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1 前言
鑄造鋁合金是目前廣泛應(yīng)用的工程材料之一，可分為鋁-硅，鎢-銅，鋁-鎂和鋁-鋅等種類，其中以鋁-硅系鑄鋁合金的應(yīng)用最廣。鑄鋁合金大量應(yīng)用于汽車、摩托車工業(yè)，航空航天工業(yè)、船舶、潛艇工業(yè)，特別是作為框架、支架等結(jié)構(gòu)件以及外裝零件如機(jī)匣殼體等。
鑄鋁零件加工成型后，往往要求進(jìn)行裝飾性表面處理。鑄鋁合金零件表面狀況各處不同，有的部位是非加工表面，表面生成氧化皮膜，油污重，有的部位是機(jī)加工表面，表面狀況良好。鑄造鋁合金，特別是鋁銅含量較高的鑄鋁合金，硅銅的加入大大提高了鋁合金的強(qiáng)度，卻增加了表面精飾加工困難。某些型號(hào)的鑄鋁合金是不能進(jìn)行電鍍或陽極氧化處理的。比如對(duì)含Cu2%～2.5%Si7.5%～12%的鑄鋁合金，無論電鍍或陽極氧化處理都是相當(dāng)困難的，要保證電鍍或陽極氧化的順利進(jìn)行，往往要有特殊的前處理。
某產(chǎn)品殼匣類零件，是硅銅含量較高的壓鑄鋁合金，經(jīng)過機(jī)械加工成型。根據(jù)產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品零件需表面精飾加工和強(qiáng)化。我們經(jīng)過反復(fù)工藝試驗(yàn)，選擇了無色化學(xué)氧化方法獲得膜層質(zhì)量良好。
2 工藝流程
化學(xué)氧化方法主要分為4個(gè)步驟:
①噴丸處理。
②活化處理。
③無色化學(xué)氧化成膜。
④檢驗(yàn)入庫。工藝流程如下:
噴丸前驗(yàn)收→噴丸處理→活化處理→流動(dòng)水洗→無色化學(xué)氧化→流動(dòng)水洗→吹干→檢驗(yàn)入庫。
2.1 噴丸處理
①噴丸強(qiáng)化并為化學(xué)氧化成膜做好前處理準(zhǔn)備對(duì)鑄鋁零件表面進(jìn)行噴砂處理，雖然可以去除鑄鋁零件表面油污、氧化皮及毛刺等，并使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力而得到強(qiáng)化。但表面粗糙而無金屬光澤。
鑄鋁零件表面在70～90℃堿性除油腐蝕溶液處理雖能夠有效地清潔零件表面，但由于零件表面狀況不同，有非加工表面、有經(jīng)加工的表面，除油腐蝕時(shí)間不易控制。如果除油腐蝕時(shí)間過長(zhǎng)，往往發(fā)生不均勻腐蝕。而且除油腐蝕過度，也會(huì)使零件表面粗糙且無金屬光澤，不能產(chǎn)生壓應(yīng)力而強(qiáng)化表面。
本工藝采用玻璃球丸進(jìn)行噴丸處理。球狀玻璃丸噴射到鑄鋁零件表面不僅能有效地去除油斑污跡，氧化皮等，而且在零件表面形成許多微小半圓形表面，經(jīng)光線反射，呈現(xiàn)金屬光澤，表面粗糙度得到明顯的改觀。而且噴丸處理還能使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高表面的疲勞壽命，降低表面對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性，大大強(qiáng)化了零件表面。經(jīng)化學(xué)氧化處理的表面可生成致密而光亮的氧化膜層，完全滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。因此我們選用了噴丸強(qiáng)化處理作為化學(xué)氧化成膜的前處理工序。
玻璃球噴丸處理一般控制噴射距離為200～350mm，噴射角60～70℃，噴射壓力5kg/mm2，注意避免零件表面局部區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間噴射。
2.2 活化處理
②為保持零件表面壓應(yīng)力層不受破壞，對(duì)已經(jīng)噴丸強(qiáng)化處理的鑄鋁零件表面進(jìn)行活化處理。
活化處理溶液成分:
HNO3(d=1.42) 60%
HF(40%) 20%
室溫活化浸漬時(shí)間 1～5s
2.3 化學(xué)氧化成膜
鑄鋁合金零件經(jīng)噴丸強(qiáng)化、活化處理后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化處理。以生成均勻、無色透明的氧化膜層。
化學(xué)氧化有以下A、B兩配方，可任選其一:
配方A:
重鉻酸鈉(Na2Cr2O7) 3～3.5g/L
鉻酐(CrO3) 3～5g/L
氟化鈉(NaF) 0.5～0.8g/L
氧化溫度 室溫
氧化時(shí)間 3～5min
配方B:
重鉻酸鉀(K2Cr2O7) 0.8～lg/L
氫氟酸(HF40%) 0.25～0.5ml/L
非離子型表面活性劑 適量
pH 2.7～3.5
氧化溫度 20～40℃
氧化時(shí)間 30～90s
配方中重鉻酸鈉、鉻酐、重鉻酸鉀、及氟化鈉、氫氟酸提供重鉻酸根離子和氟離子，在化學(xué)氧化成膜過程中起重要作用。重鉻酸根離子是氧化劑，是促使氧化膜生成的主要成分。氟離子是活化劑，它與重鉻酸根離子共同作用，有利于生成致密的氧化膜層，須嚴(yán)格控制二者的含量和比例。化學(xué)氧化溶液的pH值要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，用稀HNO3或NaOH溶液調(diào)整。
氧化溶液中添加適量的非離子型表面活性劑有利于增強(qiáng)溶液和零件表面的潤(rùn)濕性，有效地提高產(chǎn)品零件表面的氧化膜質(zhì)量。
當(dāng)溫度低時(shí)，氧化成膜反應(yīng)較慢，溫度升高則反應(yīng)速度加快。溶液溫度超過40℃時(shí)，氧化膜將粉化，所以，氧化成膜溫度以25～30℃為佳。
當(dāng)氧化溶液中鋁離子含量不斷升高，pH值上升超過控制范圍時(shí)，氧化膜質(zhì)量低劣。這時(shí)應(yīng)該及時(shí)部份或全部更換氧化溶液。
2.4 檢查驗(yàn)收
鑄鋁零件化學(xué)氧化處理后，清洗吹干，接著對(duì)氧化膜層進(jìn)行檢查。氧化膜不完整或膜層疏松、掛灰的零件，要進(jìn)行返修，重新氧化。
鑄造鋁合金是目前廣泛應(yīng)用的工程材料之一，可分為鋁-硅，鎢-銅，鋁-鎂和鋁-鋅等種類，其中以鋁-硅系鑄鋁合金的應(yīng)用最廣。鑄鋁合金大量應(yīng)用于汽車、摩托車工業(yè)，航空航天工業(yè)、船舶、潛艇工業(yè)，特別是作為框架、支架等結(jié)構(gòu)件以及外裝零件如機(jī)匣殼體等。
鑄鋁零件加工成型后，往往要求進(jìn)行裝飾性表面處理。鑄鋁合金零件表面狀況各處不同，有的部位是非加工表面，表面生成氧化皮膜，油污重，有的部位是機(jī)加工表面，表面狀況良好。鑄造鋁合金，特別是鋁銅含量較高的鑄鋁合金，硅銅的加入大大提高了鋁合金的強(qiáng)度，卻增加了表面精飾加工困難。某些型號(hào)的鑄鋁合金是不能進(jìn)行電鍍或陽極氧化處理的。比如對(duì)含Cu2%～2.5%Si7.5%～12%的鑄鋁合金，無論電鍍或陽極氧化處理都是相當(dāng)困難的，要保證電鍍或陽極氧化的順利進(jìn)行，往往要有特殊的前處理。
某產(chǎn)品殼匣類零件，是硅銅含量較高的壓鑄鋁合金，經(jīng)過機(jī)械加工成型。根據(jù)產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品零件需表面精飾加工和強(qiáng)化。我們經(jīng)過反復(fù)工藝試驗(yàn)，選擇了無色化學(xué)氧化方法獲得膜層質(zhì)量良好。
2 工藝流程
化學(xué)氧化方法主要分為4個(gè)步驟:
①噴丸處理。
②活化處理。
③無色化學(xué)氧化成膜。
④檢驗(yàn)入庫。工藝流程如下:
噴丸前驗(yàn)收→噴丸處理→活化處理→流動(dòng)水洗→無色化學(xué)氧化→流動(dòng)水洗→吹干→檢驗(yàn)入庫。
2.1 噴丸處理
①噴丸強(qiáng)化并為化學(xué)氧化成膜做好前處理準(zhǔn)備對(duì)鑄鋁零件表面進(jìn)行噴砂處理，雖然可以去除鑄鋁零件表面油污、氧化皮及毛刺等，并使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力而得到強(qiáng)化。但表面粗糙而無金屬光澤。
鑄鋁零件表面在70～90℃堿性除油腐蝕溶液處理雖能夠有效地清潔零件表面，但由于零件表面狀況不同，有非加工表面、有經(jīng)加工的表面，除油腐蝕時(shí)間不易控制。如果除油腐蝕時(shí)間過長(zhǎng)，往往發(fā)生不均勻腐蝕。而且除油腐蝕過度，也會(huì)使零件表面粗糙且無金屬光澤，不能產(chǎn)生壓應(yīng)力而強(qiáng)化表面。
本工藝采用玻璃球丸進(jìn)行噴丸處理。球狀玻璃丸噴射到鑄鋁零件表面不僅能有效地去除油斑污跡，氧化皮等，而且在零件表面形成許多微小半圓形表面，經(jīng)光線反射，呈現(xiàn)金屬光澤，表面粗糙度得到明顯的改觀。而且噴丸處理還能使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高表面的疲勞壽命，降低表面對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性，大大強(qiáng)化了零件表面。經(jīng)化學(xué)氧化處理的表面可生成致密而光亮的氧化膜層，完全滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。因此我們選用了噴丸強(qiáng)化處理作為化學(xué)氧化成膜的前處理工序。
玻璃球噴丸處理一般控制噴射距離為200～350mm，噴射角60～70℃，噴射壓力5kg/mm2，注意避免零件表面局部區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間噴射。
2.2 活化處理
②為保持零件表面壓應(yīng)力層不受破壞，對(duì)已經(jīng)噴丸強(qiáng)化處理的鑄鋁零件表面進(jìn)行活化處理。
活化處理溶液成分:
HNO3(d=1.42) 60%
HF(40%) 20%
室溫活化浸漬時(shí)間 1～5s
2.3 化學(xué)氧化成膜
鑄鋁合金零件經(jīng)噴丸強(qiáng)化、活化處理后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行化學(xué)氧化處理。以生成均勻、無色透明的氧化膜層。
化學(xué)氧化有以下A、B兩配方，可任選其一:
配方A:
重鉻酸鈉(Na2Cr2O7) 3～3.5g/L
鉻酐(CrO3) 3～5g/L
氟化鈉(NaF) 0.5～0.8g/L
氧化溫度 室溫
氧化時(shí)間 3～5min
配方B:
重鉻酸鉀(K2Cr2O7) 0.8～lg/L
氫氟酸(HF40%) 0.25～0.5ml/L
非離子型表面活性劑 適量
pH 2.7～3.5
氧化溫度 20～40℃
氧化時(shí)間 30～90s
配方中重鉻酸鈉、鉻酐、重鉻酸鉀、及氟化鈉、氫氟酸提供重鉻酸根離子和氟離子，在化學(xué)氧化成膜過程中起重要作用。重鉻酸根離子是氧化劑，是促使氧化膜生成的主要成分。氟離子是活化劑，它與重鉻酸根離子共同作用，有利于生成致密的氧化膜層，須嚴(yán)格控制二者的含量和比例。化學(xué)氧化溶液的pH值要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，用稀HNO3或NaOH溶液調(diào)整。
氧化溶液中添加適量的非離子型表面活性劑有利于增強(qiáng)溶液和零件表面的潤(rùn)濕性，有效地提高產(chǎn)品零件表面的氧化膜質(zhì)量。
當(dāng)溫度低時(shí)，氧化成膜反應(yīng)較慢，溫度升高則反應(yīng)速度加快。溶液溫度超過40℃時(shí)，氧化膜將粉化，所以，氧化成膜溫度以25～30℃為佳。
當(dāng)氧化溶液中鋁離子含量不斷升高，pH值上升超過控制范圍時(shí)，氧化膜質(zhì)量低劣。這時(shí)應(yīng)該及時(shí)部份或全部更換氧化溶液。
2.4 檢查驗(yàn)收
鑄鋁零件化學(xué)氧化處理后，清洗吹干，接著對(duì)氧化膜層進(jìn)行檢查。氧化膜不完整或膜層疏松、掛灰的零件，要進(jìn)行返修，重新氧化。
