铸造铝合金表面处理方法的研究进展(1)

赵建琦

摘要：随着科学技术和工业经济的快速发展，人们越来越重视铝合金的生产以及其表面处理方式，铝合金在船舶、化学工业、机械制造等方面都是重要的有色金属材料。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

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铝合金表面处理方法

2.1物理方法

物理方法是指仅对铝合金表面进行处理而不伤害其他结构，一般会使用到的物理方法是用相同细度的砂纸等材料打磨或是用符合标准的清洗材料对铝合金压铸件的表面进行擦洗等等。（1）喷砂法，是指选用不同粒度的氧化铝或二氧化硅等材料对铝合金表面进行喷砂处理，以达到提高铝合金使用效果的目的。喷砂法首先要将铝合金表面清理干净，如油脂、灰尘等，然后对铝合金进行喷砂处理。一般情况下，铝合金铸件在经过喷砂后，在应用时胶接耐久性会更强。（2）机械打磨法，是指应用钢丝刷等表面粗糙的物质对铝合金压铸件的表面进行打磨。打磨方法同喷砂法类似，首先要将铝合金表面的油污等清理干净然后再进行打磨。但是机械打磨法也存在弊端，在进行机械打磨处理后，铝合金的表面会残留一些碎屑，对材料的胶接产生不利影响并对材料造成伤害。但目前机械打磨应用较广，是铝合金表面处理的常用方式。

2.2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，而且消除了传统工艺在生产过程中产生的污染物，新工艺环保节能，可通过盐雾试验，有望在压铸铝合金表面处理中得到广泛应用。

2.3激光熔覆法激光复合表面改性技术以其明显的优势己经成为近年的研究热点之一，化学镀复合表面改性技术与激光技术，同时发挥了化学复合镀和激光熔凝技术各自的优势。激光熔覆技术具有效率高、时间短及能量高等特性，并且其烧结制品晶粒细小、结构致密，而晶粒的大小是影响陶瓷材料性能最重要的因素之一。所以激光烧结陶瓷材料一直被认为是控制陶瓷晶粒一種有潜质的方法。周陈菊等用7kW横流CO2激光器在ZL101铝合金表面激光熔覆高硅涂层。得出在优化工艺参数下制备出的激光熔覆高硅涂层无气孔和裂纹、组织致密，激光熔覆层中存在大量初晶Si、共晶组织和a-Al树枝晶。基体结合区与涂层处显现典型的外延生长特征，形成了良好的冶金结合。熔覆层横截面有150～320HV的硬度，是基体的2～3倍，基体的耐磨性能也显著提高。高雪松等利用高频感应辅助激光熔覆技术在镍基高温合金基体上制备了Al2O3-13%TiO2陶瓷层及NiCoCrAl-Y2O3黏结层。通过X-射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪分析了涂层的微观结构。发现在高频感应辅助激光的作用下，新结层与基体、陶瓷层与新结层之间的界面均展现了良好的结合性能，界面扩散现象明显。陶瓷层在激光的作用下形成了三维网状结构，该结构使得陶瓷材料中的Al2O3与TiO2均匀分布，不同材料聚集所产生的内应力减少了，同时对涂层进行了热震试验。结果表明，利用高频感应辅助激光熔覆技术制备的Al2O3-13%TiO2陶瓷层具有良好的抗热震性能，适合在高温环境工作。杨理京等采用大功率连续横流CO2激光对化学复合镀Ni-Al-纳米Al2O3复合镀层进行激光熔凝处理，并对熔凝层的抗高温氧化性能进行研究。结果表明，基体和镀层氧化表面形貌裂纹明显，涂层大块剥落。激光熔凝镀层表面形成了致密的氧化膜，使涂层的抗高温氧化性能得到极大的提高。

2.4对铝合金表面处理后的环境污染处理

铝合金表面处理后所产生的环境污染也是铝合金表面处理后续的一项重要环节，我国传统的处理方法是通过化学手段控制PH值，去除各类化学分子、化学离子等，操作简单，容易上手。但由于近些年来各种新型的表面处理方式不断被研究出来，技术进步的同时也带了新的环境问题，在使用了新兴的各种化学处理方法后，随即产生了高浓度的镍离子、氟离子等有害物质，因此有必要对环境加以重视。首先要转变思想，着眼于现代的处理新思路，大力引进新技术、新设备，减少化学药品在环境污染处理上的使用，吸收国内外处理经验，合理制定各道工序，尽量做到环境污染处理后的废物再利用，避免不必要的环境污染与经济损失。

3结语

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]张宇，王军，赵永新，邵忠财.铸造铝合金表面处理方法的研究进展[J].电镀与精饰，2014，36（02）：13-16+28.

[2]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：天津达祥精密工业有限公司）