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1.前言
鋁及其合金具有重量輕、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電性優(yōu)良、在大氣環(huán)境中穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍正逐步擴(kuò)大。
在航空、航天工業(yè)中，隨著鋁及其合金的大量使用，結(jié)構(gòu)鋼使用量的逐步減少，飛行器的速度、航程大幅度提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有1/4左右的零部件是由鋁及其合金制造的。
在家用轎車制造業(yè)，為了減輕轎車的輜重、降低油耗、增加提速能力，也在大量地使用高強(qiáng)度鋁合金制造基礎(chǔ)構(gòu)件(如發(fā)動機(jī)殼體等)。
在電力系統(tǒng)，由于鋁材本身具有良好的導(dǎo)電性，以鋁代銅的技術(shù)革新正迅速展開。如鋁基大電流匯流的應(yīng)用越來越廣泛。在電器(電子)行業(yè)，鋁基母板、銅-鋁復(fù)合板的應(yīng)用也越來越多。在民用領(lǐng)域，鋁及其合金的應(yīng)用實(shí)例比比皆是。
一般說來，如果不對鋁及其合金進(jìn)行恰當(dāng)?shù)乇砻嫣幚恚鋺?yīng)用范圍將大大減小。例如，沒有鋁材陽極氧化處理技術(shù)，就不會有鋁合金的日用品。如果不改善鋁的表面導(dǎo)電性，就不可能將其用于電力、電子行業(yè)(鋁質(zhì)電容器除外)。
雖然鋁材的表面處理措施多種多樣，但歸納起來可分為兩大類：一類是為了提高其化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性、裝飾性(著色等)、介電特性等而采用化學(xué)氧化或電化學(xué)陽極氧化處理技術(shù);另一類是為了降低其表面電阻而采用表面導(dǎo)電改性處理技術(shù)。
刷鍍技術(shù)在鋁材加工中的應(yīng)用主要是進(jìn)行表面導(dǎo)電改性處理，或恢復(fù)加工超差零件的尺寸精度。然而，由于鋁材種類繁多(純鋁、硬鋁、鍛鋁、防銹鋁、鑄鋁等)，表面狀態(tài)差異顯著，因此，如何保證鋁及其合金的刷鍍質(zhì)量一直是一個(gè)令人頭疼的問題。
盡管有很多資料介紹過鋁材電鍍(電刷鍍)方法，但往往是就事論事，不具備普遍的適應(yīng)性，適合于一種鋁材的刷鍍方法不一定適用于另一種鋁材。
從本質(zhì)上講，鋁是一種高化學(xué)活性金屬。但是，在日常生活中，很少見到其體現(xiàn)高化學(xué)活性的本性。這是因?yàn)樵诖髿猸h(huán)境中鋁很容易被氧化，在其表面上生成了與基體結(jié)合牢固的氧化膜(Al2O3)，氧化膜的再生能力很強(qiáng)，即使在有水環(huán)境中，氧化膜也能夠快速再生。鋁上鍍層結(jié)合力差的原因就是沒能在鍍前處理的過程中徹底去除氧化膜。能否徹底去掉氧化膜并防止其再生，是決定鋁及其合金上電刷鍍質(zhì)量高低的關(guān)鍵。
使用FJY系列刷鍍技術(shù)中的鋁活化液，可以顯著提高活化效果，實(shí)際刷鍍效果表明，該系列鋁材活化處理技術(shù)具有廣泛的適應(yīng)性，鍍層與基體的結(jié)合力甚至超過鋁材本身的抗拉強(qiáng)度。本文介紹部分應(yīng)用實(shí)例，說明就FJY系列鋁活化技術(shù)在鋁及其合金表面刷鍍中應(yīng)用特點(diǎn)。
2. 刷鍍工藝及說明
2.1 鋁及其合金刷鍍工藝流程
機(jī)械打磨 → 電凈 → 水洗 → 鋁活化1號 → 水洗 → 鋁活化2號 → 水洗 → 鋁活化3號 → (水洗) → 鋁活化4號 → 水洗→ 高韌性底銅 → 水洗 → 刷鍍符合使用性能要求的工作層(銅、錫、銀、金等)→ 水洗→ 檢驗(yàn)
2.2 工藝說明
機(jī)械打磨：機(jī)械打磨的作用是為了去除在前期加工過程中殘存的表面缺陷，例如鑄造缺陷(氧化皮、毛刺、沙粒等)。有些鋁件浸涂過表面保護(hù)劑(如清漆等)，還有些鋁件已經(jīng)進(jìn)行過陽極氧化處理(或化學(xué)氧化處理等)，氧化處理后的表面有較厚的氧化膜(特別是陽極氧化處理)。因此，為了保證刷鍍層與基體之間的結(jié)合力，刷鍍之前必須用水砂紙打磨待鍍表面，徹底去除表面附著物，露出新鮮的純金屬表面。
電凈：電凈的作用是去除殘留在工件表面的油污等污物。可以多進(jìn)行幾次電凈處理，直到工件工件表面能被水完全濕潤，不掛水珠。
鋁活化：鋁活化1至鋁活化4是為了徹底去除鋁表面的氧化膜并防止其再生。此步驟是保證刷鍍層與基體結(jié)合牢固的關(guān)鍵步驟。如果刷鍍層與基體結(jié)合不牢，一定是該步驟沒有處理到位。如果鍍層結(jié)合不牢的質(zhì)量問題，應(yīng)徹底打磨掉刷鍍層，重新進(jìn)行活化處理。
刷鍍高韌性底銅：有人用酸銅、或堿銅作鋁上刷鍍的過渡層，一般來說這種方法的成功率很低，常常出現(xiàn)基體的過腐蝕、或鍍層起皮現(xiàn)象。建議使用FJY系列刷鍍液中的高韌性底銅，只有如此，才能保證刷鍍質(zhì)量。
鍍工作層：鋁件的使用場合不同，工作層的性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)的變化。表面鍍錫、鍍銀、鍍金是為了提高其導(dǎo)電性能或焊接性能。表面鍍鎳、鍍高硬銅可提高其耐磨性能。有時(shí)為了改善電磁屏蔽性能，也可能要求鍍坡莫合金或鎳-磷合金等。一般情況下，可以將工作層直接鍍在底銅上面。但是，如果工作層是鍍金層，還應(yīng)在底銅上鍍一層鎳作阻擋層，然后在鎳上鍍金。
3. 鋁及其合金刷鍍應(yīng)用實(shí)例
3.1 鋁合金刷鍍在軍品加工中的應(yīng)用
移動式導(dǎo)彈發(fā)射工程車是我國為了提高作戰(zhàn)機(jī)動性、隱蔽性而研制成功的移動式導(dǎo)彈發(fā)射裝置。可以根據(jù)作戰(zhàn)機(jī)動性的需要，隨時(shí)、隨地發(fā)射導(dǎo)彈，并對導(dǎo)彈的飛行軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保導(dǎo)彈命中目標(biāo)。為了防止敵方對工程車控制中心進(jìn)行電磁干擾，同時(shí)保證控制設(shè)備所產(chǎn)生的電磁波不發(fā)生泄露，以免被敵方發(fā)現(xiàn)，必須將電子設(shè)備密封在由鋁合金制造的方艙內(nèi)，方艙的交接縫處采用釬焊方法密封。為了提高鋁合金表面的可焊性，需要在鋁合金的表面上電刷鍍銅。西安某國防研究機(jī)構(gòu)，采用我校研制成功的FJY系列鋁合金表面電刷鍍銅技術(shù)，在鋁合金方艙的搭接面進(jìn)行可焊性鍍銅。測試結(jié)果表明，釬焊部位的搭接強(qiáng)度高于鋁合金本身的機(jī)械強(qiáng)度。該技術(shù)還曾經(jīng)用於軍品波導(dǎo)器的表面加工。方艙成品、波導(dǎo)器刷鍍分別如圖1、圖2所示。
圖1 軍品方艙
圖2 軍品波導(dǎo)器
3.2 鋁合金刷鍍在發(fā)動機(jī)殼體、鍍鉻鋁基滾筒修復(fù)中的應(yīng)用
為了減輕車輛的重量，很多發(fā)動機(jī)殼體的材質(zhì)是鑄鋁的。與鑄鐵殼體相比，鑄鋁殼體的耐磨性要差一些。因此，常常需要對鑄鋁殼體的磨損面進(jìn)行修復(fù)或表面強(qiáng)化。因?yàn)榘l(fā)動機(jī)使用一段時(shí)間后，軸與相關(guān)構(gòu)件的配合間隙變大，機(jī)器震動加劇，瓦座發(fā)生劇烈磨損。當(dāng)簡單的零件更換已經(jīng)不能滿足維修要求的時(shí)候，采用刷鍍法修復(fù)發(fā)動機(jī)殼體非常有效。圖3是刷鍍法修復(fù)發(fā)動機(jī)鑄鋁殼體的實(shí)物照片，修復(fù)部位是殼體的瓦座。
在所有材質(zhì)印刷機(jī)滾筒的電刷鍍修復(fù)過程中，表面鍍鉻鋁基滾筒的修復(fù)是最困難的。不論是鋁基材，還是鍍鉻表面，很難保證其上的鍍層與基體有牢固的結(jié)合力。只有采用FJY系列刷鍍技術(shù)中的鉻面、鋁面復(fù)合刷鍍方法才能保證刷鍍質(zhì)量。除FJY系列刷鍍技術(shù)外，國內(nèi)外其它任何刷鍍技術(shù)均不能完成鍍鉻鋁滾筒的電刷鍍?nèi)蝿?wù)。圖4 是鍍鉻鋁滾筒電刷鍍修復(fù)實(shí)物照片。
圖3 電刷鍍法修復(fù)發(fā)動機(jī)瓦座
圖4 鍍鉻鋁滾筒電刷鍍修復(fù)
3.3 鋁合金電刷鍍金、銀、錫及其應(yīng)用
由于金價(jià)昂貴，一般情來說，很少有人要求在鋁合金上電刷鍍金。但是在特殊情況下，鋁上電刷鍍金也有其應(yīng)用背景，圖5 是某工程物理研究院要求在鋁上電刷鍍金的實(shí)物照片。
在電力、電子領(lǐng)域，經(jīng)常需要在鋁材表面鍍銀以改善其電連接性能。例如，很多高壓開關(guān)廠都要求在其鋁材工件上局部電刷鍍銀。國內(nèi)多數(shù)企業(yè)采用的是劇毒的有氰鍍銀技術(shù)，對安全生產(chǎn)、環(huán)保帶來危害。我校采用FJY系列無氰鍍銀技術(shù)進(jìn)行鍍銀生產(chǎn)，對于靜配合件，其使用效果與有氰鍍銀相當(dāng)。圖6是法國進(jìn)口水力發(fā)電鋁材高壓絕緣子無氰鍍銀應(yīng)用實(shí)例。
圖5 鋁上無氰鍍金
圖6 鋁材高壓絕緣子無氰鍍銀
雖然鍍銀層具有極好的導(dǎo)電性，但是在工業(yè)大氣、特別是潮濕的大氣環(huán)境中，在鍍銀層的表面很容易產(chǎn)生氧化膜或硫化膜(俗稱銀變色)，從而使鍍銀部位的接觸電阻增加。盡管有人采取各種各樣的方法防止或減緩銀層變色，但是到目前為止，還沒有找到一種既能防止銀層變色，又不降低銀層表面導(dǎo)電性的有效方法。
由于鍍錫層在空氣中有較好的穩(wěn)定性，并具有良好的可焊性、導(dǎo)電性和低廉的成本，所以在電力、電子設(shè)備的電連接部位，人們開始采用FJY系列高穩(wěn)定性光亮電刷鍍錫技術(shù)代替以前常用的電刷鍍銀技術(shù)進(jìn)行表面導(dǎo)電性處理，圖7、圖8是鋁上鍍錫實(shí)物照片。其它關(guān)于鋁材刷鍍的例子還有很多，如用刷鍍法生產(chǎn)銅-鋁復(fù)合板、修復(fù)鑄鋁模具等。了解更多內(nèi)容，請登陸“中國刷鍍網(wǎng)”查看相關(guān)內(nèi)容、圖片。
圖7 鋁基軟連接鍍錫
圖8 鋁板錫焊接頭鍍錫
4. 結(jié)論
通過鋁材刷鍍應(yīng)用實(shí)例介紹可知，西北工業(yè)大學(xué)研制的FJY系列鋁材表面刷鍍技術(shù)，可以在多種型號的鋁及鋁合金上刷鍍高質(zhì)量的表面鍍層，解決了當(dāng)前鋁材刷鍍層與基體結(jié)合力差的難題。在相關(guān)領(lǐng)域的特殊效果證明，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
