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表面处理性为何因铝型材材质的不同而不同
表面处理条件、表面处理后的特征因材料的内部组织状态而引起外观等显著变化;选择铝型材基材时,比其他金属材料更需要注意;例如,铝型材阳极氧化后的颜色因阳极氧化槽液的类型、阳极氧化条件、膜厚等的变化而不同;
1:铝型材材质与表面处理性
(1)固溶元素的影响
铝型材阳极氧化时,固溶元素中比铝容易迁移的元素在表面附近富集、溶出;不容易迁移的元素在金属附近富集,或者富集在金属中;
不易迁移的Si含量较多时,例如ADC12材料中采用定电流法阳极氧化时,氧化电压上升缓慢;而在含铜铝型材阳极氧化时,也有发生阳极氧化膜和使用环境作用引起阳极氧化膜剥落的情况;
容易迁移的元素有Mg、Li等,在阳极氧化处理中几乎没有影响;特别是镁的固溶度很大,作为合金元素是理想的添加元素;可是,对化学转化处理来说,会带来不良的影响;
(2)第二相化合物的影响
第二相化合物的存在对铝型材的碱洗和阳极氧化的影响很大;碱洗时铝型材的光泽度降低,以第二相化合物为起点生成半球状的凹坑,致使入射光发生反射;优先溶解的、残留的第二相化合物形成凹坑的产生点,光泽的降低程度受第二相化合物粒子的数量和尺寸控制;腐蚀行为因金属间化合物的种类不同而大不相同;不溶解的第二相化合物形成污灰残留在阳极氧化膜的表面,阻碍随后的表面处理工艺,必须将其去除;
阳极氧化膜中残留的第二相化合物成为产生微妙色差的原因;第二相化合物也影响阳极氧化后的电解着色;这是因为阳极氧化膜中残留的粒子扰乱了多孔性结构,妨碍随后的电解着色的析出;因此,金属间化合物在晶界析出的位置,着色金属就不能再析出;
相反,第二相化合物优先氧化溶解时,阳极氧化膜中形成了孔洞,引起阳极氧化膜的耐磨耗性能下降;在电泳涂装中,第二相化合物优先溶解,孔洞缺陷多的2000系铝型材的膜层附着性变差;
2:影响阳极氧化的材料因素
可能影响铝型材阳极氧化膜色调的铝合金组织有结晶物、析出物、固溶元素;
所谓结晶物就是铸造凝固时产生的金属间化合物;
所谓析出物就是均质化处理、热压延、退火等热处理工艺中在固体中生成的细微的金属间化合物;析出物的尺寸、密度容易变化,控制色调的因素也较多;
所谓固溶元素就是在铝型材的晶体结构中以置换形式存在的异种金属元素;
结晶物、析出物的尺寸不同,但本质上它们都是金属间化合物;
金属间化合物的化学、电化学性质因其种类的不同而不同;因此,在阳极氧化处理时,金属间化合物可能原样不变残留在金属中,可能被阳极氧化,氧化后可能溶解等多种情况,由此阳极氧化膜的色调也就不同了;表1所示为铝型材合金成分在阳极氧化时的行为,表2为金属间化合物阳极氧化时的行为,表3中为Fe-Si系金属间化合物阳极氧化时的行为;
成分
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铝型材阳极氧化膜中的行为
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Cu
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作为固溶体存在0.25%/Cu以下,易残存在阳极氧化膜中; |
CU含量高的2024和7075合金,阳极氧化膜中残存率变小; | |
Fe
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根据Fe/Si的变化,一般而言,溶解度大者难以残存; |
Mg
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根据合金种类,残存率在0.17~0.80之间变化,溶出倾向大; |
Si
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作为不溶性成分残存在阳极氧化膜中; |
Mn
|
溶出倾向大 |
Zn
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因其固溶、析出的状态不同而不同;残存在阳极氧化膜中的倾向大;Cr的残存率高; |
金属间化合物
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氧化速度
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溶解性
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对阳极氧化膜的影响
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CuAl2
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++
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++
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阳极氧化膜生成效率显著下降
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β-AlMg
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+
|
+
|
不连续的阳极氧化膜,带有空孔的阳极氧化膜表面、界面粗糙化
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Mg2Si
|
++
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±
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阳极氧化膜/金属界面粗糙化
|
β-AlFeSi
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﹣
|
﹣
|
阳极氧化膜/金属界面粗糙化
|
FeAl3
|
±
|
﹣
|
—
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MnAl6
|
﹣
|
﹣
|
阳极氧化膜/金属界面粗糙化
|
CrAl7
|
+
|
+
|
阳极氧化膜中形成空孔
|
AlZnMg
|
+
|
++
|
阳极氧化膜中形成空孔
|
TiAl3
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﹣
|
﹣
|
阳极氧化膜/金属界面粗糙化
|
相
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氧化特性
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阳极氧化膜色调
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Al3Fe
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被氧化
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浅灰色
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Al6Fe
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不被氧化
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深灰色
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AlmFe
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被氧化
|
浅灰色
|
Al9Fe2
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不清楚
|
不清楚
|
α-AlFeSi
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被氧化
|
浅灰色
|
β-AlFeSi
|
不被氧化
|
灰色
|
Si
|
不被氧化
|
灰色
|
元素在铝型材中固溶后,阳极氧化膜的色调与固溶元素相对应;Cr、Cu显示黄色,Mn呈现粉红色;一般认为,根据原子半径的差异以氧化物的颜色为主的相互作用而产生不同颜色;
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