硬度较高，靠机械打磨清理不掉，故不合格件只有采用化学处理方法退掉全部氧化膜层后重新返工。

图1 改良前铝合金工件表面硬质氧化膜的发花现象Figure 1 Blurring of hard oxide film on aluminum alloy workpiece before technological improvement

3 优化的硬质阳极氧化前处理工艺

3.1 改良思路

由于铝合金前处理工艺普遍存在以上不足，因此决定从降低前处理溶液温度、延长其使用寿命方面入手，对前处理工艺进行优化改进。

大量的工艺对比试验发现，常温酸性脱脂清洗剂具有脱脂和腐蚀能力，可除去铝合金工件表面的油脂、自然氧化膜及其他杂质，而且由于是酸性溶液，可进一步净化表面，使得工件呈现基体本色，不会对工件产生过腐蚀现象，是集铝材表面脱脂、腐蚀、酸洗为一体的多效处理溶液，可在常温(15 ～ 35 °C)条件下操作，使用简单、方便。这样，原来工艺要求的碱蚀、酸蚀两道工序可简化为一道工序。

改良前后的工艺试验见表1。由于酸性脱脂清洗剂是常温操作，不需要添加任何设备，仅在原阳极氧化生产线的空槽中直接配制，按照新的工艺参数要求作业，即可完成后续电镀处理。

表1 改良前后工艺试验的结果Table 1 Test results of original and modified processes

3.2 改良后的工艺流程

脱脂→水洗→非氧化部位遮蔽→酸性脱脂清洗→水洗→氧化处理→水洗→封闭→去除遮蔽→清理包装。

其中酸性脱脂清洗剂(用纯净水配制)的组成和工艺条件如下：

磷酸 10 mL/L

硫酸 20 mL/L

活化酸A 20 mL/L

表面活性剂B 20 g/L

温度 室温

时间 1 ～ 3 min

3.3 改良后的工件质量

改良后所得工件的外观如图 2所示。采用新的工艺流程进行硬质阳极氧化，所得氧化膜层致密、光亮、边界清晰，没有出现遮蔽层开裂、脱落情况。于2014年7-12月期间对改良后的阳极氧化线的工件质量数据进行分析，结果见表 2。可见，采用新工艺后，一次终检合格率均在 99%以上，氧化膜层合格率有较大提高，降低了工件废品率，解决了生产难题。

图2 改良后铝合金工件表面硬质氧化膜的外观Figure 2 Appearance of hard oxide film prepared on aluminum alloy workpiece by the modified process

表2 工艺改良后工件合格率的统计Table 2 Statistics of the rate of qualified products after technological improvement

3.4 改良前后的成本对比

槽液按1 000 L配制，碱蚀剂和清洗剂均为30元/kg，硝酸5元/kg，按照6个月时间计算材料成本，结果见表3。在6个月内，光药剂费就节省了19 250元。

表3 改良前后的成本对比Table 3 Cost comparison before and after technological improvement

新的酸性脱脂清洗槽从2014年7月份起使用至今近一年了，平时只是根据消耗情况定期补加，一直没有更换，随着使用时间延长，节约的材料费用更加显著。由此可见，工艺改良后无论是工件质量、生产效率，还是制造成本等方面，都发生很大的变化，带来了可观的经济效益和社会效益。

4 结语

新工艺具有以下优点：

(1) 简化了工艺流程，一步实现碱蚀、酸蚀的功能。

(2) 在低温或者常温处理，节约了能源，并改善了工作环境。

(3) 工件合格率和生产效率均大幅提高。

(4) 实现了溶液的可持续使用，减少了废液的排放量，降低了污水处理压力。

(5) 工艺简单、操作范围宽，节约了生产制造成本。

(6) 工艺通用性广，适用于类似铝合金镀锡、镀银的前处理。

采用酸性脱脂清洗剂完全满足铝阳极氧化工件前处理的质量要求，而且消除了遮蔽层开裂、脱落的不良情况，保证了工件质量。

[1]郝留成, 廉继英, 周瑛, 等.6063铝合金材料镀银层脱落原因及其解决途径[J].铸造技术, 2009, 30 (10)： 1350-1352.

[2]罗耀宗.提高铝合金电镀结合力的探讨[J].电镀与环保, 2003, 23 (5)： 11-12.

[3]曾领才, 文伟, 谢辉.铝及铝合金电镀前处理工艺的改进[J].电镀与涂饰, 2012, 31 (3)： 15-17.

[ 编辑：温靖邦 ]

Improvement of pretreatment process for hard anodic oxidation of aluminum alloy

ZHANG Hong-jun

Aiming at the disadvantages of traditional pretreatment process for hard anodic oxidation of aluminum alloy, an improvement was conducted.The previous alkaline etching and pickling are replaced by one-step acidic degreasing.The modified process flow is： degreasing → rinsing → masking the non-oxidation area → acidic degreasing → rinsing → anodic oxidation → rinsing → sealing → demasking → finishing and packaging.The modified process simplifies the procedure, realizes operation ate normal temperature, eliminates the defects of blurring and uncoverage, widens the ranges of process parameters, and extends the service lives of baths, improving the passing rate of workpiece and reducing the production cost.

aluminum alloy; hard anodic oxidation; pretreatment; degreasing; pickling; quality

TG178

A

1004 - 227X (2015) 13 - 0737 - 04

2015-04-30

2015-06-26

张红军（1975-），男，河南鲁山县人，本科，工程师，多年从事高压电器行业表面处理方面工作，主要研究电镀、涂装、焊接等工艺，解决与之相关的生产技术难题，有丰富的工作经验，所研究的工艺项目多次获得市级、省级科学技术进步奖，在专业期刊上发表论文10多篇。

作者联系方式：(E-mail) ddjs@pinggao.com。