草酸鈦鉀法瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化的研究

0表面活性劑表面化學(xué)改性鋁及其合金材料具有比例小、重量輕、強(qiáng)度高、加工方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能工業(yè)、建筑、汽車、電子、通信等領(lǐng)域。為了提高鋁材表面的防護(hù)和裝飾性能、電絕緣性能以及耐磨耐腐蝕性能,通常將其表面進(jìn)行處理。鋁材的表面處理方法主要有化學(xué)氧化和陽(yáng)極氧化兩種,后者目前應(yīng)用較廣泛。不同的陽(yáng)極氧化方法(如硫酸、鉻酸、草酸、磷酸陽(yáng)極氧化,硬質(zhì)陽(yáng)極氧化,瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化等),在鋁材表面得到的氧化膜的形貌、結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)也不同,可根據(jù)需要應(yīng)用于不同的場(chǎng)合。瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化是一種特殊的陽(yáng)極氧化方法,鋁材通過(guò)瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化處理可在其表面形成半透明或不透明的氧化膜,外觀類似瓷釉和搪瓷,具有較高的硬度和耐磨性、良好的絕熱性、電絕緣性以及抗蝕性。膜層吸附能力強(qiáng),易染成各種顏色,具有較好的裝飾效果,可廣泛用于各種儀表、電子儀器零件表面的防護(hù)層和日用品、食品用具的表面裝飾。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋁材表面瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝的研究報(bào)道非常少見。瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用不及硫酸、草酸等常規(guī)陽(yáng)極氧化廣泛,主要原因是氧化電壓較高,應(yīng)用受到一定的限制,但瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜獨(dú)有的裝飾效果是其他陽(yáng)極氧化膜所不能比擬的,且氧化膜的隔熱和電絕緣性能非常顯著。作為一種有效的鋁材表面處理方法,對(duì)其工藝及形成的膜層特點(diǎn)進(jìn)行研究意義重大,本工作研究了一種可實(shí)際應(yīng)用的瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝。1瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的制備瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化按配方的不同可分為草酸鈦鉀法、硫酸鋯法、混合酸法等。本研究以純鋁和6061鋁合金材料為基體,用草酸鈦鉀法制備了瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜。其工藝流程為:鋁材表面處理(堿洗,出光)→瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化→氧化膜后處理(著色、封孔)。1.1表面處理：木材表面處理(1)洗后溫度對(duì)洗后溫度的影響去除零件表面的油污和吸附的各種雜質(zhì),以獲得清潔的表面。堿洗采用加熱的NaOH溶液,具體參數(shù)為:80～100g/LNaOH溶液,溫度70～80℃,時(shí)間視表面狀況而定,一般在整個(gè)表面出現(xiàn)大量白色氣泡后2～3s即可停止。(2)出光液參數(shù)中和表面殘留的堿液,去除堿洗后留下的殘留物,使基體充分裸露和活化,并使制件表面達(dá)到光亮。出光溶液參數(shù):20%(質(zhì)量百分比)HNO3溶液,室溫,時(shí)間5～10min。堿洗和出光之后都需立即用清水進(jìn)行清洗,以及時(shí)去掉多余的處理液,避免處理過(guò)度。1.2過(guò)流電源瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化采用直流電源、恒壓條件。具體工藝條件如下:(1)瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化電解液35～40g/LK2TiO2(C2O4)2·2H2O,1～2g/LC2H2O4·2H2O,8～10g/LH3BO4,1.0～1.5g/LC6H8O7·H2O。用去離子水配制電解液,pH值為2.0～2.5;(2)2.2kW直流電源,可設(shè)定恒壓工作模式;(3)電壓100～120V;(4)時(shí)間30～60min;(5)溫度25～35℃;(6)陰極材料石墨。經(jīng)上述工藝得到的氧化膜呈淺灰色,不透明,表面細(xì)膩光滑,經(jīng)輕度磨光后呈光亮釉質(zhì)表面。氧化60min后氧化膜厚度可達(dá)10μm左右,經(jīng)3次測(cè)量其顯微硬度可達(dá)2500～2800MPa。膜層孔隙率較低,耐磨耐蝕性較好,可滿足一般的保護(hù)裝飾性要求。1.3氧化膜處理瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的后處理包括著色和封孔兩步,如對(duì)膜層的顏色無(wú)特別要求,可省去著色。(1)護(hù)體顏色可采用常規(guī)陽(yáng)極氧化膜的著色方法(如各種有機(jī)染料著色或在重金屬鹽中進(jìn)行電解著色等),具體工藝條件可參閱其他陽(yáng)極氧化膜的著色工藝。(2)熱水封孔與加醋為提高氧化膜的抗蝕、耐磨以及絕緣性能,瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜也需要進(jìn)行封孔處理,通常采用熱水封孔法即可。熱水封孔所用的水質(zhì)為蒸餾水或去離子水,以避免普通自來(lái)水中較多的雜質(zhì)離子對(duì)氧化膜表面質(zhì)量的影響,并適當(dāng)加醋調(diào)節(jié),以使溶液略顯酸性,有利于獲得更好的封孔效果。瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜熱水封孔的工藝條件:溫度80～100℃pH值6～7(用醋酸調(diào)節(jié))時(shí)間10～20min2影響瓷質(zhì)氧化膜的因素(1)氧化膜的制備溶液中的主要成分,在溶液中水解形成的Ti(OH)4也是氧化膜中的重要成分。當(dāng)其在溶液中含量不足時(shí),所得氧化膜是疏松的甚至是粉末狀的,其含量應(yīng)控制在工藝范圍內(nèi),以使制得的瓷質(zhì)氧化膜均勻、致密、耐磨、耐蝕。(2)水楊酸含量草酸為含氧酸,主要用來(lái)形成氧化膜。草酸含量過(guò)低,膜層變薄;含量過(guò)高,會(huì)使氧化膜的溶解速度過(guò)快,氧化膜疏松,并降低氧化膜的硬度和耐磨性。(3)酸和酸適當(dāng)提高兩種酸的含量可提高氧化膜的硬度和耐磨性。此外,兩種酸的含量對(duì)最終形成的瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的色澤也有一定的影響。(4)氧化電壓電壓過(guò)低,膜層生長(zhǎng)緩慢,膜薄而透明;電壓過(guò)高,膜層由灰色向深灰色轉(zhuǎn)變,起不到裝飾的效果。(5)氧化時(shí)間低電壓下過(guò)長(zhǎng)的氧化時(shí)間對(duì)膜層厚度無(wú)多大幫助;高電壓下,時(shí)間越長(zhǎng),膜層厚度越大,但氧化膜表面質(zhì)量明顯變差。(6)開口溫度溫度增加,膜的生長(zhǎng)速度加快;當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),膜的溶解速度也加快,最終得到的膜厚反而下降,膜層外表面易變粗糙,失去光澤。3廢水處理工藝(1)在以草酸鈦鉀為主鹽的電解液中,鋁