我国目前铝合金表面处理的工艺及其环境效应
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铝合金表面改性工艺与性能研究近年来,随着工业技术的不断进步,铝合金作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
然而,尽管铝合金具有许多优点,但其表面的一些缺陷和局限性也限制了其应用。
因此,研究铝合金的表面改性工艺与性能已经成为一个热门的话题。
一、铝合金表面改性工艺的分类铝合金表面改性工艺可以分为化学改性工艺、物理改性工艺和机械改性工艺三类。
化学改性工艺主要是利用化学物质对铝合金表面进行处理,形成保护膜或改善表面性能。
常见的化学改性工艺包括阳极氧化、化学镀膜和化学抛光等。
阳极氧化是一种通过电解在铝合金表面形成氧化膜的方法,不仅可以增加表面硬度和耐腐蚀性能,还可以改善铝合金的装饰性。
化学镀膜则是通过浸泡铝合金在含有金属离子的溶液中,在表面形成一层金属镀层,以提高其耐磨损性能。
化学抛光主要是利用酸性或碱性溶液对铝合金进行溶解和腐蚀,使表面得到更好的光洁度和平整度。
物理改性工艺主要是通过物理手段改变铝合金表面的结构和形貌。
常见的物理改性工艺包括热处理、喷涂和喷砂等。
热处理是一种利用加热和冷却过程改变铝合金晶体结构和性能的方法,可以显著提高铝合金的强度和硬度。
喷涂主要是利用喷枪将涂料喷涂在铝合金表面,以增加其耐腐蚀性能和装饰性。
喷砂则是利用高速喷射砂粒将铝合金表面的氧化膜和氧化皮除去,以增加其粗糙度和增加附着力。
机械改性工艺主要是利用机械力对铝合金表面进行加工,从而改变其形貌和性能。
常见的机械改性工艺包括切削、冷压和电刷等。
切削是一种通过刀具对铝合金表面进行去材加工的方法,可以改善表面的光洁度和平整度。
冷压则是利用一定的压力对铝合金进行变形加工,以提高其机械性能和表面硬度。
电刷是利用电动机驱动金刷对铝合金表面进行刷磨,使表面得到更好的清洁度和平整度。
二、铝合金表面改性工艺的性能研究铝合金表面改性工艺对材料的性能有着重要的影响。
首先,表面改性可以显著提高铝合金的耐磨损性能。
通过改变表面的硬度和摩擦系数,可以减少表面的磨损和磨料的损伤,延长材料的使用寿命。
铝合金的表面处理技术研究一、引言铝合金是一种轻质高强度的金属材料,具有广泛的应用前景,是现代工业制造中不可或缺的材料之一。
但是,铝合金不仅容易受到氧化影响,而且其表面性质也不够优良,因此需要对其进行表面处理,以提高其性能和使用寿命。
二、表面处理技术分类常见的铝合金表面处理技术可分为机械处理、化学处理和电化学处理三类。
1. 机械处理机械处理是通过切削、研磨、抛光等方式来改善铝合金表面粗糙度、光洁度和平整度等性能。
其主要优点是处理效果稳定,但需要消耗大量的人力、时间和机械设备。
2. 化学处理化学处理是利用酸碱等化学作用来改善铝合金表面性质,包括蚀刻、酸洗、氧化等方法。
这种方法简单易行,可以在较短时间内达到较好的处理效果,但操作不当也有可能导致环境污染和安全隐患。
3. 电化学处理电化学处理是利用电化学反应来改善铝合金表面性能,其中包括阳极氧化、电镀等方法。
这种方法工艺复杂,需要严格控制工艺参数和电化学处理介质的成分,但可以同时获得较好的防腐和装饰效果。
三、铝合金表面处理技术案例分析1. 阳极氧化处理阳极氧化是一种比较常见的铝合金表面处理技术,其原理是将铝材件作为阳极,通过外加电势在氧化电解液中引起氧化反应,从而在其表面形成一层多孔的氧化层。
该氧化层具有较好的氧化防护和装饰效果。
该方法可应用于各种类型的铝合金材料,如6061铝合金、7075高强度铝合金等。
2. 硬质阳极氧化处理硬质阳极氧化是通过改变氧化液体系和工艺参数来获得更厚、更致密、更具耐磨性的氧化层。
该方法适用于铝合金零部件的耐磨、耐蚀、装饰等方面的应用,如航空、汽车、机械等领域。
3. 电镀处理电镀处理是将一种金属沉积在另一种金属表面的方法,通过电流作用使金属离子在电解液中还原成金属沉积在工件表面。
铝合金材料可以采用铬酸钾、硫酸铝铜等电解液进行电镀处理,其处理效果包括提高外观质量、增强耐蚀性和耐磨性等。
四、结论铝合金表面处理技术是提高铝合金材料性能和扩展其应用领域的关键技术之一。
铝合金表面处理的方法及应用对铝及其合金进行表面处理产生的氧化膜具有装饰效果、防护性能和特殊功能,可以改善铝及其合金导电、导热、耐磨、耐腐蚀以及光学性能等。
因此,国内外研究人员运用各种方法对其进行表面处理,以提高它的综合性能,并取得了很大进展。
目前,铝及其合金材料已广泛地应用于建筑、航空和军事等领域中。
本文分类论述了铝及其合金材料表面处理的主要方法。
1· 化学转化膜处理金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触,在一定条件下,金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应,在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。
换言之,化学转化处理是一种通过除去金属表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一层防腐性能更好、与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技术。
1.1 阳极氧化法铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。
阳极氧化时,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程。
当成膜速度大于溶解速度时,膜才得以形成和成长。
通过降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。
氧化膜的性能是由膜孔的致密度决定的。
1.1.1 硬质阳极氧化铝的硬质阳极氧化是在铝进行阳极氧化时,通过适当的方法,降低膜的溶解速度,获得更厚、更致密的氧化膜。
常规的方法是低温(一般为0℃左右)和低硫酸浓度(如<10%H2SO4)的条件下进行,生产过程存在能耗大、成本高的缺点。
改善硬质阳极氧化膜的另一种方法是改变电源的电流波形。
氧化膜的电阻很大,氧化过程中产生大量的热量,因此,传统直流氧化电流不宜过大,运用脉冲电流或脉冲电流与直流电流相叠加,可以极大地降低阳极氧化所需要的电压,并且可使用更高的电流密度,同时还可以通过调节占空比和峰值电压,来提高膜的生长速度,改善膜的生成质量,获得性能优良的氧化膜。
铝合金表面处理工艺
铝合金表面处理分类:
1.氧化
2.二次氧化
3.表面拉丝
4.喷砂
5.高光
6.喷涂、印刷
1.氧化
1‐1目的与意义
铝合金表面很容易生成一层极薄的氧化铝膜(0.01um~0.02um),有一定的抗腐蚀能力。
但由于这层氧化膜是非晶的,使铝件表面失去原有的光泽。
此外,这种氧化膜疏松多孔,不均匀,抗腐蚀能力不强,容易沾染污迹。
因此,铝合金制品通常进行特殊的氧化处理,在氧化处理之前,用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗,使其裸露纯净的金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固 、色泽与厚度都满足要求。
铝合金的表面处理的方法及原因
铝合金型材表面处理的目的是要解决或提高材料防腐性、装饰性和功能性三方面的性能。
铝合金型材表面处理电泳、喷漆、喷塑、普通阳极氧化、硬质阳极氧化、光亮阳极氧化、瓷质阳极氧化、氟碳喷涂、具体要看技术要求!!现在一般的铝合金表面处理使用的普通阳极氧化,低档的使用电泳处理!!
其中硬质阳极氧化及瓷质阳极氧化防腐性能、装饰性和功能性是铝型材中最好的,相对来说成本也较高!!!
一、表面机械处理:
是进行工件表面处理的预处理,可提高和改善零件外观,为后续的表面处理提供优良的表面质量打下良好的基础.主要方法有:喷砂、磨光、机械抛光、滚光及刷光.
二、表面化学处理:
是通过化学方法对工件表面进行处理的工艺方法,可提高和改善零件外观,提高金属零件表面的耐蚀性、耐磨性,减少摩擦,增加磨合性,改善机械配合,也可以提供特殊的物理性能或者为后续的表面处理提供优良的表面质量.表面化学处理通常包括化学抛光、氧化和磷化等处理方法.
三、表面电化学处理:
是指通过利用直流电或交流电设备,通过电化学过程对金属零件表面进行处理,提高金属零件表面的平整度、降低粗糙度,或者使金属零件表面形成一层氧化层或金属沉积层的过程.表面电化学处理包括电解抛光、电化学氧化和电镀等方面,铝合金主要是阳极氧化处理,其最大的特点是包含有电化学过程.
四、表面涂覆:
在零件表面涂覆一层其他物质,以达到提高表面性能、改变表面特性、提高装饰性能.铝合金主要是表面的氧化膜染色处理,如各种易拉罐表面的染色处理.。
铝合金表面处理工艺
铝合金表面处理工艺如下
1、高光切削
使用精雕机对铝合金表面的某些零件进行切削,让这些切削面呈现出高亮的区域。
这种处理工艺一般是运用在手机、高端电视上比较多,特别是那些高端电视更是使用了这种工艺,让电视机外表变得更加具有时尚感,同时还呈现出科技的锐利感。
2、喷沙
这种工艺是利用了高速砂流的冲击作用,对铝合金表面进行清理和粗化,从而让铝合金表面可以获得一定的清洁度和不同程度的粗糙度。
经过喷沙工艺的铝合金,它的机械性能可以得到改善,从而提高了铝合金产品的炕抗疲劳性,同时还增加了铝合金产品和表面涂层的附着力以及耐久性。
3、拉丝
这种工艺是指使用砂纸对铝合金表面反复进行磨刮,直到刮出线条。
拉丝的种类有很多,例如:直条、乱纹、螺纹、旋纹等等。
经过拉丝工艺的铝合金,它的表面可以非常清晰的看到每一根线条,同时铝合金产品的金属亚光中会呈现出细密的发丝光泽,从而让铝合金产品变得更加具有时尚感和科技感。
4、抛光
这种工艺是指使用机械方法或者是化学方法或者是电化学方法对铝合金产品表面进行抛光,从而降低铝合金产品的表面粗糙度,
让铝合金产品表面变得更加的平整、光亮。
经过抛光工艺的铝合金产品,它的表面效果接近于不锈钢的镜面效果,可以给人一种非常高档、时尚的视觉效果。
铝合金表面常见的表面处理工艺
铝合金是一种广泛应用的材料,它的表面处理工艺对于提高其性能和
美观度至关重要。
常见的铝合金表面处理工艺包括阳极氧化、电镀、
喷涂和机械加工等,下面将详细介绍这些处理工艺的主要内容。
一、阳极氧化
阳极氧化是一种通过电化学反应形成氧化层的表面处理技术。
该技术
可使铝合金表面形成致密、均匀、具有较高硬度和耐腐蚀性的氧化层,从而提高其抗磨损性能和耐久性。
此外,阳极氧化还可以改变铝合金
表面颜色,并增加其装饰效果。
二、电镀
电镀是利用电解作用在铝合金表面沉积一层金属或非金属覆盖物的技术。
常见的电镀方法包括镍、铬、锌等金属电镀以及陶瓷涂层等。
通
过电镀可以改善铝合金表面的耐腐蚀性能,增加其硬度和光泽度,并
且可以实现多种颜色和纹理效果。
三、喷涂
喷涂是将一层涂料或者粉末喷涂在铝合金表面的一种表面处理技术。
该技术可以实现多种颜色和纹理效果,同时还可以提高铝合金表面的耐腐蚀性能和装饰效果。
常见的喷涂方法包括喷漆、粉末涂料等。
四、机械加工
机械加工是通过机械力量对铝合金表面进行切削、磨削或拉伸等处理的技术。
该技术可以改变铝合金表面形态和纹理,从而实现不同的装饰效果。
此外,机械加工还可以提高铝合金表面的平整度和光泽度。
综上所述,铝合金表面处理工艺包括阳极氧化、电镀、喷涂和机械加工等多种方法。
这些处理方法各有优缺点,在实际应用中需要根据具体情况进行选择,以达到最佳的效果。
铝及铝合金阳极氧化工艺的现状及发展趋势1 前言铝及其合金材料由于其高的强度/重量比,易成型加工以及优异的物理、化学性能,成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。
然而,铝合金材料硬度低、耐磨性差,常发生磨蚀破损,因此,铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性,减少磨蚀,延长其使用寿命。
在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层,以显著改变铝合金的耐蚀性,提高硬度、耐磨性和装饰性能。
阳极氧化是国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。
阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。
铝及铝合金电解着色所获得的色膜具有良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性,广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀。
然而,铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力,容易受污染和腐蚀介质侵蚀,心须进行封孔处理,以提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体。
2 铝及铝合金的阳极氧化2.1 普通阳极氧化铝及其合金经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al2O3膜,使用不同的阳极氧化液,得到的Al2O3膜结构不同。
阳极氧化时,铝表面的氧化膜的成长包含两个过程:膜的电化学生成和化学溶解过程。
只有膜的成长速度大于溶解速度时,氧化膜才能成长、加厚。
普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等,以下介绍一些普通阳极氧化新工艺。
2.1.1 宽温快速阳极氧化[1]硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下,当溶液的温度高于25℃时,氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差,因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进,改进后的溶液配方为:硫酸(ρ=1.84g/cm3)150-200g/L(最佳值160g/L)CK-LY添加剂20-35g/L (最佳值30g/L)铝离子 0.5-20g/L (最佳值5g/L)CK-LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐,前者能提高电解液的工作温度,抑制阳极氧化膜的化学溶解,在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用;后者能增强电解液的导电性,提高电流密度,加快成膜速度。
铝合金材料表面处理及其实现技术的研究铝合金是一种广泛应用的材料,因其具有轻质、强度高等特点而深受各行业的青睐。
但铝合金表面容易受到化学、电化学等因素的影响,导致其表面性能下降,甚至发生腐蚀。
因此,铝合金表面处理技术的研究和发展也日益重要。
一、铝合金表面处理方法1. 电化学氧化法电化学氧化法是一种常见的表面处理方法,通过电解氧化溶液,使铝表面形成一层细密的氧化膜,提高其耐腐蚀性和硬度。
常用的电解液有硫酸、草酸、磷酸等。
2. 化学氧化法化学氧化法是利用化学反应的原理,在铝表面形成氧化膜。
常用的氧化剂有硫酸铬、亚硝酸铁、亚硝酸钠等。
其优点是处理时间短,成本低,缺点是膜质量不如电化学氧化膜。
3. 电镀法电镀法也是一种常用的表面处理方法,可在铝表面镀上一层金属膜,提高其硬度和耐腐蚀性。
常用材料有镍、铬、锌等。
4. 喷涂法喷涂法也是一种常见的表面处理方法,通过喷涂涂料,使铝表面形成一层耐腐蚀的涂层。
常用的涂层有环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸等。
二、铝合金表面处理实现技术1. 电化学氧化方法电化学氧化方法实现的关键是控制电解液的组成、电解条件和工艺流程。
在电解液组成上,应根据不同的铝合金种类和性质,选择适合的氧化液。
在电解条件上,需控制电解液浓度、温度、电压电流等参数。
在工艺流程上,则需控制预处理、清洗、脱脂、表面修整等。
2. 化学氧化法化学氧化法实现的关键是选择合适的氧化剂和反应条件。
在氧化剂的选择上,应根据铝合金表面的材质和性质选择不同类型的氧化剂。
在反应条件上,需控制氧化剂浓度、反应时间、温度等参数。
3. 电镀法电镀法实现的关键是选择适合的电镀液和电解条件。
在电镀液的选择上,应根据铝合金表面的情况和所需的涂层类型,选择适合的电镀液。
在电解条件上,需控制电压电流、电解时间、电极间距等参数。
4. 喷涂法喷涂法实现的关键是选择适合的涂料和粘合剂,并控制喷涂厚度和均匀性。
在涂料和粘合剂的选择上,应根据铝合金表面的材质和性质选择不同类型的涂料和粘合剂。
铝型材表面处理,通常有四种形式:电泳、静电粉末喷涂、氟碳喷涂、木纹转印。
首先介绍一下电泳(一) 电泳原理:电泳是电泳涂料在阴阳两极,施加于电压作用下,带电荷之涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物,沉积于工件表面。
(二)四个过程:(1)电解(分解)在阴极反应最初为电解反应,生成氢气及氢氧根离子 OH ,此反应造成阴极面形成一高碱性边界层,当阳离子与氢氧根作用成为不溶于水的物质,涂膜沉积,方程式为:H2O→OH+H(2)电泳动(泳动、迁移)阳离子树脂及 H+ 在电场作用下,向阴极移动,而阴离子向阳极移动过程。
(3)电沉积(析出)在被涂工件表面,阳离子树脂与阴极表面碱性作用,中和而析出不沉积物,沉积于被涂工件上。
(4)电渗(脱水)涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的,具有多数毛细孔,水被从阴极涂膜中排渗出来,在电场作用下,引起涂膜脱水,而涂膜则吸附于工件表面,而完成整个电泳过程。
(三) 电泳表面处理工艺的优缺点:电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点,电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。
其最大的缺陷在于,电泳的颜色比较单一,只有几种颜色(银白、香槟、金黄、黑色、仿不锈钢色)。
其次,电泳色容易产生色差。
下面介绍一下静电粉末喷涂(一)静电喷涂工艺原理:用静电喷粉设备把粉末涂料喷涂到工件的表面,在静电作用下,粉末会均匀的吸附于工件表面,形成粉状的涂层;粉状涂层经过高温烘烤流平固化,变成效果各异的最终涂层;喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、耐老化等方面优于喷漆工艺。
(二)静电粉末喷涂的基本过程(1)表面预处理:对于板金冲压件可采用化学前处理法。
即:去油→去锈→清洗→磷化(或纯化)等。
大部份锈蚀或者表面较厚的工件,采用喷砂,抛丸等机械方法去锈,但机械除锈后应确保工件表面清洁,无法垢。
(2)喷涂:工件通过输送链进入喷粉房的喷枪位置准备喷涂作业。
静电发生器通过喷枪枪口的电极针向工件方向的空间释放高压静电(负极),该高压静电使从.喷枪口喷出的粉末和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离(带负电荷)。
金属表面处理技术的环境影响与治理金属表面处理技术广泛应用于制造业、汽车、建筑、电子等多个行业,其主要目的是提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、附着力等性能,延长产品的使用寿命。
然而,这些技术在带来经济效益的同时,也对环境产生了一定的影响。
本文将分析金属表面处理技术的环境影响,并提出相应的治理措施。
1. 金属表面处理技术的环境影响1.1 化学污染金属表面处理过程中,常用的化学药品包括酸、碱、溶剂等,这些物质可能对环境产生污染。
例如,硫酸、盐酸等酸性物质会对土壤和水源造成污染,影响生态系统的平衡;而碱性物质则可能对土壤的酸碱度产生影响,进而影响植物生长。
1.2 废水排放金属表面处理过程中产生的废水含有大量的有害物质,如重金属、有机溶剂等。
这些废水如果未经处理直接排放,将对水体造成严重污染,影响水生生物的生存和人类的健康。
1.3 废气排放金属表面处理过程中产生的废气主要来源于化学药品的挥发和燃烧。
这些废气中可能含有有毒有害的有机物和重金属,对空气质量产生影响,长期吸入这些废气将对人体健康产生危害。
1.4 固体废弃物金属表面处理过程中产生的固体废弃物主要来源于过滤器、污泥等。
这些固体废弃物可能含有有害物质,如果处理不当,将对土壤和水源造成污染。
2. 金属表面处理技术的环境治理针对金属表面处理技术的环境影响,我国政府和企业应采取一系列治理措施,以降低其对环境的影响。
2.1 加强法律法规的制定和执行政府应制定和完善金属表面处理行业的相关法律法规,明确企业的环境保护责任。
同时,加大对企业的监管力度,确保企业按照法律法规的要求进行生产。
2.2 推广环保型金属表面处理技术企业和研究机构应加大对环保型金属表面处理技术的研究和推广力度,减少对传统化学处理方法的依赖。
例如,发展水性涂料、无铬钝化等技术,以降低化学污染和废水排放。
2.3 提高废水和废气的处理能力企业应提高废水和废气的处理能力,确保其达到国家标准后排放。
可以采用先进的处理技术,如生物处理、吸附、膜分离等,以有效去除废水中的有害物质。
铝合金表面常见的表面处理工艺铝合金是一种广泛应用于工业和民用领域的材料,其轻巧、耐腐蚀和高强度的特性使其成为许多产品的首选材料。
然而,铝合金表面也需要经过一系列的处理工艺才能满足不同需求,下面将介绍几种常见的铝合金表面处理工艺。
1.阳极氧化处理:阳极氧化是一种常见的铝合金表面处理工艺,通过在铝合金表面形成一层氧化膜来提高其耐腐蚀性能和装饰效果。
该工艺通过将铝合金制品浸泡在含有酸性电解液中,再加上电流进行处理。
阳极氧化处理可以使铝合金表面形成一层坚硬、致密的氧化膜,具有良好的耐磨、耐腐蚀和绝缘性能。
2.喷砂处理:喷砂是一种常用的表面处理方法,通过高速喷射磨料颗粒对铝合金表面进行冲击,去除表面污垢和氧化层,使其表面变得光滑均匀。
喷砂处理可以提高铝合金表面的粗糙度,增加其附着力,为后续的涂装和镀膜工艺提供良好的基础。
3.化学镀银处理:化学镀银是一种常见的铝合金表面处理工艺,通过在铝合金表面镀上一层银膜来增加其装饰效果和耐腐蚀性能。
化学镀银处理通常包括清洗、活化、镀银和后处理等步骤,最终形成一层均匀、亮丽的银膜。
4.电泳涂装:电泳涂装是一种常用的铝合金表面处理方法,通过将铝合金制品浸泡在带电涂料溶液中,利用电场作用使涂料均匀附着在铝合金表面。
电泳涂装可以提供均匀、致密的涂层,具有良好的耐腐蚀性和装饰效果,常用于汽车、家电等领域。
5.机械抛光:机械抛光是一种常见的铝合金表面处理方法,通过使用研磨工具和研磨材料对铝合金表面进行切削和磨光,使其表面光滑平整。
机械抛光可以去除表面的凹凸不平和氧化层,提高铝合金的光洁度和装饰效果。
以上是几种常见的铝合金表面处理工艺,每种工艺都有其独特的优点和适用范围。
在实际应用中,根据产品的具体要求和使用环境选择合适的表面处理工艺,可以提高铝合金制品的质量、功能和耐用性。
铝合金表面处理工艺的不断创新和发展,也为铝合金在各个领域的应用提供了更多可能性。
铝金属表面处理工艺铝金属是一种常见的材料,在各个行业中广泛应用。
然而,铝金属的表面易受腐蚀和氧化的影响,因此需要进行表面处理,以提高其耐用性和美观性。
本文将介绍几种常用的铝金属表面处理工艺。
一、阳极氧化处理阳极氧化是一种将铝金属表面形成氧化膜的工艺。
通过电解的方式,在铝金属表面形成一层致密的氧化膜,可以提高其耐腐蚀性能和机械强度。
此外,阳极氧化还可以对铝金属表面进行着色处理,增加其美观性,适用于制作高档家具、建筑材料等领域。
二、喷涂处理喷涂是一种简单方便的表面处理工艺。
通过喷涂剂将颜料或保护涂层施加在铝金属表面,形成一层均匀的膜层。
喷涂可以提供丰富的色彩选择,适用于户外建筑材料、汽车外壳等领域。
同时,喷涂还可以提供一定的保护功能,延长铝金属的使用寿命。
三、电镀处理电镀是一种将金属镀层沉积在铝金属表面的表面处理工艺。
通过电解的方式,在铝金属表面沉积一层金属(如镍、铬等),不仅可以提高铝金属的耐腐蚀性能,还可以增加其硬度和光泽度。
电镀可以广泛应用于装饰品、电子产品等领域,提供耐久性和美观性。
四、机械加工处理机械加工是一种通过物理力或磨削工具对铝金属表面进行加工的表面处理工艺。
机械加工可以去除铝金属表面的瑕疵和不均匀物质,使其表面光洁平整。
常用的机械加工方式包括打磨、抛光、研磨等,适用于制作精密机械零件、光学设备等领域。
五、喷砂处理喷砂是一种通过高速喷射磨料颗粒对铝金属表面进行处理的表面处理工艺。
喷砂可以较好地去除铝金属表面的污垢、氧化物和旧漆等物质,使其表面呈现出均匀的细砂纹理。
喷砂处理可以增加铝金属的附着力和耐磨性,适用于制作汽车零部件、塑料模具等领域。
六、喷淋处理喷淋是一种将特定液体喷洒在铝金属表面进行处理的表面处理工艺。
喷淋可以使用酸、碱、溶剂等液体,根据需要对铝金属表面进行去污、除油、除氧化等处理。
喷淋处理可以有效地清洁和净化铝金属表面,为后续的加工工艺提供良好的基础。
综上所述,铝金属表面处理是提高其性能和外观的重要工艺。
回顾我国铝型材表面处理生产发展和工艺进步中的认识和思考朱祖芳(北京有色金属研究总院,国家有色金属质量监督检验中心)摘要本文从回顾铝型材表面处理的生产发展和工艺进步中,以阳极氧化工艺现况为重点,分析我国的工艺特点,总结阳极氧化等表面处理的技术问题,再从环境保护、节约能源、降低消耗和提高品质等可持续发展的角度,提出铝型材阳极氧化等表面处理生产工艺路线的再思考。
我国铝合金建筑型材的工业发展和技术进步非常迅速,从零起步在不长的20年中,不仅生产规模和产量已经到达世界首位、而且在生产工艺、装备水平、产品质量等方面,都已经处在国际先进水平的行列。
可以毫不夸张地说,我国铝合金建筑型材的表面处理已经具备国际先进的多种技术,具有大批量生产各种高品质表面处理技术的能力。
尤其珍贵和值得称道的是,在20年生产发展的过程中建立起了一支管理水平高和技术素质精的人才队伍,这支队伍是保证该行业持续健康发展的基础。
作者从1980年代中期开始,有幸参与并投入铝型材表面处理的技术发展全过程中,自消化吸收日本和意大利引进的铝型材阳极氧化生产线至今, 与我国行业发展同步成长。
当时这两条分别从东亚和西欧引进的生产线,每年单产都是只有3000吨的手动卧式生产线,到1990年代末期从日本引进全自动阳极氧化电泳涂装大型立式生产线,其每年单产已经超过30,000吨。
从阳极氧化技术发展分析,1980年代中期开始的锡盐电解着色稳定剂,发展到氟化镍为主要成分的冷封孔添加剂,长寿命碱洗添加剂等一系列添加剂以及相配套的工艺制度,形成综合东西方技术特点具有中国特色的生产体系。
以后一直到本世纪发展起来的分布在几个地区的特大型企业,生产阳极氧化电泳涂漆复合膜,我国铝型材阳极氧化的生产规模、装备水平、技术水准和产品质量已经全面达到国际先进水平。
铝型材表面处理生产规模达到年产量已经超过400万吨,应该达到全世界产量的一半以上,已经发展成为名副其实铝合金建筑型材的生产强国。
铝单板表面处理工艺铝单板是一种广泛应用于建筑外墙装饰的材料,其表面处理工艺是非常重要的环节。
表面处理不仅能够美化铝单板的外观,还能提高其耐腐蚀性和耐磨性,延长材料的使用寿命。
本文将介绍铝单板表面处理的几种常见工艺。
一、阳极氧化工艺阳极氧化是一种常见的铝单板表面处理工艺,其原理是在铝单板表面形成一层厚度约10微米的氧化铝膜。
这种氧化铝膜不仅能够增强铝单板表面的硬度和耐腐蚀性,还能够增加其表面的附着力,使得后续的喷涂、印刷等工艺更加稳定。
阳极氧化工艺的优点是处理后的铝单板表面均匀光滑,色泽鲜艳,具有很好的装饰效果。
二、电泳涂装工艺电泳涂装是一种以电解液为介质,在铝单板表面形成一层均匀涂层的工艺。
其原理是利用电解作用将涂料引入铝单板表面的微小孔洞中,形成一层均匀、致密的涂层。
电泳涂装工艺的优点是处理后的铝单板表面涂层均匀、厚度可控,附着力强,耐腐蚀性好,具有很好的装饰效果。
此外,电泳涂装工艺还具有环保、节能等优点,因此在现代建筑装修中得到了广泛应用。
三、喷涂工艺喷涂工艺是一种常见的铝单板表面处理工艺,其原理是在铝单板表面喷涂一层涂料。
喷涂工艺的优点是处理速度较快、成本较低,且可以根据需要调整涂层的厚度和颜色。
但是,喷涂工艺的缺点是涂层厚度不易控制,附着力较弱,耐腐蚀性较差,且需要使用有机溶剂等化学物质,对环境造成一定的污染。
四、粉末喷涂工艺粉末喷涂是一种新型的铝单板表面处理工艺,其原理是将粉末涂料喷洒在铝单板表面,然后在高温环境下进行固化。
粉末喷涂工艺的优点是涂层厚度均匀、附着力强、耐腐蚀性好,且可以根据需要调整涂层的厚度和颜色,具有很好的装饰效果。
此外,粉末喷涂工艺还具有环保、节能等优点,因此在现代建筑装修中得到了越来越广泛的应用。
铝单板表面处理工艺是影响铝单板质量和使用寿命的重要环节。
不同的表面处理工艺有着各自的优缺点,建筑装修设计者可以根据项目需求和预算等因素进行选择。
在实际应用中,还应注意表面处理工艺的操作规范、材料质量等问题,以确保处理后的铝单板具有优良的性能和装饰效果。
我国目前铝合金表面处理的工艺及其环境效应我国铝合金型材的表面处理工艺包括阳极氧化,阳极氧化后电泳涂漆,化学转化后喷粉,化学转化后喷漆等四种工艺。
它们虽然源自西欧和日本的工艺,但在我国得到了融合、提升和发展。
但是在过去引进国外技术及国产化过程中,重点放在结合我国的当时技术水平、资源特点、并从方便管理和降低成本等因素考虑较多,环境效应关注不够。
因此有关废水、废气的处理思路、方案和措施,甚至在某些工艺路线方面,从新的环境效益的视角去审视,都存在不少问题,其中包括若干亟待解决的问题,本文在此基础上提出一些技术设想和新建议。
一、铝材表面处理生产线废水废气的排放标准各行业的不同工艺需要控制的污染物质并不相同,为此废水的排放的浓度标准也不可能相同。
对于铝合金加工行业,废水的排放标准可执行国家标准GB 8978-1988 “污水综合排放标准”。
排放标准按地面水域使用功能要求和污水排放去向,对于向地面水水域排放和城市下水道排放的污水分别执行一、二、三级的标准。
对排入重点保护水域、生活饮用水水源地、一般经济渔业水域、重要风景游览区等水域的污水需要执行一级标准。
对排入一般保护水域,一般工业用水区、景观用水区及农业用水区等水域的污水执行二级标准。
对排入城镇下水道并进入二级污水处理厂,进行生物处理的污水执行三级标准。
在某些情形下,不仅排放的要求更高,而且对于中水的回收使用比例要求更高,例如最近华加日对于新厂的废水排放,不仅排放的“废水”需要达标,而且回收利用率要达到90%,没有新的环境保护思路和高标准的环境治理措施是不可能达到的。
国家标准GB 8978-1988还把排放的69种污染物按性质分为两类,读者需要时可以直接查阅标准。
第一类污染物是指能在环境或动植物体内蓄积,对人体健康产生长远不良影响者。
含有此类有害污染物质的污水,不分行业和污水排放方式,也不分受纳水体的功能类别,一律在车间或车间处理设施排出口取样,其最高允许排放浓度必须符合表1的规定。
我国目前铝合金表面处理的工艺及其环境效应我国铝合金型材的表面处理工艺包括阳极氧化,阳极氧化后电泳涂漆,化学转化后喷粉,化学转化后喷漆等四种工艺。
它们虽然源自西欧和日本的工艺,但在我国得到了融合、提升和发展。
但是在过去引进国外技术及国产化过程中,重点放在结合我国的当时技术水平、资源特点、并从方便管理和降低成本等因素考虑较多,环境效应关注不够。
因此有关废水、废气的处理思路、方案和措施,甚至在某些工艺路线方面,从新的环境效益的视角去审视,都存在不少问题,其中包括若干亟待解决的问题,本文在此基础上提出一些技术设想和新建议。
一、铝材表面处理生产线废水废气的排放标准各行业的不同工艺需要控制的污染物质并不相同,为此废水的排放的浓度标准也不可能相同。
对于铝合金加工行业,废水的排放标准可执行国家标准GB 8978-1988 “污水综合排放标准”。
排放标准按地面水域使用功能要求和污水排放去向,对于向地面水水域排放和城市下水道排放的污水分别执行一、二、三级的标准。
对排入重点保护水域、生活饮用水水源地、一般经济渔业水域、重要风景游览区等水域的污水需要执行一级标准。
对排入一般保护水域,一般工业用水区、景观用水区及农业用水区等水域的污水执行二级标准。
对排入城镇下水道并进入二级污水处理厂,进行生物处理的污水执行三级标准。
在某些情形下,不仅排放的要求更高,而且对于中水的回收使用比例要求更高,例如最近华加日对于新厂的废水排放,不仅排放的“废水”需要达标,而且回收利用率要达到90%,没有新的环境保护思路和高标准的环境治理措施是不可能达到的。
国家标准GB 8978-1988还把排放的69种污染物按性质分为两类,读者需要时可以直接查阅标准。
第一类污染物是指能在环境或动植物体内蓄积,对人体健康产生长远不良影响者。
含有此类有害污染物质的污水,不分行业和污水排放方式,也不分受纳水体的功能类别,一律在车间或车间处理设施排出口取样,其最高允许排放浓度必须符合表1的规定。
第二类污染物是指其长远影响小于第一类的污染物质,在排污单位排出口取样,其最高允许排放浓度和部分行业最高允许排水定额必须符合表2的规定。
经过环保处理的废水必须达到上述指标才能排放,在一、二类污染物中,排放废水的pH值是最直观的检测指标,也是废水处理操作人员的重点控制因素。
废水的pH值在反应池中就应该调节到符合排放标准,在调节pH值的操作中,需要反复测量废水的pH值,掌握其变化规律,并逐渐减少中和剂的添加量,最终达到pH 6~9的排放标准。
在废水处理工艺完善、废水处理装置运行正常、操作人员严格按要求操作的情况下,是可以保证废水的pH值达到排放标准的。
阳极氧化电解着色(镍盐)可能应该按照电镀污染物的标准排放,那么实际要求明显地比GB 8978-1988的要求严格许多,国家标准GB21900-2008”电镀污染物排放标准”[2] 的废水排放限制见表3所示。
表3 水污染物特别排放限值[2]铝材阳极氧化生产线的废气主要是酸雾、碱雾,通常采用湿法净化的吸收方法进行处理,只要设计正确,处理方法基本上没有技术难度问题。
如果阳极氧化生产线包括三酸化学抛光工序,硝酸挥发引起的氧化氮的废气污染极为严重,不论是黄烟还是白烟的气体污染的问题都非常严重,也就是一氧化氮和二氧化氮同样是极其有害的污染。
事实上白烟对于钢铁设备的腐蚀性可能更强,虽然看起来不像黄烟那么可怕而已,一般的湿法净化的方法难于进行氧化氮气体的彻底治理。
铝合金静电喷漆生产线的废气还有挥发性有机化合物(VOC),而静电喷粉存在悬浮粉尘,都是极其有害的污染源,构成严重的大气污染和环境腐蚀,必须彻底进行治理。
二、阳极氧化的工艺路线及存在的环境问题我国目前阳极氧化的工艺路线按照国家标准如图1所示,如果没有电泳涂漆可直接进行封孔处理,目前我国的封孔工艺以冷封孔或中温封孔为主。
如果进行电泳涂漆,则舍弃封孔处理而代之热水洗再进行电泳涂漆即可。
在图1的阳极氧化的工艺路线中,其中脱脂、阳极氧化、去灰和中和(图中以绿色表示)一般没有毒性较高的污染源,只有污染程度不高的酸性或碱性溶液问题。
而碱洗、电解着色、染色和封孔(图中以红色表示)存在多种对环境有害的有机或无机化合物,可能存在比较严重污染问题,必须认真治理。
某些阳极氧化生产线可能安排含氟化氢铵的“酸浸蚀”处理,更存在严重的氟离子的污染问题,在图1的典型生产流程中没有表示。
图1 铝型材阳极氧化典型工艺流程图[1]根据图1表示的流程,结合我国目前的主要工业实践,并重点从环境污染的角度进行以下简单的补充说明和评述。
(1) 脱脂—我国主要采用硫酸脱脂,一般并不添加表面活性物质,为此槽液和水洗液均为普通的酸性物质,如硫酸根等,并不存在严重的环境污染的有毒物质。
如果添加表面活性物质,还需要考虑有机化合物的处理;(2) 碱洗—目前我国主要采用源自欧洲的长寿命碱洗添加剂工艺,添加剂中含有大量无机和有机化合物,极少采取碱回收装置。
此工艺尽管避免了槽内结块,仍然存在大量槽内的“沉淀污泥”,需要另行堆放处理,还要排放清洗中长寿命添加剂中某些污染成分。
由于碱洗槽液的“沉淀污泥”并不是单纯氢氧化铝,含有长寿命添加剂而影响其有效回收利用;(3) 氟化氢铵酸浸蚀—部分生产线一度采取氟化氢铵的酸浸蚀除去挤压条纹,尽管可以在降低铝耗的条件下达到除去挤压条纹的目的,却带来非常严重的氟化物废水的环境污染问题。
由于近年来环境保护措施的强化,同时由于氟化氢铵处理后影响铝型材表面的金属质感,目前氟化氢铵的酸浸蚀工艺已经有所限制,使用范围明显缩小;(4) 去灰—鉴于节约资源的考虑,我国目前较多使用阳极氧化槽的“废硫酸溶液”去灰,因此槽液和水洗液均为普通的酸性物质,如硫酸根等;(5) 阳极氧化-—我国建筑铝型材基本采取恒电流硫酸溶液的阳极氧化工艺,较少选取脉冲阳极氧化和其他溶液,槽液和水洗液均为酸性物质,主要是硫酸,一般也不存在严重的环境污染物质;(6) 电解着色—目前除自动化立式生产线采用单镍盐以外,卧式生产线基本上以采用单锡盐或锡镍混合盐的电解着色为主。
单镍盐存在镍离子的污染,应通过环境保护措施设法消除或降低镍离子的排放,总镍排放量低于0.1 mg/L并不是容易的事。
如果采用锡盐电解着色,为了维持二价锡的稳定性,单锡盐或锡镍混合盐槽液中都存在大量有机还原剂和络合剂等抗氧化的化合物,如酚类或苯酚类化合物,都存在较严重的废水污染;(7) 染色—通常为有颜色的有机化合物,存在污染问题;(8) 封孔—我国长期以来主要选择以以氟化镍为主成分的冷封孔工艺,尽管浓度不高,溶液和清洗水均存在镍离子和氟离子的污染。
目前虽已开发以乙酸镍为主要成分的中温封孔,仍然以镍盐为主要成分而带来镍离子的环境污染。
虽然镍离子含量远低于镍盐电解着色槽液,仍然需要考虑环境保护的处理。
三、阳极氧化生产线的现有废水处理流程应该改进从上面的阳极氧化工艺路线图可知,脱脂,阳极氧化,去灰及其清洗水均系酸性溶液,而碱洗及其清洗水属碱性溶液,经过集中的中和处理(一般还需要添加酸或碱),通过凝集和沉淀,分离为沉淀污泥和清澈液体。
尽管通过这一套长期使用的集中式中和的处理流程,基本上可以达到排放要求,但是既耗费大量用水和化学药品,又会排放大量固相和液态物质。
只要改变这种集中排放再进行处理的方式,替代为各工序独立的闭路循环的环境处理系统,就可以显著降低排出废水量、提高水利用率、提升化学试剂回收利用水平。
举例说,如果碱洗采用碱回收体系(需要投资建立设备),经过BAYER方式加水进行分解后,将得到的氢氧化钠溶液和氢氧化铝(氧化铝余渣)分别回收使用,减少污泥沉淀结块量,直接回收烧碱和氧化铝,降低工艺成本。
更值得一提的是,全面更新废水处理的思路,提高了废水处理的技术水平。
如果加上酸回收体系,对阳极氧化工厂里的阳极氧化槽中的AL浓度进行管理, 要按生产量比例、对液体进行排放、利用酸回收装置对回收的硫酸和废弃硫酸进行分离、把回收硫酸放到氧化槽里重新利用。
有关阳极氧化各工序闭路循环处理废水的思路,将在本文第2部分结合工艺过程集中介绍。
四、静电喷涂的工艺路线及存在的环境问题静电喷粉和静电喷漆的工艺路线比较简单,请见图2的工艺流程示意图。
通过化学预处理(图中的脱脂和酸洗)以后,喷涂之前的铬酸盐转化处理(红色方框)为其特有的工序,铬酸盐化学转化之前可以采用比较便捷的含氟离子的所谓“三合一”处理(即替代了脱脂,碱洗和酸洗去灰)。
从目前的生产情况分析,由于铬酸盐化学转化处理带来十分严重的环境污染困扰,已经成为目前静电喷涂的头等严重的污染问题。
如果无铬化学转化工艺成功,不论是钛/锆体系还是(尤其是)有机硅烷体系,对于铝材表面洁净度的要求明显提高,无铬转化的化学预处理可能与铬酸盐处理的化学与处理有所不同,以保证无铬化学转化处理的品质稳定。
静电喷涂除了化学转化处理的六价铬的环境污染外,喷漆工艺的VOC(挥发性有机化合物)大气污染安问题、有机溶剂的着火问题,粉末涂料的爆燃问题等都有不容忽视的严重环境损害。
图2 有机聚合物静电喷涂典型工艺流程图[2]在静电喷涂的生产工艺中,化学转化处理是必不可缺的工艺,目前主要采用铬酸盐或磷铬酸盐化学转化处理,因此废水中会有较高浓度的Cr6+离子。
含六价铬的废水一般是利用氧化还原方法进行处理(见图3),即用硫酸亚铁、亚硫酸钠等还原剂将废水中Cr6+还原成Cr3+(反应池1),再将废水pH调到7~8,使Cr3+形成Cr(OH)3沉淀(反应池2)。
再通过絮凝、沉降、压滤脱水形成氢氧化铬(三价铬)污泥。
这种方法属于间歇式处理,设备投资和运行费用并不高,但是处理工艺必须严格执行,以彻底消除六价铬的危害。
含铬废水处理方法与其他废水处理方式明显不同,所以含铬的废水不应该与其它废水混合,宜单独进行收集、存放和处理,典型的含铬废水处理流程如图3所示。
对于静电喷漆生产线,有机化合物废气治理的常用的方法有:吸附法、吸收法、直接燃烧法和催化燃烧法等。
对于静电喷涂涂装那样的大流量、低浓度的有机废气,直接燃烧或催化燃烧处理费用太高,并不经济。
活性炭吸附具有处理低浓度和大气量废气的优势,先用活性炭捕获废气中的有机化合物,然后用很小流量的热空气来脱附,这样可以使挥发性有机化合物,即所谓VOC富集,浓度提高10~15倍,大大减少了待处理废气的体积,使后处理设备的规模也大幅度降低。
把浓缩后的废气送到催化燃烧装置中,利用催化燃烧处理较高浓度废气的特点来消除VOC。
催化燃烧放出的热量可以通过间壁换热器来预热进入炭吸附床的脱附气,降低系统的热能使用量。
该技术利用炭吸附处理低浓度和大气量的特点,又利用催化床处理适中流量、高浓度的优势,形成一套非常有效的集成技术。
图3 典型的含铬废水的处理工艺流程图[3]。