鋁合金壓鑄技術(shù)論文(2)
鋁合金壓鑄技術(shù)論文篇二
鋁合金壓鑄件表面處理方法討論
【摘 要】鋁合金是以鋁為基的合金總稱，在航空航天、機(jī)械制造、工業(yè)生產(chǎn)方面都是應(yīng)用最廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料。隨著科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注鋁合金的生產(chǎn)方式以及表面處理的方法。眾所周知，鋁合金在潮濕的空氣中易腐蝕，這種腐蝕不僅使鋁合金的表面變得粗糙而且也對(duì)鋁合金的性能造成了一定的影響。詳細(xì)地介紹了一些對(duì)鋁合金壓鑄件表面的物理處理方法以及化學(xué)處理方法，有效防止了鋁合金的腐蝕，為提高工業(yè)生產(chǎn)的效率帶來了好處。
【關(guān)鍵詞】鋁合金;表面處理;工藝的優(yōu)化
【Abstract】Aluminum is aluminum based alloy in general，in the aerospace，machinery manufacturing，industrial production are nonferrous metal structure material widely applied.With the rapid development of science and technology and industrial economy，people are increasingly concerned about the method of aluminum alloy production methods and surface treatment.As is known to all，aluminum alloy is easy to corrosion in the humid air，the corrosion not onlymake the surface of aluminum alloy becomes rough but also on the performance of aluminumalloy caused some impact.This paper describes in detail some of the aluminum alloy die casting surface physical treatment and chemical treatment method，can effectively preventcorrosion of aluminum alloys， brought benefits to improve the efficiency of industrial production.
【Key words】Aluminum alloy;Surface treatment;Process optimization
0 前言
隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，金屬結(jié)構(gòu)材料得到了廣泛的應(yīng)用，其中，鋁合金是目前壓鑄業(yè)中用量最大的一種有色金屬材料結(jié)構(gòu)，并且被廣泛應(yīng)用于航空航天、輕工建材、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。對(duì)于鋁合金的處理方法有很多，目前看來壓力鑄造技術(shù)由于其充型能力高，生產(chǎn)效率高等顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。雖然這種鑄造方式優(yōu)點(diǎn)眾多，但是目前我國(guó)很多企業(yè)由于對(duì)新技術(shù)掌握的不完全，所以仍然選擇成本高、周期長(zhǎng)、質(zhì)量差的傳統(tǒng)方法進(jìn)行制模。本研究將對(duì)鋁合金的壓鑄件表面的處理方法作出分析與討論。
1 鋁合金氧化的原因
一般來說，金屬材料是很容易被氧化的，雖然科研人員已經(jīng)研究出合金材料，并且合金材料對(duì)于氧化來說，也有著比較不錯(cuò)的表現(xiàn)，但是在實(shí)際的生活生產(chǎn)之中，合金材料也會(huì)發(fā)生氧化的情況，情況一旦發(fā)生，可能會(huì)導(dǎo)致材料變的比較脆弱或者發(fā)生一些反應(yīng)，這在工業(yè)行業(yè)上是很嚴(yán)重的情況，因此，科研人員必須要找出氧化原因，并盡量在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中避免。一般來說，由于合金材料生成的第二相與鋁基體的電極電位有所差異，所以對(duì)于鋁合金的陽極氧化與鋁基體陽極氧相比較要復(fù)雜得多，除此之外，鋁合金由于主要成分是鋁，所以在其陽極氧化膜中的成分必然會(huì)存在氧化鋁成分，而鋁合金又有其他金屬成分，而其他金屬成分發(fā)生陽極氧化之后，也會(huì)產(chǎn)生一些氧化物，除此之外，在鋁合金的陽極氧化膜中還會(huì)有一些單質(zhì)狀態(tài)的金屬物質(zhì)和金屬間化合物狀態(tài)的存在等。比如鋁合金在發(fā)生陽極氧化時(shí)，鋁合金的組成成分Mg一般都會(huì)被氧化并以相應(yīng)的氧化物的形式出現(xiàn)，而對(duì)于鋁合金的其他組成成分比如AlFeSi一類的金屬間化合物或者是Si一類的物質(zhì)由于其化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以這類物質(zhì)很難被氧化，所以，一般在鋁合金的陽極氧化膜中，Si就會(huì)以單質(zhì)的成分直接出現(xiàn)，而金屬間的化合物一般也會(huì)直接出現(xiàn)在在陽極氧化膜之中。而由于鋁合金是由眾多材料組成，其中可能有一些金屬間化合物會(huì)直接被電解液溶解，這樣在鋁合金發(fā)生陽極氧化時(shí)，其表面的氧化膜就會(huì)由于這類原因而出現(xiàn)一個(gè)個(gè)的空洞，而這類物質(zhì)在鋁合金中一般都是Cu單質(zhì)或者是Mg2Si之類金屬間化合物。而對(duì)于第二相析出粒子所發(fā)生的不同的陽極氧化現(xiàn)象來說，在析出相發(fā)生陽極氧化的過程中，會(huì)根據(jù)鋁基體所處的不同極的差別而發(fā)生不同的反應(yīng)和現(xiàn)象。比如，如果在陽極氧化過程中，鋁基體處于陽極位置，那么鋁基體會(huì)優(yōu)先被溶解或者優(yōu)先被氧化;如果鋁基體處于陰極位置的時(shí)候，鋁基體就不會(huì)被優(yōu)先溶解或優(yōu)先氧化，而是會(huì)直接進(jìn)入氧化膜之中。因此，科研人員根據(jù)陽極氧化的基本原理可以發(fā)現(xiàn)，在鋁合金發(fā)生陽極氧化時(shí)，其氧化膜的主要組成成分為Al2O3?Al(OH)x(SO4)y，并且，在氧化膜之中可能還會(huì)存在一些其他含量較低的成分，所以，對(duì)于鋁合金表面出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)的情況也有可能是因?yàn)檫@一原因。而科研人員通過對(duì)鋁合金材料進(jìn)行陽極氧化試驗(yàn)后得出結(jié)論黃色斑點(diǎn)是因鋁合金中的Si而引起的，隨著Si含量越高，陽極氧化后的壓鑄件越難以避免黃斑問題。因此，在對(duì)鋁合金材料進(jìn)行制造的過程中，對(duì)Si材料的添加應(yīng)該適量，不要過分的添加，從而造成鋁合金表面出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)的氧化現(xiàn)象，而影響工業(yè)生產(chǎn)。
2 國(guó)外鋁合金壓鑄件表面常用的處理方法及現(xiàn)狀分析
2.1 通過機(jī)械處理方法處理 一般來說，對(duì)于鋁合金壓鑄件表面的處理方法有很多，而所謂的機(jī)械處理方法也可以被稱為物理方法。而所謂的機(jī)械處理方法是通過對(duì)鋁合金壓鑄件表面的進(jìn)行作業(yè)，在不改變鋁合金壓鑄件的自身構(gòu)成的組成下來對(duì)其表面進(jìn)行處理。而一般的機(jī)械處理方法(物理方法)有噴砂、用等細(xì)度的金剛砂紙或者鋼絲刷、研磨盤打磨、將等待進(jìn)行膠接的零件在穩(wěn)定的三氯乙烷蒸汽中放置約30s、或者用符合HB5226的水基清洗劑對(duì)鋁合金壓鑄件的表面進(jìn)行擦洗等。下面本研究中將選取其中最常用的兩種機(jī)械處理方法來對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。首先對(duì)噴砂法進(jìn)行介紹。噴砂，顧名思義是對(duì)鋁合金壓鑄件的表面進(jìn)行噴砂處理，一般所選用的砂不是我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷纳匙?，而是采用粒度不同的氧化鋁或二氧化硅來對(duì)鋁合金壓鑄件表面進(jìn)行處理，并以此增加宏觀粗糙程度以提高鋁合金壓鑄件與膠的機(jī)械咬合的強(qiáng)度。而噴砂程序不能直接就將需要處理的鋁合金壓鑄件進(jìn)行直接噴砂[1]，而需要在噴砂前將其表面的油污、油脂等污物去除，在除去污物之后進(jìn)行噴砂處理。鋁合金壓鑄件在經(jīng)過噴砂處理之后，可以比處理之前的膠接耐久性更強(qiáng)。另一種比較常用的方法為機(jī)械打磨方法。所謂的機(jī)械打磨方法，從其字面的含義上就可以了解到，是通過使用一些表面粗糙的物質(zhì)，對(duì)鋁合金壓鑄件的粗糙表面進(jìn)行打磨處理。一般在采用機(jī)械打磨方法處理鋁合金壓鑄件時(shí)，一般采用SB(3M公司生產(chǎn)的scotchbrite機(jī)械化打磨刷)、砂紙、鋼絲刷等在鋁合金去除油污后打磨其表面。而機(jī)械打磨方法，除了處理鋁合金壓鑄件的表面之外，也可以作為磷酸陽極化處理的預(yù)處理方式。但是，上述兩種比較常見的方法雖然比較簡(jiǎn)單，也可以使鋁合金壓鑄件表面的膠接粗糙程度加大，但是，在進(jìn)行噴砂和機(jī)械打磨處理之后，其表面很容易殘留一些碎屑，這樣對(duì)膠接會(huì)產(chǎn)生有害的影響，并且對(duì)所需要膠接的物質(zhì)造成傷害。因此，一般生產(chǎn)中都會(huì)采用砂紙對(duì)其表面進(jìn)行處理，同時(shí)，砂紙?zhí)幚淼姆椒ㄒ彩悄壳盀橹?，在大多?shù)環(huán)境下最令人滿意的一種方式。
2.2 通過化學(xué)方法處理
除了對(duì)鋁合金壓鑄件表面進(jìn)行一般的物理方法進(jìn)行處理之外，還有化學(xué)方法對(duì)鋁合金壓鑄件的表面進(jìn)行處理。一般的化學(xué)處理方法分為堿溶液處理方法、硫酸--重鉻酸鹽溶液處理方法(FPL方法)、混合酸處理方法這三種組成。下面將對(duì)鉻酸刻蝕法進(jìn)行重點(diǎn)的敘述。所謂的鉻酸刻蝕方法，最早在1941年被提出，而20世紀(jì)30年代時(shí)，英國(guó)皇家空軍就已經(jīng)使用這種方法進(jìn)行金屬器件的表面處理。而在早期，這類方法還沒有像現(xiàn)在一樣被應(yīng)用于這類金屬器件的處理，而是被應(yīng)用于涂漆和點(diǎn)焊的預(yù)處理上。而在1943年，鉻酸刻蝕方法被應(yīng)用于大黃蜂戰(zhàn)機(jī)備件的膠接處理工藝之中。自此之后，這類方法被廣泛的應(yīng)用于歐洲飛機(jī)的膠接之中。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，在Forest Products Laboratory工作的Eickner和Schowalter等研究人員對(duì)當(dāng)時(shí)的表面處理方法進(jìn)行了比較和分析，并將其整理后應(yīng)用在美國(guó)的航空工業(yè)制造之中。在研究人員所整理的匯報(bào)之中對(duì)重鉻酸―硫酸浸泡處理鋁合金表面的方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并發(fā)現(xiàn)，這類處理方法可以有效的提高膠接的強(qiáng)度及其膠接的耐久性。這類方法就是現(xiàn)在注明的FPL腐蝕方法。而在早期，人們雖然認(rèn)識(shí)到這種方法所具有的優(yōu)點(diǎn)，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)并不是十分的成熟，所以，最初的FPI腐蝕中所含有的鉻酸濃度很低，由于鉻酸濃度沒有達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)，并且進(jìn)行鉻酸處理的時(shí)間掌握的也不是十分合適，就導(dǎo)致這種預(yù)處理是不合格的，不僅不能提高膠接的強(qiáng)度和其耐久性，反而會(huì)起到相反的效果。因此，相關(guān)的科研人員對(duì)這類方法進(jìn)行了改良。所以，現(xiàn)在所使用的FPL方法是經(jīng)過改良的標(biāo)準(zhǔn)化、改進(jìn)化、優(yōu)化后的。同時(shí)，這類被改良后的FPL方法是現(xiàn)在最為廣泛的應(yīng)用于金屬表面的處理方法之一。
2.3 通過物理化學(xué)方法進(jìn)行處理
一般來說，除了上述的化學(xué)處理方法和機(jī)械打磨方法等，還有一種比較普遍的處理方法為物理化學(xué)方法。而物理化學(xué)方法一般由微弧氧化法、電鍍法、激光處理方法、陽極氧化處理方法等，而陽極氧化處理方法由分為磷酸陽極化(PAA)處理、鉻酸陽極化(CAA)處理、混合酸陽極化(MAA)處理等。并且，將這些方法與適當(dāng)?shù)奈锢矸椒?、化學(xué)方法和物理化學(xué)化方法進(jìn)行處理，比如鋁合金陽極化處理法就是很好的例子。而所謂的陽極化處理法，是一種比較常見的物理化學(xué)方法，其主要的操作方法為，將鋁合金作為化學(xué)電池的陽極進(jìn)行處理，然后通過所發(fā)生的反映來對(duì)鋁合金進(jìn)行適當(dāng)?shù)母g作用。而陽極化處理方法也是有很多的分類的，并且根據(jù)電源燈的種類來說可以將其分為直流陽極化和交流陽極化。而直流陽極化與交流陽極化的區(qū)別主要是直流陽極化只能將需要進(jìn)行腐蝕的金屬零件接在電源的陽極，采用其他的材料作為陰極;而交流陽極化在化學(xué)電池的陰陽兩極都可以掛金屬零件，并利用交流電的特點(diǎn)來交替的對(duì)金屬零件進(jìn)行腐蝕作用。而對(duì)于現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)來說，一般都會(huì)根據(jù)所需要進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)來選擇合適的方法進(jìn)行物理化學(xué)方法的處理。比如在航空航天領(lǐng)域，科研人員一般都會(huì)學(xué)則直流陽極化的處理方法等。而科研人員通過對(duì)陽極化處理的多次實(shí)驗(yàn)的出結(jié)論，鉻酸陽極化處理與磷酸陽極化處理方法在膠接接頭腐蝕等方面的表現(xiàn)都十分優(yōu)秀，同時(shí)，磷酸陽極化處理方法對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性更好，膠接的強(qiáng)度更高，耐久性也更強(qiáng)。但是，陽極化處理的過程比其他方法要復(fù)雜很多，并且工藝也更為細(xì)致，不僅需要在陽極化處理前需要進(jìn)行去油脂、去黑膜以及去表面氧化物的處理，還需要對(duì)處理后的金屬零件進(jìn)行清洗處理等。除此之外，科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，激光處理的方式較其他方式相比較，效果更為優(yōu)異，表現(xiàn)也更為突出。
3 結(jié)語
隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)也逐漸走上了正軌。其中鋁合金材料及鋁基復(fù)合材料作為工業(yè)重要的材料之一，對(duì)其的研究需要更進(jìn)一步的努力。而隨著我國(guó)的不斷強(qiáng)大，我們國(guó)家也逐漸由過去的國(guó)外進(jìn)口逐漸偏向于國(guó)產(chǎn)化，我國(guó)的設(shè)計(jì)理念也逐漸與世界接軌。因此，這就要求鋁合金技術(shù)必須更加成熟，同時(shí)也對(duì)膠接技術(shù)提出了更高的要求。但是目前我們的能力還是比較有限，但是相信在不久的以后，我們一定會(huì)找到更加優(yōu)秀的方法，來完善鋁合金的處理，從而使我國(guó)在工業(yè)領(lǐng)域走向更高的領(lǐng)域范圍。
【參考文獻(xiàn)】
[1]高巖磊，崔文廣，熊金平，等.環(huán)氧膠接接頭在堿介質(zhì)中的老化行為研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技，2010，22(5)：415.
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