铸造铝合金表面处理方法的研究进展

杜云龙

摘要：通常情况下，潮湿的环境会加速铝的腐蚀，这不仅使铝的表面变得粗糙，也会对铝的使用产生一定影响。本文基于保护环境、满足市场对材料的需求的情况，阐释了若干有效解决办法，为铸造铝合金表面处理技术提供借鉴与参考。

关键词：铝合金;表面;处理方法

铸造铝合金有许多优点，如相对密度低、比强度高、弹性高、易成型及价格低等，越来越多的应用到建材、汽车、船舶、航天及电子等领域[1]。但是铸铝一般硅含量较高，在其表面容易生成不均匀的氧化膜，由于铜和硅元素的加入，使铸铝合金零件的耐蚀性明显降低。另外，其表面容易磨损，装饰性和耐脏性差，不能长久保持表面光泽，使其表面处理增加了难度。

1铝合金氧化的原因

铝合金的主要成分是铝，但在日常的生产生活中，铝的密度小，本身极易氧化，氧化膜非常薄，大约0.01um～0.02um，色泽不均匀。铝合金氧化分为化学氧化与阳极氧化两种。化学氧化生成的氧化膜较薄，厚度约为0.5um～4um。具有多孔，吸附能力强，质地柔软而不耐磨等特点，化学氧化分为酸性和碱性两种。阳极氧化分为普通硫酸阳极氧化、高速阳极氧化等多种氧化形式。铝合金分为很多种，如铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金等。一般来说，铝合金的阳极氧化相对要复杂一些，它的阳极氧化膜中一般有氧化铝成分，并且在其他金属成分发生阳极氧化现象后，也会反应出一些氧化物。此外，铝合金阳极氧化膜中还有一些元素如金属物质和金属化合物。

2提高铸造铝合金表面耐蚀性的方法

2.1阳极氧化法

铸造铝合金阳极氧化法，是一种氧化膜的生长与溶解的动态平衡过程，阳极氧化时要尽量促使氧化膜的生长大于表面膜层的溶解。影响氧化膜的生长有许多因素，如除油方式、抛光液的选择、搅拌速度、电流密度、电解液温度及杂质离子等都会对氧化膜产生较大影响，需要在实验中不断尝试，找到各自及相互的影响规律，才能确保氧化膜层的质量。国内外的研究者主要从电解液浓度、电流密度、温度及氧化时间等方面进行了大量的研究，有利于减少氧化膜的烧损，并使氧化膜易于生成。常用的铸铝合金主要是Al-Si基铸铝合金和Al-Mg基铸铝合金。Al-Si合金中Si的质量分数为4%～22%，是铸造铝合金中品种最多、产量最大、用途最广的一类合金。硫酸阳极氧化工艺是较为常见的工艺方法，通常在化学抛光工艺中，Al-Si合金由于硅存在的缘故，难于被氧化，它以单质的形式镶嵌在阳极氧化膜内，对氧化膜的生成不利，使硅组织容易偏析，导致表面出现“挂灰”现象。李珍芳对ZL102铝合金进行硫酸阳极氧化，得出前处理对铸造铝合金阳极氧化膜的质量有较大影响，改进前处理后消除了“挂灰”现象，氧化膜的厚度增加了，耐蚀性也得到了明显的提高。SUN等利用阳极氧化与稀土沉积相结合的方法对A356铝合金进行了研究。实验结果表明，制备的氧化膜对A356铝合金基体有极好的保护作用。随着铝镁制品工业的不断发展，人们开始探讨各种方法，使其达到使用要求。硬质阳极氧化法就是其中一种最为常用的表面处理方法，该法用于A1-Mg系铸造铝合金的报道较多。由于Al-Mg系铸造铝合金镁含量较高，会使生成的Mg2O3等产物严重影响氧化膜的质量，顾林等对ZL301铝合金在4种不同的电解液中进行硬质阳极氧化，得出利用脉冲电源进行阳极氧化能够提高氧化膜硬度和成膜速度，改善了表面耐蚀性。张金涛等在LY12铝合金表面制备了阳极氧化膜，在封闭的过程中加入了稀土盐硝酸铈。研究表明，Ce离子的存在有效抑制了铝合金基体腐蚀的发生与发展，使其具有好的长效耐蚀性。

2.2微弧氧化法

微弧氧化技术（MAO）是将阳极氧化工作区从法拉地区引入到高压放电区，利用微区弧光放电的瞬间高温，在Al、Mg、Ti和Nd等有色金属表面氧化生成陶瓷质氧化膜，以改善金属表面的耐蚀性能。电源的输出电压通常为0～600V。在微弧氧化过程中材料表面具有较高的电压并通过较大的电解电流，使膜层界面处产生了局部热量，因此要用相配的热交换制冷设备，确保电解液及时降温冷却。一般微弧氧化的阴极选用不溶性金属材料。近些年，微弧氧化法具有高效、环保、无污染等优点，符合科技不断发展的要求，而且在变形铝合金力的使用取得了显著的成功，但在工艺参数、成膜机理及电解液等研究方面还处在起步阶段。LU和WEI等认为整个微弧氧化系统就像一个串联电路，随着时间推移，溶液的电阻变大、电导率下降，以至于减小了分配到阳极上的电压，甚至无法击穿膜层;溶液中向铝合金渗入的路径变长，且活性氧元素随时間增长不断减少，这些都会造成膜层生长速度减慢。GUO等对Al-13Si-5Cu进行微弧氧化。结果表明，微弧氧化后Al-13Si-5Cu合金的阻抗值和腐蚀电位都提高了，大大的改善了合金的耐蚀性;王平等研究了电流密度对ZL108铝合金微弧氧化膜性能的影响，结论是随着电流密度的增加氧化膜的硬度和厚度都有所增加，达到一定值时，再增加电流密度会使氧化膜变得多孔并出现裂纹。

2.3化学镀法

化学镀是利用合适的还原剂使溶液中金属离子有选择地在经催化剂活化的表面上还原析出金属镀层的一种化学处理方法。不需要电源是化学镀的特点，化学镀不存在电力线分布不均匀的影响，具有孔隙率低以及镀层致密的优点，因此在金属以及非金属的表面改性中被广泛应用。周海飞等在铸铝表面制备了Ni-P-金刚石化学复合镀层，并研究了镀液中硫酸高铈对硬度、镀液稳定性及镀层复合量的影响，测定了复合镀液中硫酸高铈添加前后制备的Ni-P-金刚石复合镀层的耐磨性及耐蚀性，并与Ni-P合金镀层进行了比较。结果显示，硫酸高铈能促进金刚石微粒进入镀层，随硫酸高铈含量增加镀液稳定性大幅提高后趋于平稳，NiP-金刚石复合镀层比Ni-P合金镀层有更高的耐磨性，添加2mg/L硫酸高铈后耐磨性明显提高，相比于Ni-P合金镀层，复合镀层耐蚀性较差，添加硫酸高铈后耐蚀性有所提高。郭瑞光等使用脱氧/除斑剂代替传统的氢氟酸、硝酸酸洗出光工艺对压铸铝合金进行表面处理，将简化工艺和传统工艺进行了对比。结果显示，采用由除油、脱氧/除斑剂除灰活化、钝化处理组成的新工艺不仅能在压铸铝合金表面获得均匀的彩色转化膜层。

3结术语

随着我国工业的不断发展，铝合金材料作为重要的金属材料在生产、生活中越来越重要，在各种不同领域都占有重要地位，我国对铝合金的研究技术也在不断增强，对铸造铝合金表面的处理方法也朝着多样化、清洁化的方向迈进，做到技术与环境的和谐发展

参考文献：

[1]刘定福.压铸铝合金件光亮导电膜化学氧化[J].电镀与环保，2014，24（1）：33-34.

[2]彭靓，钱翰城.压铸铝合金表面化学转化膜技术[J].表面技术，2012，31（1）：42-44.

[3]葛圣松，杨玉香，邵谦.铸铝表面无铬黑色转化膜的形貌及耐蚀性[J].腐蚀科学与防护技术，2016，18（3）：228-230.

（作者单位：天津新伟祥工业有限公司）