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下面結(jié)合硫酸陽極氧化過程中出現(xiàn)的膜層染色不均勻現(xiàn)象。分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并采取有效預(yù)防措施。
實際上鋁合金氧化膜膜層顏色不均會呈現(xiàn)出多種現(xiàn)象(如前面介紹的一些故障)。如何保證氧化膜層染色的均勻性，由于鋁合金硫酸陽極氧化膜顏色均勻性主要取決于鋁合金的成分以及陽極氧化處理工藝條件，如溫度、電流密度、夾具、使用水質(zhì)、工序間的防護等。要從實際工藝中的微細處著手，才能有效采取措施，獲得色澤均勻、性能優(yōu)良的氧化膜層。
1．選取合適的前處理方法
對不同鋁合金，如鑄造、壓延或機械加工成型或經(jīng)熱處理焊接等工序加工的鋁合金零件，要根據(jù)實際情況選擇適宜的前處理方法(包括除油、出光等)。如澆鑄成型的鋁合金零件表面，其非機加工表面一般應(yīng)采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對含硅量較高的鋁合金(鑄鋁)，應(yīng)在含5％左右的氫氟酸和硝酸的混合溶液中浸蝕活化，目的是保持良好的活化表面，確保陽極氧化膜層質(zhì)量。
不同材質(zhì)的鋁合金、裸鋁和純鋁零件，或大小規(guī)格不同的鋁及鋁合金零件，一般不宜在同槽進行氧化處理。
2．選用合適的工裝夾具
裝掛夾具材料必須確保導(dǎo)電良好，一般選用規(guī)格較高的純鋁絲或鋁筋，要保證有一定彈性和強度。并根據(jù)需要確定是否需要進行熱處理。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時再次使用，須退除其表面氧化膜層，確保良好接觸。工夾具既要保證足夠?qū)щ娊佑|面積，又要盡量減小夾具印痕，同時還要保證氧化過程中氣體的順利排出，避免某些氧化部位形成氣囊，造成氧化膜層太薄或沒有氧化膜層。
3．嚴格控制陽極化過程的溶液溫度
從陽極氧化的成膜過程知道，隨著陽極氧化溫度的升高，膜層的顏色逐漸變深，膜層的厚度也逐漸變薄，主要原因是陽極氧化膜有絕緣性，當氧化膜形成后相應(yīng)加大了電阻。這些電阻通電后，產(chǎn)生電壓降。這樣會使大量的電能轉(zhuǎn)變成熱能，使氧化溶液溫度的升高，加速了對膜層的溶解。氧化溶液溫度愈高，溶解作用愈強，因此隨著氧化溶液溫度的升高膜層的厚度會逐漸變薄。氧化溶液溫度較低時，形成的氧化膜致密，孔隙率小，不易著色，隨著氧化溫度的升高，氧化膜逐漸變得疏松，膜層孔隙率逐步變大，膜層的顏色隨溫度的升高逐漸變深。因此氧化溶液溫度是決定氧化膜致密程度的重要因素，也是決定氧化膜顏色均勻性的重要因素。
硫酸陽極化溶液溫度必須嚴格控制，根據(jù)不同的鋁合金選用不同的溫度范圍，對于硬鋁、超硬鋁及純鋁等來說，最佳的溶液溫度范圍為15℃～25℃；對于防銹鋁合金零件來說，最佳的溫度范圍為l0℃～l8℃。在硫酸陽極氧化工藝中，需采用壓縮空氣攪拌，并配備制冷裝置。在無冷卻裝置的情況下，可在硫酸溶液中加入1．5％～2％的丙三醇或草酸、乳酸等有機羧酸，可使陽極氧化溶濃溫度超過30℃而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。一些氧化工藝和生產(chǎn)實跋證明，在硫酸陽極氧化溶液中加入適量的有機羧酸或丙三醇可有效減少反應(yīng)熱效應(yīng)的影響，在不降低氧化膜厚度和硬度的條件下提高陽極氧化溶液的溫度允許上限。另外，控制氧化溶液溫度恒定的條件下，也要注意有效控制陽極電流密度。
4．嚴格控制陽極電流密度
隨著陽極電流密度的升高，氧化膜層的顏色逐漸變深，膜層的厚度先變厚而后又變薄。其原因是隨著陽極電流密度的增加，氧化膜孔隙加大，易于著色；而隨著陽極電流密度減小，膜的生長速度減小，膜層致密，所以隨著電流密度的升高，膜層顏色逐漸變深。在其他條件不變的情況下，提高陽極電流密度，氧化膜的生成速度較快，可縮短陽極氧化時間，膜層的化學(xué)溶解量減少，得到的膜層較硬，耐磨性好。但陽極電流密度不能升得太高，否則會因焦耳熱的影響，膜孔內(nèi)熱效應(yīng)加大，局部溫升顯著，加速了氧化膜的溶解，成膜速度反而下降，也容易造成零件的燒蝕。也就是說陽極電流密度提高，在一定范圍內(nèi)可加速氧化成膜的生成速度，但到一定值后，成膜速度反而降低。陽極電流密度的大小直接影響膜層顏色的均勻性，根據(jù)不同的鋁合金選用不同的陽極電流密度，對各種純鋁、包鋁零件，最佳電流密度為1．0A／dm2～1．5A／dm2；對鑄鋁、鍛鋁零件，最佳電流密度為1．5A／dm2～2．5A／dm2；對硬鋁及超硬鉛零件，最佳電流密度為l．3A／ dm2～1．5A／dm2；對防銹鋁合金零件，最佳電流密度為1．0A／dm2～1．3A／dm2。
5．確保陽極氧化過程的用水品質(zhì)
硫酸陽極氧化溶液所使用的水質(zhì)及溶液中的有害雜質(zhì)含量必須嚴格控制。配制硫酸陽極氧化溶液必須采用軟化水、去離子水或蒸餾水，堅決不能用含有 Ca2+、Mg2+、SiO32-及Cl一的自來水。一般情況下，水中的Cl-濃度達到25mg／ L時就會對鋁合金的陽極氧化處理產(chǎn)生有害影響。Cl-離子(包括其他鹵族元素)可破壞氧化膜的生成，甚至根本形成不了氧化膜。硫酸陽極化清洗用水及封閉用水也應(yīng)采用去離子水或蒸餾水，要求水中[Cl一]≤15mg／L，總礦物質(zhì)≤50mg／L。
6．加強工序間的防護
一般認為鋁合金是不會"生銹"的，其實不然，鋁合金由于含有多種合金元素，如介質(zhì)中含有Cl-等活性陰離子，加之由于生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)周期長，在此期間如不采取有效的防護措施，在局部表面出現(xiàn)腐蝕點并迅速向深處發(fā)展。在堿腐蝕后比較明顯，最終導(dǎo)致氧化膜表面出現(xiàn)小"麻點"或小"凹坑"。為避免小孔腐蝕的發(fā)生，首先，在工序間，特別是精加工完后，零件表面必須涂防銹油；其次，零件在周轉(zhuǎn)過程中，嚴禁用"裸手"拿取，同時要注意"防銹"和"防潮"。
7．對于特殊鋁合金零件進行二次熱處理
對于部分因為材料熱處理不均勻的特殊零件，根據(jù)生產(chǎn)實際，在粗加工完成以后，增加二次熱處理(淬火+人工時效)工序，而且在淬火時嚴格控制淬火轉(zhuǎn)移時間及淬火冷卻速度。這兩個因素對淬火材料力學(xué)性能和耐蝕性影響相當大。一般要求超硬鋁合金的轉(zhuǎn)移時間不超過15s，否則將因材料溫度降低致使Tη等強化相大量自晶內(nèi)析出而降低淬火后的強度及耐蝕性。淬火冷卻速度的影響與轉(zhuǎn)移時間的影響程度同樣巨大，淬火時的冷卻速度，必須確保過飽和固溶體被固定下來，它對合金的性能起決定性作用。為確保淬火后得到應(yīng)有的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，必須采取很高的淬火冷卻速度。針對于不同的鋁合金，有不同的淬火冷卻速度要求，一般要求超硬鋁合金淬火冷卻速度不得低于170℃／s，否則得不到理想的淬火效果。
8．定期對電解液中的雜質(zhì)進行清理
陽極氧化溶液中主要的雜質(zhì)是Al3+、Cu2+、Fe2+、Cl-、F-、NO3-等，當 C1-、F-、NO3-等陰離子雜質(zhì)含量高時，陽極氧化膜的孔隙率會大大增加，氧化表面變得粗糙和疏松，這些雜質(zhì)在氧化溶液中的允許含量為[Cl一]<0．059／L，[F一]<0．019／L等。氧化溶液中的Al3+主要來自工件在氧化過程中的溶解，當溶液中[A13+]>209／L時，氧化膜表面呈現(xiàn)白點或塊狀白斑，氧化膜的吸附性能下降，造成染色困難。當[Cu2+]含量達到0．029／L時，氧化膜會出現(xiàn)暗色條紋和黑色斑點。要排除Cu2+，可以通直流電，陽極電流密度控制在0．1A／ dm2～0．2A／dm2左右，溶液中的金屬銅便在陰極上析出。當Cu2+含量很高時，可先用鉛板直接放人電解液中，這時鉛板上會很快置換上一層金屬銅。用此法可去除含量較高的銅離子，而后再通電處理，可以徹底去除Cu2+。如雜質(zhì)含量超過允許值，可部分或全部更換陽極氧化溶液。
