鋁合金表面處理技術(shù)工藝手冊引言鋁合金因密度低、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、建筑裝飾等領(lǐng)域。但鋁合金表面易形成疏松的自然氧化膜，耐蝕性、耐磨性及裝飾性有限，需通過表面處理技術(shù)優(yōu)化性能。本手冊系統(tǒng)梳理主流工藝，涵蓋預(yù)處理、氧化、轉(zhuǎn)化膜、涂裝、電鍍及新型技術(shù)，為工程實(shí)踐提供技術(shù)參考。第一章預(yù)處理工藝表面處理前需去除油污、氧化皮、雜質(zhì)，保證后續(xù)工藝結(jié)合力。預(yù)處理分為脫脂、酸洗/堿洗、出光三個(gè)核心環(huán)節(jié)。1.1脫脂工藝目的：清除鋁合金表面油脂、石蠟等有機(jī)污染物。溶劑脫脂：采用乙醇、汽油等有機(jī)溶劑，適用于少量油污；堿性脫脂：典型配方（示例）：NaOH（30–50g/L）+碳酸鈉（20–40g/L）+表面活性劑（5–10g/L），溫度50–70℃，時(shí)間3–5min。操作要點(diǎn)：脫脂后需用清水沖洗，避免殘留藥劑影響后續(xù)工序；含硅鋁合金（如6061）需降低堿濃度，防止過腐蝕。1.2酸洗/堿洗目的：去除氧化皮、自然氧化膜及金屬雜質(zhì)。酸洗：適用于薄壁件，配方：硝酸（150–200mL/L）+氫氟酸（5–10mL/L），室溫，時(shí)間1–3min（需嚴(yán)格控制，避免過腐蝕）；堿洗：適用于厚壁件，配方：NaOH（50–80g/L）+葡萄糖酸鈉（10–20g/L），溫度60–80℃，時(shí)間5–10min。注意事項(xiàng)：酸洗后需用30%硝酸出光（室溫，1–2min），中和殘留氫氟酸并亮化表面；堿洗后需用10%硝酸中和，防止堿性殘留。1.3出光（活化）目的：去除預(yù)處理殘留的氧化膜，露出新鮮基體，增強(qiáng)后續(xù)膜層結(jié)合力。典型工藝：硝酸（體積分?jǐn)?shù)10%–20%），室溫，時(shí)間1–3min。應(yīng)用場景：陽極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜前必須進(jìn)行出光處理。第二章陽極氧化工藝陽極氧化是鋁合金表面形成多孔性氧化膜（Al?O?）的電化學(xué)過程，按電解液分為硫酸、草酸、硬質(zhì)氧化等類型。2.1硫酸陽極氧化原理：鋁合金作陽極，在硫酸電解液中，Al→Al3?+3e?，O2?與Al3?結(jié)合生成Al?O?膜，同時(shí)H?O電解產(chǎn)生O?，使膜層多孔。工藝流程：脫脂→堿洗→出光→陽極氧化→染色（可選）→封孔。工藝參數(shù)：電解液：H?SO?（150–200g/L），溫度15–25℃，電流密度1–2A/dm2，時(shí)間20–60min；封孔：沸水（95–100℃）或鎳鹽封孔（NiSO?5–10g/L，pH5–6，溫度85–95℃，時(shí)間10–20min）。應(yīng)用：建筑型材（如門窗）、日常用品（如手機(jī)殼），膜厚10–25μm，耐蝕性優(yōu)異。2.2草酸陽極氧化特點(diǎn)：膜層硬度高（HV300–500）、耐磨性強(qiáng)，電解液毒性低于硫酸。參數(shù)：草酸（30–50g/L），溫度20–30℃，電流密度1–1.5A/dm2，時(shí)間30–90min。應(yīng)用：航空零件（如發(fā)動機(jī)葉片），膜厚20–50μm，可承受高溫環(huán)境。2.3硬質(zhì)陽極氧化目的：獲得厚且硬的氧化膜（HV400–600），提升耐磨性、耐蝕性。工藝控制：電解液：H?SO?（200–250g/L）+添加劑（如甘油），溫度0–5℃（需冷卻系統(tǒng)），電流密度2–3A/dm2，時(shí)間60–120min；膜厚：50–200μm（依需求調(diào)整時(shí)間）。注意事項(xiàng)：工件需有良好導(dǎo)電性，夾具接觸處需打磨；低溫環(huán)境需嚴(yán)格控溫，防止局部過熱導(dǎo)致膜層開裂。第三章化學(xué)轉(zhuǎn)化膜工藝化學(xué)轉(zhuǎn)化膜通過化學(xué)反應(yīng)在鋁合金表面形成致密氧化膜（如鉻酸鹽、無鉻膜），無需外加電流，工藝簡單。3.1鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜（傳統(tǒng)工藝）原理：Cr??與Al反應(yīng)生成Cr?O?·Al?O?復(fù)合膜，含Cr3?（鈍化）和Cr??（自愈）。配方：鉻酸（20–50g/L）+氟化鈉（1–3g/L），溫度25–40℃，時(shí)間3–5min。應(yīng)用：軍工、海洋設(shè)備（耐鹽霧≥1000h），但因Cr??污染，逐步被無鉻工藝替代。3.2無鉻轉(zhuǎn)化膜（環(huán)保型）主流類型：鈦鋯系、硅烷系、稀土系。鈦鋯系：配方（示例）：氟鈦酸（5–10g/L）+氟鋯酸（3–5g/L）+成膜劑（2–5g/L），pH3–5，溫度30–50℃，時(shí)間2–5min；硅烷系：通過Si–O–Al鍵結(jié)合，配方含硅烷偶聯(lián)劑（如KH-550），適用于涂裝底層，提升附著力。優(yōu)勢：無重金屬污染，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，膜厚0.1–1μm，耐鹽霧≥500h（配合涂裝）。第四章涂裝工藝涂裝通過有機(jī)涂層隔絕腐蝕介質(zhì)，兼具裝飾性與防護(hù)性，分為噴涂、電泳涂裝等。4.1噴涂工藝類型：粉末噴涂、液體噴涂（如丙烯酸、聚氨酯漆）。工藝流程：預(yù)處理→底漆（防銹）→面漆（裝飾/功能）→固化（180–220℃，15–30min）。參數(shù)控制：粉末噴涂：膜厚60–120μm，靜電電壓50–100kV，出粉量20–50g/min；液體噴涂：粘度15–30s（涂-4杯），噴涂壓力0.3–0.5MPa，濕膜厚度20–40μm/道。應(yīng)用：建筑幕墻（粉末噴涂，耐候性≥15年）、汽車輪轂（液體噴涂，光澤度高）。4.2電泳涂裝原理：利用電場使涂料粒子定向沉積，形成均勻膜層。工藝：脫脂→酸洗→出光→電泳（電壓150–300V，時(shí)間2–5min）→超濾水洗→固化（160–180℃，20–30min）。優(yōu)勢：膜厚均勻（10–30μm）、邊角覆蓋好，適用于復(fù)雜工件（如汽車車身）。第五章電鍍與化學(xué)鍍工藝通過金屬沉積在鋁合金表面形成鍍層（如鎳、鉻），提升耐磨性、導(dǎo)電性。5.1電鍍鎳預(yù)處理：鋁合金需經(jīng)鋅酸鹽浸鋅（配方：NaOH100–150g/L+ZnO10–20g/L+酒石酸鉀鈉50–100g/L，溫度70–90℃，時(shí)間1–3min），形成鋅層（厚度0.5–2μm），增強(qiáng)鍍層結(jié)合力。鍍液配方：硫酸鎳（200–300g/L）+氯化鎳（40–60g/L）+硼酸（30–40g/L），pH4–5，溫度50–60℃，電流密度2–5A/dm2。應(yīng)用：電子元件（導(dǎo)電性）、模具（耐磨性）。5.2化學(xué)鍍鎳原理：利用還原劑（如次磷酸鈉）使Ni2?還原沉積，無需外加電流。配方：硫酸鎳（20–30g/L）+次磷酸鈉（25–35g/L）+絡(luò)合劑（如檸檬酸），pH4.5–5.5，溫度85–95℃，時(shí)間30–60min。特點(diǎn)：鍍層均勻（5–20μm）、耐蝕性強(qiáng)（中性鹽霧≥800h），適用于異形工件。第六章新型表面處理工藝6.1微弧氧化（MAO）原理：在高壓（200–600V）電解液中，鋁合金表面發(fā)生等離子體放電，形成Al?O?-陶瓷膜（含α、γ相）。工藝參數(shù)：電解液：硅酸鹽（10–30g/L）+氫氧化鈉（5–10g/L），溫度20–40℃，電流密度5–15A/dm2，時(shí)間10–60min；膜厚：10–100μm，硬度HV500–1200。應(yīng)用：航空發(fā)動機(jī)部件（耐高溫、耐磨）、醫(yī)療器械（生物相容性）。6.2激光表面處理類型：激光淬火、激光熔覆、激光合金化。激光淬火：用高功率激光（功率1–5kW，掃描速度1–10m/min）使表面快速加熱-冷卻，形成馬氏體組織，硬度提升2–3倍；激光熔覆：在表面熔覆合金粉末（如Ni基、Co基），形成耐磨/耐蝕層，厚度0.1–5mm。應(yīng)用：模具修復(fù)（激光熔覆）、機(jī)械零件強(qiáng)化（激光淬火）。第七章工藝選擇與質(zhì)量控制7.1工藝選擇依據(jù)性能需求：耐蝕性選陽極氧化/化學(xué)轉(zhuǎn)化膜+涂裝；耐磨性選硬質(zhì)氧化/微弧氧化/電鍍；裝飾性選噴涂/電泳；成本：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜＜陽極氧化＜微弧氧化；環(huán)保：優(yōu)先選無鉻轉(zhuǎn)化膜、硅烷處理、激光技術(shù)。7.2質(zhì)量檢測方法膜厚：渦流測厚儀（氧化膜、轉(zhuǎn)化膜）、磁性測厚儀（鍍層、漆膜）；耐蝕性：中性鹽霧試驗(yàn)（GB/T____，噴霧量1–2mL/80cm2·h，溫度35℃）；附著力：劃格試驗(yàn)（GB/T9286，劃格間距1mm，膠帶剝離后膜層脫落≤5%）。7.3常見問題及解決氧化膜色差：控制電解液溫度、電流密度均勻性，更換老化電