铝合金表面处理应用

材料科学课程论文铝合金表面处理国内外研究应用现状TheDomesticandForeignCurrentSituationoftheResearchandApplicationonSurfaceTreatmentTechnologyofAluminumAlloys学院名称：材料科学与工程学院专业班级：复合材料1101班学号：3110706012学生姓名：陈青华指导教师姓名：张松利2014年6月铝合金表面处理国内外研究应用现状复合1101班陈青华3110706012摘要：本文全面介绍了国内外铝合金在建筑、汽车、航空航天等行业的应用及研究进展。主要阐述了铝合金表面处理方法的目的、表面处理的机理及分类、影响表面处理质量的工艺参数、现代表面分析技术等。并对近年来国内外应用广泛、技术成熟的一些表面处理技术的优缺点进行了分析，并展望了该领域研究的发展趋势。关键词：铝合金、表面处理、应用、发展趋势TheDomesticandForeignCurrentSituationoftheResearchandApplicationonSurfaceTreatmentTechnologyofAluminumAlloysCompositeMaterialScienceandEngineeringChenQinghua3110706012Abstract:Applicationofaluminumalloyisbrieflydescribedinconstructionindustry,automobileindustry,andaviationindustrytotally.Thedevelopmentofadhesivebondingatdomesticandforeigncountriesisintroduced.Then,thepurpose,mechanics,classificationofsurfacetreatmentofaluminumalloyusedinbondingstructureisreviewed.Atthesametime,theparametersofthesurfacetreatmentwhichaffectthesurfacequalityandthemethodsofmodernsurfaceanalysisareintroducedtoo.Meanwhile,thepopularandmostsophisticatedtechnologyinaviationindustry,thecharacteristicandapplicationsofphosphoricacidanodizationarealsodiscussed.Atlast,thetrendinthisfiledispresented.Keywords:Aluminumalloy、Surfacetreatment、Application、Thetrend目录1引言--------------------------------------------------------------12铝合金阳极氧化----------------------------------------------------22.1前处理------------------------------------------------------22.1.1机械处理-----------------------------------------------22.1.2化学清洗-----------------------------------------------22.1.3碱浸蚀-------------------------------------------------32.1.4化学抛光-----------------------------------------------32.1.5电化学抛光---------------------------------------------42.2阳极氧化----------------------------------------------------52.2.1硫酸阳极氧化-------------------------------------------52.2.2草酸和铬酸阳极氧化-------------------------------------52.2.3硬质阳极氧化-------------------------------------------62.2.4阳极氧化膜的厚度控制-----------------------------------62.3铝阳极氧化膜的着色和染色------------------------------------72.3.1自然发色-----------------------------------------------72.3.2电解着色-----------------------------------------------72.4阳极氧化膜的封闭--------------------------------------------82.4.1热水封闭-----------------------------------------------82.4.2低温封闭-----------------------------------------------82.4.3中温封闭-----------------------------------------------82.4.4其它封闭-----------------------------------------------83铝合金化学氧化----------------------------------------------------93.1磷化工艺(Alodine法)---------------------------------------93.2钝化工艺----------------------------------------------------94铝合金的电镀和化学镀----------------------------------------------94.1铝合金的电镀工艺--------------------------------------------94.2铝合金的化学镀工艺-----------------------------------------105铝合金的微弧氧化和激光熔覆技术-----------------------------------105.1铝合金的微弧氧化-------------------------------------------105.2铝合金的激光熔覆技术---------------------------------------116结语-------------------------------------------------------------117参考文献---------------------------------------------------------12铝合金表面处理国内外研究应用现状11引言铝在地球上存在的比率仅次于氧、硅,是占第3位的元素,虽然比铁多,但作为金属产量,却比铁少。这是由于铝和氧的结合能大,从原料矿石铝钒土中精炼出铝要消耗大量的电能。但是,由于铝的熔点远比铁低,仅660℃,具有有利于从废料再生、进行再循环利用的优点。铝的比重小于铁和铜,是适合于轻型零件的最佳材料。通过添加铜、镁、硅等元素进行合金化可提高强度。但是,由于其质地比铁等金属软,容易损伤,在酸、碱等药物和腐蚀环境中容易被腐蚀。铝在大气中会氧化而生成薄的自然氧化膜,具有一定程度的耐蚀性。可以采用阳极氧化表面处理的方法来强制性地增厚这种氧化膜,使其具有充分的耐蚀性。铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一系列优点，在航空、航天、船舶、房屋建筑、桥梁、电力、汽车、核工业及兵器工业都有着广泛的应用。随着科技的进步和发展,一般的铝合金材料的表面性能难以满足各方面的技术要求。近年来,铝合金表面陶瓷化技术倍受人们关注,即以铝合金材料为基体,采用有效手段在其表面制备陶瓷膜层,使其与陶瓷材料互相复合,取长补短,制备出既有金属强度和韧性,又有陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点的复合材料,因而表面陶瓷化技术的研究日益广泛。常用的铝合金表面改性技术有溶胶-凝胶、稀土转化膜、激光熔覆、阳极氧化、等离子微弧氧化等,有关这些方法的研究均取得了较大成就。等离子微弧氧化是一种新型表面陶瓷化技术,近年来其相关文章报道较多,已成为铝合金表面改性技术研究的热点,具有广阔的发展前景。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。铝合金表面处理国内外研究应用现状2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。2铝合金阳极氧化将铝及其合金置于适当的电解液中作为阳极进行通电处理的过程称为阳极氧化。经过阳极氧化,铝表面能生成厚度为几微米至几百微米的氧化膜。此氧化膜的表面为多孔蜂窝状,较之铝合金的天然氧化膜,其耐蚀性、耐磨性均显著提高。采用不同的电解液和工艺条件,就能得到不同性质的阳极氧化膜[1,2]。阳极氧化有铬酸阳极氧化、草酸电解液阳极氧化、硫酸阳极氧化。硫酸阳极氧化与草酸和铬酸阳极氧化相比,工作电压更低,电解液更价廉,操作更简单,氧化膜装饰性更强,所以这种工艺很快得以普及。目前95%以上的阳极氧化是在硫酸中进行的。阳极氧化的基本工艺过程如下。2.1前处理2.1.1机械处理机械处理一般可分为抛光(包括磨光、抛光、精抛或者镜面抛光)、喷砂(丸)、刷光、滚光等。2.1.2化学清洗化学清洗剂有溶剂型化学清洗剂、碱性化学清洗剂和酸性化学清洗剂。从上世纪80年代开始,酸性脱脂槽液逐步普及,槽液为H2SO4,或H3PO4,加HF、Fe、H2O2和非离子表面活性剂,室温下操作,时间为3～5min。这种工艺效率高,不污染后续槽,是较好的脱脂工艺,其应用日益广泛。应用最广的化学镀是镍磷合金.采用次亚磷酸盐作还原剂将水溶液中的镍离子催化还原为金属镍,并沉积到零件上.化学镀镍赋予了铝合金良好的表面性能.它不仅使其抗蚀性、耐磨性、可焊性和电接触性能得到提高,镀层与铝基体铝合金表面处理国内外研究应用现状3间结合力好,镀层外观漂亮;而且通过镀覆不同的镍基合金,可以赋予铝及铝合金各种新的性能,如磁性能、润滑性能等.燕山大学的王艳芝[3]以铝合金为基体,在碱性镀浴中得到了低磷含量的Ni2Fe2P2B镀层,镀层主要为非晶态结构。2.1.3碱浸蚀铝及其合金阳极氧化之前,需要去除致密但不均匀的自然氧化膜。对高硅铝合金,采用HNO3、HF混合溶液,在室温下操作,时间为3～5min,工作时会产生有毒气体,一般不用于其它铝合金。其它铝合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液,NaOH的浓度为30～70g/L,操作温度为40～80℃,时间为3～10min。碱腐蚀工艺维护简单,成本低,腐蚀效果好,易于除去铝合金表面的加工条纹,是阳极氧化重要的配套工艺[4]。目前单独使用NaOH溶液作碱腐蚀已很少见,往往加入葡萄糖酸钠、柠檬酸钠等络合剂,防止槽液中Al(OH)3沉淀,即所谓“长寿碱”