摘要 通過試驗(yàn)研究，制訂了生產(chǎn)厚膜純黑色的6063鋁合金型材的表面處理工藝制度，將其應(yīng)用于大批量生產(chǎn)實(shí)踐中，生產(chǎn)出符合用戶要求的制品。
關(guān)鍵詞 6063鋁合金 黑色 厚膜型材
Black Thick Film Surface Treatment Technology for 6063 Aluminium Alloy Profiles
Wang Jurong Qi Zhongdong
(Northeast Light AlloyCo.,Ltd.,Harbin,150060,China)
Abstract The surface treatment process of the 6063 aluminium alloy profiles with black thick film was instituted,through test and research.It was applied to batch production.The profile met requirements of consumer were produced.
Keywords 6063 aluminium alloy;black;thickfilm prfiles
1995年我公司承接了北京西客站工程的部分鋁門窗型材生產(chǎn)任務(wù)，用戶要求提供氧化膜厚度17μm以上，封孔質(zhì)量符合ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，即磷鉻酸失重小于30mg/dm2、純黑色并具有很高光亮度的6063鋁合金型材。但是在生產(chǎn)中要完全滿足上述產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)要求有許多困難，產(chǎn)品成品率很低，各項(xiàng)指標(biāo)往往顧此失彼，不能同時(shí)滿足。為此，我們立項(xiàng)研究，經(jīng)多次試驗(yàn)，找到了最佳生產(chǎn)工藝，將其用于實(shí)際生產(chǎn)中，能夠同時(shí)滿足用戶各項(xiàng)要求，并且氧化成品率達(dá)到了99.5%。
1 試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)方案的思考和分析
以往對(duì)鋁合金型材著黑色的研究表明：采用普遍的硫酸陽極氧化工藝，將陽極氧化膜厚度控制在10μm左右，選取適當(dāng)?shù)闹�、封孔工藝，就不難生產(chǎn)出滿足GB/T5237-93標(biāo)準(zhǔn)的6063鋁合金型材。但是要生產(chǎn)出能同時(shí)滿足膜更厚、純黑色、封孔度和光亮度要求很高的產(chǎn)品，卻沒有現(xiàn)成的生產(chǎn)工藝可借鑒。
在生產(chǎn)中常常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：當(dāng)變化工藝參數(shù)使膜厚增加時(shí)，純黑色則較易得到，但是封孔度卻達(dá)不到要求的指標(biāo)；而變化工藝參數(shù)來保證厚膜和封孔度指標(biāo)時(shí)，黑色程度卻下降，并且色調(diào)不正。我們根據(jù)上述情況結(jié)合氧化著色理論來分析，認(rèn)為要使各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，應(yīng)把研究的重點(diǎn)放在形成氧化膜的陽極氧化工序上，在已確定的著色和封孔工藝基礎(chǔ)上，尋找一種氧化工藝使其達(dá)到合格膜厚、黑色度、封孔度的要求。
在生產(chǎn)中我們還發(fā)現(xiàn)，不經(jīng)拋光的氧化膜，其黑色度、光亮度（光反射能力）與6063合金的化學(xué)成分、擠壓工藝、型材的表面質(zhì)量有一定關(guān)系。平滑的型材表面與粗糙的表面相比較，其氧化著色后，前者更容易同時(shí)滿足四項(xiàng)指標(biāo)的要求。為此，我們也安排了合金成分和擠壓工藝的試驗(yàn)。
1.2 試驗(yàn)方法
�。�1）考察Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.12%和0.29%,而其它成分相同的兩種6063合金制品的黑色度和光亮度的差異。
（2）考察擠壓溫度分別為470～480℃和500～520℃的制品的黑色度和光亮度的差異。
�。�3）采用正交試驗(yàn)法選擇最佳氧化工藝，因素水平列于表1。
表1試驗(yàn)工藝因素水平
| 水平 |
氧化溫度/℃ |
氧化時(shí)間/min |
電流密度/A.dm-2 |
| 1 |
24 |
45 |
1.5 |
| 2 |
20 |
40 |
1.3 |
| 3 |
16 |
35 |
1.0 |
|
試驗(yàn)過程中硫酸質(zhì)量濃度控制在（155±5）g/L。
表面蝕洗時(shí)氫氧化鈉質(zhì)量濃度（55±5）g/L,溫度(55±5)℃，時(shí)間4～5min。
著色工藝采取鎳錫混合鹽交流電解著色法，其中硫酸鎳質(zhì)量濃度（45±5）g/L,硫酸亞錫質(zhì)量濃度（17±3）g/L,硫酸質(zhì)量濃度（25±5）g/L,硫酸亞錫穩(wěn)定劑適量，pH值控制在1.0～1.3之間，溫度25～27℃，通電方法如圖1所示。
圖1著色時(shí)的通電方法
封孔工藝采取冷封法，Ni2+質(zhì)量濃度（1.0～1.3）g/L，F(xiàn)-質(zhì)量濃度（0.3～1.0）g/L,pH值5.5～6.5,封孔時(shí)間20min,溫度25～30℃。
試驗(yàn)過程中，對(duì)黑色度的評(píng)價(jià)采用目測打分法，超過標(biāo)樣要求且顏色最深的記為5分，最淺的記為1分，由淺至深劃分為5個(gè)檔次。
封孔度采用GB/T5237-93規(guī)定的磷鉻酸重量損失法測量。試樣封孔后均陳化24h后再測量封孔度。
2 試驗(yàn)結(jié)果
�。�1)第一項(xiàng)試驗(yàn)中，在擠壓、時(shí)效、表面處理工藝條件相同的情況下，F(xiàn)e的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的合金型材與Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的相比較，前者的黑色度和光亮度均超過后者，前者型材的表面質(zhì)量也好于后者。
�。�2）第二項(xiàng)試驗(yàn)中，擠壓溫度為500～520℃的型材的黑色度比擠壓溫度為470～480℃的好一些；光亮度二者的差異不大；但后者經(jīng)空氣爐淬火并人工時(shí)效后，再進(jìn)行著色試驗(yàn)，其著色性能有所改善。
�。�3）根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果繪制的工藝參數(shù)對(duì)黑色度和封孔度影響的趨勢圖見圖2,3。
圖2氧化各參數(shù)對(duì)黑色度的影響
圖3氧化各參數(shù)對(duì)封孔度的影響
從圖2可以看出，影響型材黑色度的氧化參數(shù)依次為：溫度、電流密度、時(shí)間;溫度的影響較明顯。從圖3可以看出影響封孔度的氧化參數(shù)依次為：溫度、時(shí)間、電流密度；溫度的影響趨勢最大，氧化時(shí)間次之。
以上兩種趨勢中溫度一項(xiàng)互相抵觸，與生產(chǎn)中的實(shí)際情況基本相符，為了兼顧起見，將氧化溫度定為（21±1）℃，電流密度定為1.3A/dm2,時(shí)間定為（38±2）min。按此工藝進(jìn)行大批量生產(chǎn)，取樣近4個(gè)，其膜厚、黑色度、封孔度指標(biāo)均符合用戶要求。
3 結(jié)果分析
�。�1）合金中雜質(zhì)Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高則易形成針狀或棒狀FeAl3化合物，并與Si生成β相（Al5FeSi）。這兩種化合物比較硬，在擠壓過程中易使模具工作帶受到破壞，型材表面變得粗糙，因而不可能得到光亮的黑色表面。此外，這兩種化合物的電極電位較低，在氧化過程中首先溶解，破壞了氧化膜的連續(xù)性和均勻性[1]，影響型材的外觀，表面變得粗糙，也不可能得到又黑又亮的表面。如果對(duì)鑄塊進(jìn)行充分的均勻化處理，可使Fe的危害降到最小程度。
�。�2）不同的擠壓溫度會(huì)導(dǎo)致金屬組織上的差異，擠壓溫度高，化合物固溶充分，抗拉強(qiáng)度增加；反應(yīng)在氧化過程中化合物的電化學(xué)溶解少，氧化膜完整均勻，型材表面光潔度高，氧化著色可得到滿意的效果。擠壓溫度低，化合物固溶不充分，抗拉強(qiáng)度低；在氧化過程中化合物的電化學(xué)溶解多，氧化膜的完整性和均勻性差，增大表面光散射性，著色后表面發(fā)烏。型材經(jīng)淬火、人工時(shí)效處理后，化合物的固溶有所改善，著色后型材表面的黑色度有所提高。
�。�3）制定厚膜純黑色型材的氧化著色工藝是有一定的難度的。氧化過程是氧化膜生成的電化學(xué)反應(yīng)和氧化膜溶解的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的過程。在電流密度和氧化時(shí)間一定情況下，氧化膜溶解的化學(xué)反應(yīng)速度取決于氧化的溫度和酸度，酸度通常是定值，而溫度升高則氧化膜溶解的化學(xué)反應(yīng)速度加快，膜孔的截面積就增大，整個(gè)膜體的致密性下降，膜也較疏松，但是這有利于電解著色時(shí)金屬離子向膜孔底部遷移析出，增大金屬的析出率，加深了顏色，可是因這種膜結(jié)構(gòu)疏松將導(dǎo)致它的抗腐蝕性能下降。當(dāng)氧化溫度較低時(shí)，氧化膜溶解的化學(xué)反應(yīng)速度較慢，膜孔截面積就小，整個(gè)膜體致密牢固，抗腐蝕性增強(qiáng)[2]，但由于膜孔較小，著色時(shí)金屬離子向膜孔遷移析出的難度增大，析出率小，故很難得到較深的顏色。綜上所述，制定表面處理工藝時(shí)確定合適的氧化溫度是關(guān)鍵。
4 結(jié)論
�。�1）當(dāng)6063合金中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%以下時(shí)，較易得到純黑色且十分光亮的氧化著色膜。
(2)生產(chǎn)厚膜純黑色的6063合金型材時(shí)，不宜采用低溫快速擠壓工藝，應(yīng)采用擠壓溫度的上限。
�。�3）嚴(yán)格控制氧化溫度（21±2)℃，電流密度1.3A/dm2,時(shí)間（38±2)min等工藝參數(shù)，配合適當(dāng)?shù)闹に�、封孔工�?可生產(chǎn)出用戶滿意的厚膜、純黑色、光亮鋁合金型材。
作者簡介：王舉榮，女，1962年生，工程師
作者單位：東北輕合金有限責(zé)任公司 黑龍江省哈爾濱市 150060
參考文獻(xiàn)
1 蔡應(yīng)鐸.建筑鋁型才化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝的控制.輕合金加工技術(shù)，1994,(10):39～42
2 蔡錫昌.冷封孔的質(zhì)量影響因素及改善措施，表面技術(shù)，1998,(6):48～49 |
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