铝合金表面处理国内外研究应用现状
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冶金冶炼M etallurgical smelting锌铝合金的研究现状及新应用杨瑞彩(河南工业和信息化职业学院,河南 焦作 454150)摘 要:锌铝合金是一种具有较为优异性能的合金类金属材料,尤其是它自身性价比较高,具有优异的环保性能等特点,更使其受到了市场的高度青睐。
而且该类合金自身的用途范围较广,是一种广泛应用于人类的日常生活当中的金属材料,也是人类日常生活当中用量需求较高的金属材料。
因此,本文通过对于锌铝合金的研究发展历程以及其相应的研究现状与应用概况进行阐述,并指出研究与应用这一类合金对我国自身的工业发展具有高度的现实意义,明确了现阶段锌铝合金的研究方向。
关键词:锌铝合金;优缺点;应用中图分类号:TG292 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2020)06-0004-2Research status and new application of zinc aluminum alloyYANG Rui-cai(Henan college of industry&information technology,Jiaozuo 454150,China)Abstract: Zinc aluminum alloy is a kind of alloy metal material with more excellent performance, especially its high cost performance, excellent environmental performance and other characteristics, which makes it highly favored by the market. Moreover, this kind of alloy has a wide range of uses. It is a kind of metal material widely used in human daily life, and points out that the research and application of this kind of alloy has a high practical significance for the industrial development of our country, and defines the research direction of zinc aluminum alloy at this stage.Keywords: zinc aluminum alloy; Advantages and disadvantages; application伴随现代社会的发展,环保成为了当前时代最为重要的关键词之一。
表面技术在航天及飞机方面的的应用表面技术是指表面经过预处理后,通过表面涂覆、表面改性、表面处理及复合技术,改变固体金属材料表面或非金属材料表面的形貌、化学成分、组织结构和应力状况等,以获得所需要的表面性能的技术[2]。
在飞机结构维修过程中合理运用表面技术对飞机结构表面进行修复,不仅可以恢复飞机结构原有的功能特性,还可以使飞机结构具有比基体材料更优异的性能,如更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性。
表面技术在飞机结构修理中研究和推广,既可以有效修复飞机损伤结构表面,又可在节能、节材方面发挥巨大作用,有力地推动飞机维修技术的发展。
以整个航天领域的应用为例。
实际上表面工程技术在整个航天领域应用是非常广的。
获得的应用几乎涵盖了所有的表面工程技术,大家都知道表面工程技术一般分为三大类:表面改性技术、薄膜技术,涂镀层技术。
首先说表面改性,大家都知道,航天上用的最多是铝合金,而铝合金的阳极氧化处理最为广泛,有瓷质阳极化、有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化;黑色金属的发蓝处理、化学热处理方面有渗碳、渗氮等。
薄膜技术航天上也应用了很多,特别是在一些电子元器件上,PVD和CVD等都有应用。
涂镀层技术方面,首先从涂料上来说,大家都看过航天火箭发射,整个火箭表面都是有保护涂料层的;像武器系列,外表面还需要有三防或四防漆层;再有像电镀应用也非常广泛,有电镀铜、电镀镍,电铸铜工艺有重要用途,有些型号的发动机的喷管就是电铸成型的;像化学镀用的也比较多,如化学镀镍等;热喷涂的应用非常广泛,航天领域受热的地方比较多,所以热障涂层应用最多,甚至包括发动机的喷管内壁都要涂上热障涂层,还有机械动密封部位采用等离子喷涂的陶瓷耐磨密封涂层。
总之表面工程技术在航天领域应用是非常广泛的。
而且往往是表面工程最先进的技术优先用于航天领域,然后再逐渐扩展到其他民用领域。
飞机结构修理中常用的表面技术表面技术通常包括表面涂覆、表面改性和表面处理。
铝合金化学镀一、概述铝及铝合金是应用最广泛的金属之一,其具有导电性好、传热快、比重轻、强度高、易于成型等优点。
但是,铝及铝合金也存在硬度低、不耐磨、易于发生晶间腐蚀、不易焊接等缺点,影响其应用范围和使用寿命。
铝及其合金经过表面处理后可扬长避短,延长其使用寿命和扩大应用范围,赋予其防护、装饰等用途。
铝合金的表面处理技术包括阳极氧化、电镀、化学镀等方法。
铝上电镀比其他金属上电镀要困难得多,容易出现气泡和脱皮,结合力不良等问题。
究其原因是铝合金在空气中极易氧化。
因此,在进行一般的除油、碱液腐蚀和浸蚀后,暴露出制件的活化表面,在电镀之前的瞬间又重新被氧化,形成的氧化膜严重地影响了镀层的结合力,造成镀层起泡和脱落。
为了解决这一问题,目前普遍采用化学镀的方法。
铝合金表面化学镀因具有诸多的优良性能及特性而在电子工业、石油化工、机械和航天等领域的应用而不断增加,如何优化工艺、提高质量日益成为人们关注的焦点。
所谓化学镀,是指不使用外电源,而是依靠金属的催化作用,通过可控制的氧化-还原反应,使镀液中的金属离子沉积到镀件上去的方法,因而化学镀也被称为自催化镀或无电镀。
铝及铝合金属于化学镀难镀基材,因此在其基体上进行化学镀有其自身的特点:①铝是一种化学性质比较活泼的金属,在大气中易生成一层薄而致密的氧化膜,即使在刚刚除去氧化膜的新鲜表面上,也会重新生成氧化膜,严重影响镀层与基体的结合力。
②铝的电极电位很低(-1.56V),极易失去电子,当浸入镀液时,能与多种金属离子发生置换反应,析出的金属与铝表面形成接触镀层。
这种接触性镀层疏松粗糙,与基体的结合力强度差,严重影响了镀层与基体的结合力。
③铝属于两性金属,在酸、碱溶液中都不稳定,往往使化学镀过程复杂化。
由此可知,要在铝及铝合金制品上得到良好的化学镀层,最关键的就是结合力问题,而结合力取决于化学镀的前处理。
因此,对于铝及其合金来说,镀前处理是十分重要的。
【1】化学镀目前使用最广泛的是化学镀镍,本文以铝合金化学镀镍为例,讲述其机理、体系、工艺及其应用等内容。
铝及铝合金表面处理技术铝是一种密度小、强度大、耐腐蚀性较好的材料,导热以及导电性能都要优于其他金属。
工业生产中,它具有易于加工成型以及表面装饰性优良等诸多优点,因此在电子通信、航空航天以及工业制造领域得到了广泛的应用。
在纯铝中加入其他合金元素所制成的铝合金的物理性能要优于纯铝,本文简述了铝及铝合金表面处理技术的新发展,详细分析了工业生产领域几种应用范围较广的处理方法,希望对相关工作的推进落实有所启示。
标签:铝;铝合金;表面处理技术铝是化学元素周期表中位于第三周期的主族元素,结构为面心立方晶格,塑性较高,具有良好的延展性,因此可被用于各种形式的机械加工。
铝元素的化学性质相对活泼,标准电极电位较低,在干燥的空气中铝表面会形成厚度约为1—3nm的氧化膜,该氧化膜结构疏松、耐磨性较差、机械强度较低,因此需对其表面进行处理,以达到增强其防护效果的目的。
常规处理手段中的氧化、电镀以及外加涂层等方法均能够达到相对理想的处理效果。
一、氧化处理技术1、阳极氧化阳极氧化又被称为“电解氧化”,这是一种应用较为广泛的生产方式。
电解池中,铝以及铝合金为阳极,通电后在铝表面能够生成氧化膜,主要成分为AI2O3。
由此而得到的氧化膜具有较强的稳定性,能够对铝及铝合金起到较好的保护作用。
经阳极氧化所产生的保护膜具有如下特点:阻挡层硬度大、耐磨性以及抗腐蚀性较好、绝缘性能好、化学稳定性较高。
实践证明,该氧化膜可以被用作涂装的底膜,而且其孔隙较多,可以根据需要进行染色以及着色处理,以达到增加材料装饰性能的效果。
当前,这类氧化技术在实践应用中也暴露出了诸多问题,其中首当其冲的便是铬酸盐系氧化剂对环境所造成的污染。
阳极氧化实践中,有关人员已经注意到了利用特定金属离子的特性能够达到优化铝及铝合金性能的效果。
【1】目前镍离子、钛离子在这方面的应用已经进入了实践阶段。
2、化学氧化化学氧化指的是依靠化学手段、在特定条件下使清洁的铝或铝合金与氧化液中的氢发生反应,最终形成一层致密的氧化膜。
铝合金氧化膜特性及应用介绍铝合金氧化膜特性及应用介绍引言:铝合金氧化膜是一种常见的表面处理技术,通过在铝合金表面形成氧化层来改善其性能。
该氧化膜具有许多独特的特性,使其在各种应用领域中得到广泛应用。
本文将深入探讨铝合金氧化膜的特性和应用,并概述对这一领域的观点和理解。
第一部分:铝合金氧化膜的特性在这一部分,我们将重点介绍铝合金氧化膜的一些关键特性,包括硬度、耐磨性、耐蚀性、绝缘性和光学性质。
1. 硬度:铝合金氧化膜具有较高的硬度,通常可以达到摩氏硬度8级以上。
这种硬度使得氧化膜能够有效地保护铝合金表面免受划痕和磨损的影响。
2. 耐磨性:由于其硬度较高,铝合金氧化膜具有出色的耐磨性。
这使得它在一些应用中可以代替更昂贵的材料,如不锈钢,以提供更好的表面保护和耐用性。
3. 耐蚀性:铝合金氧化膜具有良好的耐蚀性,能够有效地抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀。
这种耐蚀性使其在汽车、建筑和航空航天等领域中得到广泛应用。
4. 绝缘性:铝合金氧化膜具有良好的绝缘性能,可以阻隔电流流动,避免金属表面出现电化学腐蚀。
这使得它在电子和电气设备中有广泛的应用。
5. 光学性质:铝合金氧化膜的光学性质可以通过对其厚度和孔隙度的控制来调节。
这使得它在光学领域中应用广泛,如反射镜、光学滤波器和太阳能电池等。
第二部分:铝合金氧化膜的应用在这一部分,我们将介绍铝合金氧化膜在各个应用领域的具体应用,包括汽车、建筑、航空航天和电子等。
1. 汽车:铝合金氧化膜在汽车工业中有广泛的应用。
它可以用于汽车外壳和车架的表面保护,提供更好的耐磨性和耐腐蚀性。
此外,氧化膜还可以用作汽车油漆的基层,增强涂层的附着力。
2. 建筑:铝合金氧化膜在建筑领域中也有重要的应用。
它可以用于室内和外墙的装修材料,如窗户、门框和幕墙等。
氧化膜的耐候性和耐腐蚀性能使其能够在恶劣环境下保持良好的外观和性能。
3. 航空航天:在航空航天领域,铝合金氧化膜通常被用于飞机和航天器的外壳和构件。
铝及铝合金化学转化技术的应用现状与研究进展
李永欣
【期刊名称】《山东化工》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】铝及铝合金是应用最广泛的有色金属材料,在国民经济建设的各个行业发挥了重要作用。
为克服铝及合金表面耐腐蚀性的局限,扩大应用范围,并延长使用寿命,需要采取必要的防护措施。
铝及铝合金的表面处理技术多种多样,其中化学转化技术是非常经济高效的。
本文对铝及铝合金铬酸盐化学转化技术和无铬化学转化技术的应用现状与研究发展进行详细综述,并对铝及铝合金化学转化技术的研究方向进行了展望。
【总页数】4页(P104-106)
【作者】李永欣
【作者单位】天津忠旺铝业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ133.1;TG146.2
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铝合金表面微弧氧化技术的应用及发展作者:张彦涛来源:《环球市场信息导报》2013年第06期微弧氧化是一种在金属表面原位生长陶瓷膜的表面处理技术,可大幅提高铝合金表面耐磨性及耐蚀性。
本文阐述了铝合金微弧氧化技术的特点及应用概况,以及微弧氧化技术的发展趋势。
微弧氧化技术又称微等离子体氧化、火花放电阳极氧化。
它是将铝,镁,钛等有色金属及其合金,在适当的电参数条件下使其与电解液中的溶质发生反应,最终在金属表面生成了具有一定厚度的陶瓷膜。
利用该技术在铝及其合金上生长一层Al2O3陶瓷膜,该陶瓷膜具有良好的耐磨、耐蚀性,而且可通过改变电参数和电解液等得到不同性能、不同颜色的陶瓷膜。
铝合金微弧氧化过程微弧氧化过程中具有等离子体放电通道的高温高压及电解液温度低的特点,在此极限条件下的反应过程可赋予陶瓷膜层其它技术难以获得的优异的耐磨、耐腐蚀等性能,同时使铝合金基体的保持原有性能。
液相中参与反应并形成陶瓷膜的粒子在电场力的作用下传输到基体附近的空间参与成膜,陶瓷膜层的厚度、组成、结构可以通过电源电参数和改变电解液组成进行控制,从而实现陶瓷膜层的设计与构造。
微弧氧化过程一般可以分为以下四个阶段:普通阳极氧化阶段:在氧化初期,样品表面颜色变暗,形成一层较在电流密度恒定的条件下,电压迅速升高。
该阶段形成的阻挡层是后续阶段产生火花放电的必要条件。
微弧氧化阶段:随着电压的不断升高,在氧化膜层的相对薄弱的地方将会被击穿,在样品表面能够观察到火花放电现象。
这些火花较小,但密度很大(约为105个/cm2),它在样品表面形成了大量的等离子微区。
这些熔融物与电解液发生反应,并被溶液冷却形成Al2O3,从而使这一区域的膜相应地增厚。
微弧氧化和弧放电共存阶段:该阶段样品表面开始出现较大的红色放电弧斑,它是由某些部位经过多次放电后,使得原来较小的放电通道彼此相连而形成较大的放电气孔。
在这一阶段可以观察到电压缓慢下降。
弧放电阶段至反应结束随着薄膜的增厚,红色放电弧斑逐渐减少,电压迅速上升。
铝及铝合金陶化处理工艺研究一、引言铝及铝合金陶化处理是一种常用的表面处理工艺,通过在铝材料表面形成一层陶瓷膜,提高其硬度、耐磨性和抗腐蚀性能。
本文将对铝及铝合金陶化处理工艺进行研究。
二、陶化处理原理铝及铝合金陶化处理的原理是在铝材料表面形成一层氧化铝陶瓷膜。
在陶化处理过程中,通过控制处理温度、时间和处理液成分等因素,使铝材料表面与处理液发生反应,生成氧化铝层。
该氧化铝层具有较高的硬度和耐磨性,可以有效提高铝材料的表面性能。
三、陶化处理工艺流程1. 表面处理:首先需要对铝材料进行表面处理,去除表面的氧化层和污染物,以保证陶化处理的效果。
2. 清洗:将铝材料浸泡在去离子水中,去除表面的油污和杂质。
3. 预处理:将清洗后的铝材料浸泡在碱性溶液中,去除表面的氧化层。
4. 陶化处理:将经过预处理的铝材料浸泡在含有陶化剂的处理液中,控制温度和时间,使其与处理液反应生成氧化铝层。
5. 清洗和干燥:将陶化处理后的铝材料进行清洗,去除处理液和残留的陶化剂,然后进行干燥处理。
四、陶化处理工艺参数的影响因素1. 处理温度:陶化处理温度是影响陶化层生成的重要因素。
一般来说,较高的处理温度可以加速反应速率,但过高的温度会导致氧化层过厚或结晶不完善。
2. 处理时间:处理时间对陶化层的生成也有一定影响。
适当增加处理时间可以使陶化层更加均匀和致密,但过长的处理时间会增加生产成本。
3. 处理液成分:处理液的成分主要包括陶化剂和辅助剂。
陶化剂可以提供氧化铝层的形成,而辅助剂可以调节处理液的酸碱性和表面张力等性质,影响陶化层的质量。
4. 表面质量:铝材料的表面质量对陶化处理的效果有一定影响。
表面存在的氧化层、污染物和机械划伤等缺陷会影响陶化层的质量和均匀性。
五、陶化处理的应用铝及铝合金陶化处理在工业生产中有广泛的应用。
其提高了铝材料的硬度和耐磨性,使其在航空航天、汽车制造、电子器件等领域有着重要的应用。
陶化处理后的铝材料能够更好地适应恶劣环境下的使用,并具有更长的使用寿命。
铝合金表面处理导电铝合金是一种常见的金属材料,具有轻质、强度高、耐腐蚀等优点,广泛应用于各个领域。
然而,铝合金的表面处理对于其导电性能起着至关重要的作用。
本文将从铝合金的表面处理对导电性能的影响、常见的铝合金表面处理方法以及其优缺点等方面进行探讨。
铝合金的表面处理对其导电性能具有重要影响。
铝合金的表面处理能够有效地提高其导电性能,使其更适用于需要良好导电性的场合。
一般来说,铝合金表面处理主要是通过形成一层导电性能良好的氧化层来实现的。
这种氧化层可以提高铝合金的导电性,同时还能够增强其耐腐蚀性能,延长使用寿命。
常见的铝合金表面处理方法有阳极氧化、化学氧化、电镀等。
阳极氧化是最常见的一种表面处理方法,通过在铝合金表面形成氧化铝层来提高导电性能。
阳极氧化处理具有工艺简单、成本低廉等优点,但其氧化层较薄,耐腐蚀性相对较差。
化学氧化是一种通过化学反应在铝合金表面形成氧化层的方法,可以提高导电性能和耐腐蚀性能。
电镀是将一层金属沉积在铝合金表面,形成导电性良好的金属层。
这种方法能够提高铝合金的导电性能,但成本较高。
不同的表面处理方法具有各自的优缺点。
阳极氧化处理简单、成本低廉,适用于大批量生产。
化学氧化处理能够形成较厚的氧化层,提高耐腐蚀性能,但工艺复杂,成本较高。
电镀方法能够形成导电性良好的金属层,但成本较高,且不适用于大批量生产。
因此,在实际应用中需要根据具体要求选择合适的表面处理方法。
除了上述表面处理方法外,还有一些新兴的表面处理技术被应用于铝合金的导电性能提升。
例如,热喷涂技术可以在铝合金表面形成导电性能良好的涂层,提高其导电性能和耐腐蚀性能。
激光表面处理技术可以在铝合金表面形成微纳米级的结构,提高其导电性能和光吸收能力。
这些新技术的应用为铝合金的导电性能提升提供了新的途径。
铝合金的表面处理对其导电性能具有重要影响。
不同的表面处理方法具有各自的优缺点,需要根据具体要求选择合适的方法。
此外,新兴的表面处理技术为铝合金的导电性能提升提供了新的途径。
铝合金阳极氧化与表面处理技术一、铝及铝合金的特点1.密度低铝的密度约为2.7g/cm3,在金属结构料中仅高于镁的第二轻金属,只有铁或者铜的1/3。
2.塑性高铝及其合金延展性好,可通过挤压、轧制或拉拔等压力加工手段制成各种型、板、箔、管和丝材。
3.易强化纯铝强度不高,但通过合金化和热处理容易使之强化,制造高强度铝合金,强度可以和合金钢媲美。
4.导电好铝的导电性和导热性仅次于银、金、铜。
设铜相对导电率为100,则铝为64,铁只有16。
如按照等质量金属导电能力计算,铝几乎是铜的一倍。
5.耐腐蚀铝和氧具有有极高的亲和力,自然条件下铝表面会生成保护性氧化物,具有比钢铁好得多的耐腐蚀性6.易回收铝的熔融温度低,为660°С左右,废料容易再生,回收率极高,回收能耗只是冶炼的3%。
7.可焊接铝合金可通过惰性气体保护法焊接,焊接后力学性能好,耐腐蚀性好,外观美丽,满足结构料要求8.易表面处理铝可通过阳极氧化着色处理,处理后硬度高,耐磨耐腐蚀及电绝缘性好,通过化学预处理还可以进行电镀、电泳、喷涂等进一步提高铝的装饰性和保护性二、铝的表面机械预处理1.机械预处理的目的提供良好的表观条件,提高表面精饰质量;提高产品品级;减少焊接的影响;产生装饰效果;获得干净表面。
2.机械预处理的常用方法常用的机械预处理方法有抛光、喷砂、刷光、滚光等方法。
具体采用那一种预处理要根据产品的类型、生产方法、表面初始状态及最终精饰水平而定。
3.机械抛光的原理及作用高速旋转的抛光轮与工件摩擦产生高温,是金属表面发生塑性变形,从而平整了金属表面的凸凹点,同时使在周围大气氧化下瞬间生成的金属表面的极薄氧化膜反复地被磨削下来,从而变得越来越光亮。
主要作用是去除工件表面的毛刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、气孔等表面缺陷。
同时进一步清除工件表面上的细微不平,使其具有更高的光泽,直至镜面效果。
4.喷砂的原理及作用用净化的压缩空气将干沙流或其它磨粒喷到铝制品表面,从而去除表面缺陷,呈现出均一无光的沙面。
铝合金表面绝缘氧化1. 引言1.1 研究背景铝合金是一种常用的金属材料,具有优良的导热性和导电性,因此被广泛应用于各种领域,如航空航天、汽车制造、建筑等。
铝合金的表面容易受到氧化的影响,降低了其性能和使用寿命。
为了解决这一问题,人们提出了铝合金表面绝缘氧化的方法。
铝合金表面绝缘氧化是指在铝合金表面形成一层绝缘性氧化物膜,可以有效隔离铝合金与外界环境的接触,提高其耐蚀性能和稳定性。
通过绝缘氧化技术,不仅可以延长铝合金的使用寿命,还可以提高其表面美观度和加工性能。
目前对铝合金表面绝缘氧化的研究还存在一些不足之处,如氧化膜的稳定性、氧化速度的控制等问题尚待解决。
对铝合金表面绝缘氧化的研究具有重要的意义,有助于进一步深入了解绝缘氧化的形成机理,提高氧化效果,探索新的应用领域,并促进铝合金材料的发展与应用。
1.2 研究意义铝合金表面绝缘氧化是一种重要的表面处理技术,具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。
研究铝合金表面绝缘氧化的意义在于提高铝合金制品的耐蚀性能和机械性能,延长其使用寿命,提高产品的质量和竞争力。
绝缘氧化技术在航空航天、汽车工业、电子设备等领域都有着重要的应用,对促进相关行业的发展和技术进步具有重要作用。
通过深入研究铝合金表面绝缘氧化的形成机理,探索提高绝缘氧化效果的方法,分析影响绝缘氧化效果的因素,可以指导工程实践,提高绝缘氧化技术的应用水平,为相关领域的发展提供技术支持。
研究铝合金表面绝缘氧化具有重要的理论和实践意义,对推动相关行业的发展和创新具有积极的推动作用。
2. 正文2.1 铝合金表面绝缘氧化的形成机理铝合金表面绝缘氧化是指在铝合金表面形成一层氧化膜,其主要成分是Al2O3,这种氧化膜能够有效地提高铝合金的耐腐蚀性能,增加其机械强度和耐磨损性能,延长其使用寿命。
铝合金表面绝缘氧化的形成机理主要包括两种方式:自然氧化和人工氧化。
在自然氧化过程中,铝合金表面会与空气中的氧气发生化学反应生成氧化膜,这种氧化膜主要是由铝的氧化物组成。
表面工程技术
铝合金表面处理国内外研究应用现状
学院名称: 材料科学与工程学院 专业班级: 复合材料 学生姓名: 学 号: 指导教师: 张松立
2014 年 6 月 【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展,介绍了镀层技术,转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。 关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆
前言 铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1~3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如2A11 ,2A12。Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。通过在铝中加入3 %~5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %~25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。 尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点,但在实际应用过程中,铝合金就呈现出表面硬度较低、耐磨性及耐蚀性差等诸 多问题,这在很大程度上限制了铝合金的应用范围。铝合金成分和热处理对铝合金性能的提高固然很大,但在许多场合还要求铝合金表面具有耐磨、耐腐蚀等特殊性能,而且大部分铝合金材料的失效大都是从表面开始的,因而提高材料的表面性能显得尤为重要。采用表面处理可以提高防护性、装饰性和功能性, 克服铝合金表面性能方面的缺点, 扩大应用范围, 延长使用寿命[ 1-6]。铝合金表面强化技术是目前铝合金材料中研究最为活跃的领域,目前铝
合金常用的表面处理方法可分为镀层技术,转化膜处理技术、高能束表面处理技术等,同时探索新的铝合金表面处理技术一直是科研工作者努力的方向。
一、镀层技术 铝及其合金可通过电镀、化学镀等方法在材料表面获得金属或复合金属镀层,中信戴卡轮毂制造股份有限公司电镀常选用Zn、Cr 涂层,化学镀通常使用化学镀Ni、Ni - P合金层[7]。 1.1 电镀 通过电镀方法可沉积所需金属元素至铝合金表面,形成牢固的致密镀层。由于铝的电位比较负,对氧的亲和力比较大,不易镀上耐蚀金属,一般要经过特殊预处理,例如采用化学浸锌、电镀薄锌层、电镀镍,然后镀铜。表面镀上一层铜后就可按普通电镀方法在铜镀层镀上所需的金属镀层,获得的镀层与基体结合力好。电镀的优点是镀层结晶细致,平滑光亮,内应力较小,与陶瓷金属化层结合力强,但电镀法的缺点是费时费力,而且电镀液中含有氰种剧毒物质。 1.2 化学镀 化学镀是采用金属盐和还原剂在镀液中进行氧化还原反应,并在金属表 面形成金属镀层,其中应用最广涂层的是化学镀Ni-P合金[8]。采用次磷酸盐做还原剂将水溶液中的镍离子原为金属镍,并沉积到零件上去,直至达到所需厚度后将零件取出。化学镀镍时次磷酸盐本身也被还原,共同沉积到金属零件上去,得镀层为镍磷二元合金,控制工艺参数可改变镀层中磷的含量。化学镀与电镀工艺比较而言是一种极低污染的工艺,镍磷合金镀层具有较优越的性能,其镀态硬度可高达HV450 ~ 700,镀层也具有很强的耐蚀性。而且化学镀镍操作非常简便,尤其适合结构复杂的零件,这些优点使化学镀镍的铝合金应用范围更加广泛,目前经化学镀镍处理的铝、镁件己经在航海、航空、电子、军事等高新技术领域得到应用,镍磷镀层已应用于计算机铝-镁合金硬盘的中间镀层。
二、转化膜处理 转化膜处理就是通过铝合金基体与特定的介质在特定条件下发生 转化作用,形成一层附着力良好的腐蚀物或陶瓷膜层覆盖于基体表面, 是一种通过形成新膜层取代自然氧化膜的技术。 2.1 化学氧化法 化学氧化处理是使金属铝和氧化溶液发生化学反应,在表面生成不溶性氧化膜的工艺[9-10]。无锡法福表面处理技术有限公司常用化学氧化法主要有磷酸一铬酸盐法、铬酸盐法、碱性铬酸盐法和磷酸盐成膜法。化学氧化膜比自然氧化膜厚度(4nm) 大100 ~ 200 倍,具有操作容易、设备简单、成本低、生成速度快和附着性良好等优点,可单独作防护层或涂装底层; 但化学氧化处理膜层存在耐磨性差、厚度薄、承载能力差等缺点。 2.2 阳极氧化处理 铝阳极氧化工艺是在电解液中将铝合金作为阳极,以铅、不锈钢作为阴极,通电后在制品表面生成氧化膜的过程[11],该技术最早出现在20 世纪20 年代。阳极氧化电解液主要以酸性液为主,常用的酸液包括: 硫酸、铬酸、草酸和硼酸。在阳极氧化过程中电源最初使用的是直流电源,此法省去添加剂及其他设备,但膜生长速度慢,膜的整体性能一般。近年来发现使脉冲电流与直流电流相叠加可完成阳极氧化,所得膜层性能更优异,可靠性更强。阳极氧化不仅改进和提高了铝合金表面性能,如耐磨性、耐蚀性、表面硬度等,而且可以赋予表面各种颜色,大大提高铝合金的装饰性。 2.2.1 硬质阳极氧化 铝合金硬质阳极氧化[12]是将工件作为阳极, 放入硫酸溶液中, 阴极起导电作用, 在外加电压的作用下, 溶液中的OH- 放电而析出氧, 氧与阳极上的铝作用生成氧化膜.杨蔺孝等[13]指出在硫酸氧化液中添加草酸钴、磺基水杨酸镧铈等化合物, 在25~ 220℃ 的条件进行氧化,可使氧化膜的莫氏硬度≥9( 金刚石的莫氏硬度为10) , 耐烧蚀温度达到2000℃。另一途径是变传统的直流氧化为脉冲或交直流叠加氧化。 2.2.2 复合阳极氧化 铝合金的复合阳极氧化是一种新型的阳极氧化技术. 日本的吉村长藏[14]首先进行了这方面的尝试, 他们分别在硫酸、草酸和磷酸三钠电解液中添加如Fe3O4、CrO2、T iO2等磁性粉, 以及Al2O3、SiC、SiN等超硬粉体和石墨等导电性粉体( 微米级) , 使其悬浮于电解液中进行阳极氧化. 顾德恩[15] 等人提出了采用溶液浸渍方法在低压腐蚀铝箔表面沉积一层Ti 氧化物,然后通过阳极氧化在阳极箔表面生成高介电常数的含Ti 复合阳极氧化膜, 以提高阳极箔的比容。大连海事大学材料工艺研究所的刘世永[ 16] 等人提出在常规铝合金 硬质阳极氧化液中添加聚四氟乙烯颗粒, 在6063 铝合金表面形成含有聚四氟乙烯颗粒的复合硬质阳极氧化层, 其滑动干摩擦条件下与淬火钢对磨的平均摩擦因数为0. 11, 比常规硬质阳极氧化层的摩擦因数降低17%。 2.3 稀土转化膜 最初HinTon[ 17] 、Mansfeld[ 18] 等发现将铝合金浸于含有稀土元素氯化物( 如CeCl3、LaCl3 、YCl3、PrCl3 等) 的溶液中一定时间后, 表面可形成一层含稀土金属氧化物或氢氧化物的转化层. 这种转化膜层的耐蚀性, 尤其是耐氯离子侵蚀性等于或优于铬酸盐转化膜. 华南理工大学的吴桂香[ 19] 等针对常见的6063 铝合金型材试样, 采用铈盐作为处理液的主要成分制备铝合金表面化学转化膜, 并考虑到稀土转化膜成膜速度较慢而常需要在高温下进行的问题, 加入KMnO4 作为转化膜处理液的成膜氧化剂以提高成膜效率, 降低成膜温度。发现利用Ce( NO3)3 为主的处理液处理6063铝合金, 可在其表面生成金黄色的化学转化膜。该膜耐腐蚀性较好, 同时发现在稀土转化膜生成与耐腐蚀性能的影响因素中,Ce( NO3)3的含量影响最大, 其次是KMnO4的含量,再次是温度。目前常用的铝合金表面稀土转化膜工艺有如下几种[ 20]: (1) 稀土溶液长时间浸泡处理工艺; (2) 稀土转化膜的阴极电解工艺; (3) 含强氧化剂、成膜促进剂和其他添加剂的处理工艺; (4) 波美层处理工艺; (5) 铈- 钼处理工艺。 稀土在我国有着丰富的储量, 稀土转化膜有着广泛的开发前景。 稀土转化膜技术的优点包括以下方面: 浸泡处理是该技术主要工艺手段,工艺简单、易于维护; 无毒无污染,防蚀效果好; 稀土化合物价格低廉,生产成本低; 废液无污染。 2.4 锰酸盐转化膜 将铝合金置于含高锰酸钾、钼酸钠、钨酸钠和磷钨酸钠[ 21] 溶液中进行化 学或电化学处理, 可得到表面含这种金属氧化物的转化膜层。 这种膜层赋于铝合金较好的耐蚀性。北京化工大学吕勇武等[22]选用锰酸盐、钛盐作为成膜主盐, 采用正交试验得到LY12 铝合金化学转化膜的处理工艺. 所制备转化膜的颜色为金黄色, 呈针叶状结构. 华南理工大学机械工程学院材料研究所的陈东初[ 23]等采用钼酸盐、高锰酸钾作为成膜氧化剂, 对LY12[24]铝合金的化学转化膜工艺进行研究, 处理溶液不含六价铬, 符合环保要求, 而且成膜速度快, 可在室温下成膜, 膜的耐蚀性能好。转化膜的主要成分为镁、铝、氧、氟、锰等元素。
三、高能束表面强化 3.1 微弧氧化法 微弧氧化技术又称为微等离子体氧化技术或阳极火花沉积技术[25],这是一种在金属及其合金表面通过微等离子体放电,进行复杂的电化学、等离子化学和热化学过程,原位生长氧化物陶瓷膜的新技术。利用此项技术形成的表面膜层与基体的结合力强、硬度高、耐磨性、耐蚀性、抗热震性高、膜层电绝缘性好、击穿电压高。不仅如此,该技术采用能量密度极高的微等离子弧加热的先进加热方法,基体组织结构不受影响,且工艺不复杂,不造成环境污染,是一项很有前途的材料表面处理新技术,正成为国际材料表面工程技术领域的研究热点。张聚国等[26]以铝合金LY12 为试验材料, 采用MAO240/750 微弧氧化设备、TT260 测厚仪和AMARY- 1000B 扫描电子显微镜,研究了起弧电压、电流密度和氧化时间等参数对陶瓷层性能的影响。徐俊[27]采用Na2SiO3 系电解液通过一系列的铝合金微弧氧化工艺实验,研究微弧氧化过程中陶瓷氧化膜层的生长规律,不同电解质组成和浓度对陶瓷氧化膜质