铝型材表面喷砂与化学砂面对阳极氧化的影响
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      砂面铝型材传统的表面预处理工艺是采用化学砂面法,用碱蚀洗使其表面形成砂面,然而这是一种铝耗、碱耗、酸耗很大的不合理工艺近几年来、国外推出了机械砂面法用于铝型材表面预处理并获成功,我国已有厂家从国外引进了这种砂面机替代亚光碱蚀,在提高产品档次、降低成本和减轻环境污染等方面均有显著成效,然而这二种工艺方法的砂面形成机理不同,表面预处理后其表面及表层状态也有重要的区别,这些都直接或间接影响阳极氧化化膜层性能。

    在实际生产中如果不加区别地将原喊蚀洗工艺流程中其它工序工艺参数照搬到喷砂工艺流程中来或在喷砂工艺中未能确定适当的工艺参数,其最终产品可能是不合格的,因此对喷砂条件下铝型材表面及表层状况的研究将有助于整个工艺流程的确立和最佳工艺参数的选择.。

    一、砂面形成机理

    化学砂面法其本质是利用金属材料在某种特定的介质中发生孔浊而达到精饰的目的,与化学砂面法相比,机械砂面法砂面形成机理完全不同,机械砂面是用压缩空气将不同磨粒射向铝型材表面,机械喷砂过程兼具有喷砂处理的冲净作用和喷丸处理的表面强化作用。

    其砂面形成机理见图1.从图1可以看出铝材表面尖锐处在喷九的冲击下变得平整,而原本光滑的表面则在金刚砂作用下变得比原来粗糙,最终在铝型材表面形成具有一定粗糙度的均匀细致麻面,经喷砂面处理可以消除铝型材表面的挤压条纹和擦伤。

    二、表面形貌对阳极氧化膜层性能的影响

    从喷砂砂面形成机理可以看出,喷砂过程对铝型材表面形貌会有较大的影响,对国内某厂分别进行化学砂面和喷砂砂面的铝型材在阳极氧化前(表面预处理工艺中在砂面形成后的碱洗和中和工艺参数相同)现场取样,用表面祖糙度检测仪和扫描电镜(SEM)对2种样品作了检测,发现2种工艺条件下铝型材的表面形貌参数值有较大差异。

    在消除挤压条纹和擦伤方面,喷砂工艺比碱洗工艺更具优势,其横向与纵向粗糙度数值基本一致.显然它能比化学砂面工艺获得更为均匀的砂面。另一个重要的差别:在喷砂条件下表面粗糙度要比化学砂面条件下粗糙度要大得多,究其原因,一方面与砂面形成机理有关,这与磨粒性质(如粒度、材质,硬度)和工艺参数(如喷射压力、压缩空气喷射时间、表面覆盖率)有很大关系;另一方面则与表层组织结构有关,喷砂过程实际上是一个塑性加工过程,铝型材在金刚砂的冲击下,这种变形是通过晶体的位错完成的,而在其后的碱洗过程中,表面的腐蚀基本上是沿位错方向发展。在位错处成核时所需自由能变化比无缺陷处要小,从而在铝型材表面形成择优腐蚀.,在喷砂后碱洗时间不充分的情况下,这种择优腐蚀也将使表面粗糙度增大。

    粗糙度过大显然会造成阳极氧化膜层厚度的不均匀,另一方面:由于粗糙峰谷底电解液扩散速度要比谷峰电解液扩散速度低,同时在阳极氧化过程中会产生大量的热量,而谷底热量比谷峰热量更难扩散,这将使谷底层的溶解速度更快,这些使得阳极氧化膜层孔隙比增大,附蚀性降低,色差难以控制。

    如果把铝型材表面粗糙峰按理想圆锥体或理想球体进行对比估算就会发现喷砂材真实表面积要比化学砂面材真实表面积大得多,这就会导致电流密度值的失真,其结果是阳极氧化工艺参数的失真,从而影响阳极轼化膜层性能。

    三、表层组织结构对阳极氧化的影响

    喷砂过程中金刚砂的冲击作用将引起铝型材表层组织结构的变化,喷砂时表层金《在高速弹丸的冲击下发生激烈的塑性变形,伴随着塑性变形过程晶体发生滑移,导致亚晶粒内位错密度的增加,晶格畸变。

    晶格间距发生变化,喷砂后在表层将获得较为细密的显微组织。

    在喷砂过程中,表层金属经历了易滑移阶段和形交强化等阶段,在易滑移阶段,对变形提供主要贡献的是出现在晶体表面的位错,在低于结晶温度下,位错对潜在的变形能有重要影响。在塑性滑移条件下单位体积内的机械变形功将等于系统在单位体积中形成单位位错时热力势的增加,现代形变强化理论认为:位错形成了平面塞积群,它由几个受滑移面障碍阻滞的平面位错组成,其结果是流变应力增大,塞积群位错的交互作用导致每一个位错能增加,这样将使表面位错的化学位能增加。

    这种表面化学位和表面活化能的改变对其后的阳扱氧化的影响主要体现在导致阳极氣化时两极过电位和阳极表面活化能的改变。

    表层组织的改变将会通过影响氧化电流而直接影响氣化膜层的性能,随着表面活化能和两扱过电位的增加,其氧化电流减少,结果在同样的氧化时间内获得的氧化膜致密层减薄,耐蚀性降低。

    四、结束语

    在不同预处理条件下,由于砂向形成机理的不同,铝型材表面微观形貌、表层晶体组织结构、表面活化能也有本质的区别,这些将亢接或间接地对阳极氧化膜层性能有着重要的影响,在生产实践中如果不加区别地将碱蚀洗工艺流程中的工艺参数照搬到喷砂工艺流程屮来,可能使产品不合格。

    要想获得合格的产品,必须确立合理的表面预处理路线和最佳工艺参数,如喷砂工艺中磨粒性质<如粒度、材质、硬度}和工艺参数(如喷射压力、压缩空气喷射时间、表面覆盖率砂面后碱洗和中和工艺参数的合理调整。

    在阳极氧化工艺中,应考虑预处理对铝型材表面状态的影响,可以通过合理的实验设计,充分运用现代优化实验设计技术寻求最佳工艺参数。


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