鋁型材表面處理中的轉化膜類型大盤點

【基礎知識】化學轉化膜又稱金屬轉化膜。它是金屬（包括鍍層金屬）表層原子與介質中的陰離子相互反應，在金屬表面生成附著力良好的隔離層，這層化合物隔離層稱為化學轉化膜。轉化膜的形成既可以是金屬——介質之間的純化學反應，也可以是電化學反應。換言之，化學轉化處理是一種通過除去金屬表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一層防腐性能更好、與有機涂層結合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技術。用于鋁型材表面，化學轉化處理可以為鋁型材表面提供多樣的保護。

1陽極氧化法

鋁的陽極氧化法是把鋁作為陽極,置于硫酸等電解液中,施加陽極電壓進行電解,在鋁的表面形成一層致密的Al2O3膜,該膜是由致密的阻礙層和柱狀結構的多孔層組成的雙層結構。陽極氧化時,氧化膜的形成過程包括膜的電化學生成和膜的化學溶解兩個同時進行的過程。當成膜速度大于溶解速度時,膜才得以形成和成長。通過降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。氧化膜的性能是由膜孔的致密度決定的。

1.1硬質陽極氧化

鋁的硬質陽極氧化是在鋁進行陽極氧化時,通過適當?shù)姆椒?降低膜的溶解速度,獲得更厚、更致密的氧化膜。常規(guī)的方法是低溫(一般為0℃左右)和低硫酸濃度(如<10%H2SO4)的條件下進行,生產過程存在能耗大、成本高的缺點。

改善硬質陽極氧化膜的另一種方法是改變電源的電流波形。氧化膜的電阻很大,氧化過程中產生大量的熱量,因此,傳統(tǒng)直流氧化電流不宜過大,運用脈沖電流或脈沖電流與直流電流相疊加,可以極大地降低陽極氧化所需要的電壓,并且可使用更高的電流密度,同時還可以通過調節(jié)占空比和峰值電壓,來提高膜的生長速度,改善膜的生成質量,獲得性能優(yōu)良的氧化膜。

1.2復合陽極氧化

復合陽極氧化法是一種新型的陽極氧化技術。往鋁陽極氧化液中添加一些難溶粉體,發(fā)現(xiàn)氧化膜的厚度,硬度均有很大變化。類似的實驗還發(fā)現(xiàn)這些難溶粉體表面帶電狀態(tài)和膜層表面之間發(fā)生電化學反應,粉體沉積在膜層中,同時也有一部分粉體在機械攪拌作用下進入膜孔內,氧化膜的性能改變取決于粉體的性質和懸浮濃度。

2化學氧化法

在一定溫度下，通過化學反應在率零件表面生成一層薄的氧化膜，稱為綠的化學氧化法。廣義的化學氧化法包括重鉻酸鹽等氧化劑參與的化學氧化膜。這種方法不需要通過電流，工藝上的電化學氧化法要簡單，成本低。所生成的氧化膜很薄，一般膜的厚度約0.5~4um，膜層質軟，耐磨性低，故不能單獨使用。膜層有較好的物理吸附能力，是涂層的良好底層，經化學氧化后在涂裝所得的防護層，課大大提高鋁零件的防護能力。

3稀土轉化膜

把鋁置于鉻酸鹽、錳酸鹽、鉬酸鹽等溶液中數(shù)分鐘,表面即可形成與鋁基體表面結合良好的轉化膜。其中應用最廣泛的是鉻酸鹽轉化膜,但六價鉻有劇毒和致癌作用,在使用上受到嚴格限制,稀土轉化膜正是適應當前環(huán)保的要求。

把7075鋁合金置于含有少量CeCl3的NaCl溶液中一段時間,發(fā)現(xiàn)鋁合金表面形成具有高耐蝕性的轉化膜。這種方法得到的轉化膜需要一周時間。在此后,國內外的研究集中在減少成膜時間和改善膜層質量上,并且已取得很大進展?？傊?稀土轉化膜在機理、工藝方面還不成熟,有待于進一步研究,但它以其優(yōu)良的抗蝕性和工藝上無毒無污染的特點,顯示了良好的應用前景。

4微弧氧化法

微弧氧化又稱等離子體氧化,是在陽極氧化基礎上,在金屬基表面原位生長陶瓷層的一種表面處理技術。當陽極氧化電壓達到某一臨界時,材料表面氧化層被擊穿,產生弧光放電,并產生瞬間高溫(>2000℃),氧化膜在高溫高壓作用下熔融,等離子弧消失后,熔融物激冷而形成非金屬Al2O3陶瓷層。該陶瓷層厚達200μm以上,最高硬度達3000HV以上,并且耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊等性能均優(yōu)于陽極氧化膜。微弧氧化的機理目前還不完全清楚,但它具有工藝簡單,不引入毒物,氧化膜性能優(yōu)良而受到人們重視。

5有機硅烷化處理

有機硅烷化處理是近年來發(fā)展起來的一種新型金屬表面防護性工藝，由于無污染、處理件耐性蝕好，受到人們的青睞。該工藝是基于一種可水解生成硅醇的硅烷試劑。有機硅烷課與基底鋁合金形成極強的Me-O-Si鍵，而硅烷的有機部分又可與表面聚合物涂層（底漆）形成磷化底漆處理化學鍵結合，硅氧烷鍵的形成可大大提高表面聚合物涂層與基體鋁合金的結合力，同時也使鋁合金的抗腐蝕性得以提高。

硅烷化處理傳統(tǒng)上采用浸涂工藝，把鋁合金浸入在這種稀得硅烷溶液中一定時間，隨后在一定溫度下固化，即可在鋁合金表面形成幾百米厚的涂層(固化比傳統(tǒng)轉變涂層薄的多)，該涂層可以有效的防止鋁合金發(fā)生各種形式的腐蝕。胡吉明等采用電化學技術在LY12鋁合金表面沉積制備了十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）膜。反射吸收光譜表明，DTMS硅烷試劑與鋁合金基體表面發(fā)生了化學鍵合作用，生成SiOAl鍵實現(xiàn)成膜。電化學阻抗譜（EIS）測試結果表明，與開路電位下相比，采用陰極電位沉積方法得到的硅烷膜的耐腐蝕性能有明顯提高。

6電泳涂漆處理

電泳涂漆起源于日本，實際也是在陽極氧化基礎上的一步深加工處理。電泳涂層兼有陽極氧化膜和聚合物涂層雙層有點。電泳涂漆是把共建和對應電極放入水溶性樹脂制成電泳漆液中，接上直流電源后，在電場的作用下，涂料在工件上沉積形成均勻膜的一種工藝，具有漆膜均勻、附著力強、涂料利用率高、施工速度快等有點。而且對于異形型材也有很好的涂裝效果。

7磷化底漆處理

在鋁合金表面涂磷化底漆是在鋁磷化的同時形成漆膜，磷化底漆本身不能單獨起到底漆作用，是一種表面預處理方法，主要用在不能進行陽極氧化或化學氧化部件。磷化底漆的基料，組分一以聚乙烯醇縮丁醛樹脂為主，加有鉻酸鹽等防銹顏料和助劑，組分二為磷酸，使用前將兩組分按規(guī)定比例混合均勻，噴漆在鋁板表面時一部分磷酸與金屬鋁結合，使金屬表面和涂層系統(tǒng)中的底漆具有良好的結合能力。但是，磷化底漆對施工條件要求高，稍不小心，就會造成漆膜變脆，造成大規(guī)模掉漆的嚴重后果。