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鋁型材陽極氧化膜發生剝離的原因
1:發生陽極氧化膜剝離的情況
鋁型材陽極氧化膜的多孔層如下圖所示,在鋁型材上通過阻擋層生長,可明顯看到陽極氧化膜存在于基材上;但是,鋁型材基材和氧的結合力比銅、鐵等大得多,因此,不可能通過機械外力剝離陽極氧化膜;

(鋁型材陽極氧化膜的截面結構)
然而,實際上已經發生了鋁型材陽極氧化膜的各種形式的剝離,迫切需要預防措施;陽極氧化膜剝離多發生在鋁型材基體和阻擋層之間,也有在阻擋層和多孔層邊界位置的剝離;
2:陽極氧化膜剝離的原因
(1)鋁型材基體合金成分的影響
含Cu、Mg較多的鋁型材中的大部分Cu、Mg發生陽極溶解;此外,含Mg的金屬間化合物、β-AIMg因溶解形成空穴,生成不連續的陽極氧化膜;一般硫酸陽極氧化中,各種金屬間化合物具有的氧化和溶解行為如下表所示,成為氧化膜剝離的主要原因;
金屬間化合物
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氧化速度①
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溶解性②
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對陽極氧化膜的影響
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CuAI2
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++
|
++
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顯著提升陽極氧化膜的生成效率
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β-AIMg
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+
|
+
|
生成不連續的陽極氧化膜,空化陽極氧化膜表面,界面粗糙
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Mg2Si
|
++
|
±
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粗化陽極氧化膜/金屬界面
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β-AIFeSi
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-
|
-
|
粗化陽極氧化膜/金屬界面
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FeAI3
|
±
|
-
|
-
|
MnAI6
|
-
|
-
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粗化陽極氧化膜/金屬界面
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CrAI7
|
+
|
+
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在陽極氧化膜中形成空穴
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T(AIZnMg)
|
+
|
++
|
在陽極氧化膜中形成空穴
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TiAI2
|
-
|
-
|
粗化陽極氧化膜/金屬界面
|
①氧化速度的表示中:++表示與基體相比相當快;+表示與基體相比快;±表示與基體相比幾乎相同;﹣表示不氧化;
②溶解性的表示中:++表示容易溶解;+表示與基體相比快;±表示與基體相比幾乎相同;﹣表示不溶解;
(2)鋁型材基體熱膨脹的影響
鋁型材的添加元素對熱膨脹的影響如下圖所示;Mg含量增加2%~5%(質量分數),熱膨脹增加2%左右;Zn也有增加熱膨脹的傾向;也就是說這些添加元素使鋁型材容易受熱而膨脹,與陽極氧化膜熱膨脹的差別變化,更容易形成陽極氧化膜開裂和剝離;

(鋁型材的添加元素對熱膨脹的影響)
(3)停電或中斷氧化的影響
陽極氧化作業中的停電或氧化中斷也是發生陽極氧化膜剝離的原因之一;例如在使用5%硫酸溶液,15℃、1A/dm2的直流電源,分別進行30min、60min、90min氧化時,在某個時間點發生20min、40min的中斷后對耐蝕性影響很大;長時間氧化、中斷導致后期的耐蝕性降低較大;這是由于中斷時在鋁型材基體與陽極氧化膜之間進行了化學溶解,這也是陽極氧化膜開裂或剝離的原因;
(4)鋁型材的陽極氧化膜微孔內殘留的陽極氧化溶液隨時間變化的影響
曾報道過,6061系易切削合金(AI-Mg-Si組分中添加低熔點合金Pb、Bi、Sn各5%)的涂裝陽極氧化復合膜剝離的現象;陽極氧化時,氧化膜的多孔結構中浸透而殘留的硫酸和水分在染色、封孔、干燥、涂裝固化處理時受熱影響,在陽極氧化膜和鋁型材基材界面形成電位差的低熔點薄膜合金層,它們因和殘留溶液形成局部電池而發生溶解、產生空隙,鋁型材基體和陽極氧化膜的結合力降低,發生陽極氧化膜的剝離;
3:防止陽極氧化膜剝離的措施
由于非常薄的阻擋層介于陽極氧化膜和金屬之間,連接著完全不同的物質,因此如何將這種連接狀態持續維持在穩定狀態呢?
為了防止鋁型材陽極氧化膜剝離,在捕捉隱性缺陷的同時應檢查合金成分和金相組織,金屬材料領域的相關人員也要參與檢查包含前處理、后處理的表面處理方法;從電化學領域的表面處理觀點出發,積極查明原因并積極研究防止陽極氧化膜剝離的對策,并不容易實現;希望及積累以往陽極氧化膜剝離事例,以其原因與對策為范例一件一件地慢慢總結經驗;

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