铸铝零件的化学氧化

铸造铝合金是目前广泛应用的工程材料之一，可分为铝-硅，钨-铜，铝-镁和铝-锌等种类，其中以铝-硅系铸铝合金的应用最广。铸铝合金大量应用于汽车、摩托车工业，航空航天工业、船舶、潜艇工业，特别是作为框架、支架等结构件以及外装零件如机匣壳体等。

铸铝零件加工成型后，往往要求进行装饰性表面处理。铸铝合金零件表面状况各处不同，有的部位是非加工表面，表面生成氧化皮膜，油污重，有的部位是机加工表面，表面状况良好。铸造铝合金，特别是铝铜含量较高的铸铝合金，硅铜的加入大大提高了铝合金的强度，却增加了表面精饰加工困难。

某些型号的铸铝合金是不能进行电镀或阳极氧化处理的。比如对含Cu2%～2.5%Si7.5%～12%的铸铝合金，无论电镀或阳极氧化处理都是相当困难的，要保证电镀或阳极氧化的顺利进行，往往要有特殊的前处理。

某产品壳匣类零件，是硅铜含量较高的压铸铝合金，经过机械加工成型。根据产品零件设计要求，产品零件需表面精饰加工和强化。我们经过反复工艺试验，选择了无色化学氧化方法获得膜层质量良好。

2　工艺流程

化学氧化方法主要分为4个步骤:

①喷丸处理。

②活化处理。

③无色化学氧化成膜。

④检验入库。

工艺流程如下:

喷丸前验收→喷丸处理→活化处理→流动水洗→无色化学氧化→流动水洗→吹干→检验入库。

2.1　喷丸处理

①喷丸强化并为化学氧化成膜做好前处理准备对铸铝零件表面进行喷砂处理，虽然可以去除铸铝零件表面油污、氧化皮及毛刺等，并使表面产生压应力而得到强化。但表面粗糙而无金属光泽。

铸铝零件表面在70～90℃碱性除油腐蚀溶液处理虽能够有效地清洁零件表面，但由于零件表面状况不同，有非加工表面、有经加工的表面，除油腐蚀时间不易控制。

如果除油腐蚀时间过长，往往发生不均匀腐蚀。而且除油腐蚀过度，也会使零件表面粗糙且无金属光泽，不能产生压应力而强化表面。

本工艺采用玻璃球丸进行喷丸处理。球状玻璃丸喷射到铸铝零件表面不仅能有效地去除油斑污迹，氧化皮等，而且在零件表面形成许多微小半圆形表面，经光线反射，呈现金属光泽，表面粗糙度得到明显的改观。

而且喷丸处理还能使表面产生压应力，提高表面的疲劳寿命，降低表面对应力腐蚀的敏感性，大大强化了零件表面。经化学氧化处理的表面可生成致密而光亮的氧化膜层，完全满足产品设计要求。因此我们选用了喷丸强化处理作为化学氧化成膜的前处理工序。

玻璃球喷丸处理一般控制喷射距离为200～350mm，喷射角60～70℃，喷射压力5kg/mm2，注意避免零件表面局部区域长时间喷射。

2.2　活化处理

②为保持零件表面压应力层不受破坏，对已经喷丸强化处理的铸铝零件表面进行活化处理。

活化处理溶液成分:

HNO3(d=1.42)　　60%

HF(40%)　　　　　20%

室温活化浸渍时间　1～5s

2.3　化学氧化成膜

铸铝合金零件经喷丸强化、活化处理后应及时进行化学氧化处理。以生成均匀、无色透明的氧化膜层。

化学氧化有以下A、B两配方，可任选其一:

配方A:

重铬酸钠(Na2Cr2O7)　　　　3～3.5g/L

铬酐(CrO3)　　　　　　　　　3～5g/L

氟化钠(NaF)　　　　　　　　　0.5～0.8g/L

氧化温度　　　　　　　　　　　室温

氧化时间　　　　　　　　　　　3～5min

配方B:

重铬酸钾(K2Cr2O7)　　　　　　0.8～lg/L

氢氟酸(HF40%)　　　　　　　　0.25～0.5ml/L

非离子型表面活性剂　　　　　　适量

pH　　　　　　　　　　　　　　2.7～3.5

氧化温度　　　　　　　　　　　20～40℃

氧化时间　　　　　　　　　　　30～90s

配方中重铬酸钠、铬酐、重铬酸钾、及氟化钠、氢氟酸提供重铬酸根离子和氟离子，在化学氧化成膜过程中起重要作用。

重铬酸根离子是氧化剂，是促使氧化膜生成的主要成分。氟离子是活化剂，它与重铬酸根离子共同作用，有利于生成致密的氧化膜层，须严格控制二者的含量和比例。化学氧化溶液的pH 值要控制在规定的范围内，用稀HNO3或NaOH溶液调整。

氧化溶液中添加适量的非离子型表面活性剂有利于增强溶液和零件表面的润湿性，有效地提高产品零件表面的氧化膜质量。

当温度低时，氧化成膜反应较慢，温度升高则反应速度加快。溶液温度超过40℃时，氧化膜将粉化，所以，氧化成膜温度以25～30℃为佳。

当氧化溶液中铝离子含量不断升高，pH 值上升超过控制范围时，氧化膜质量低劣。这时应该及时部份或全部更换氧化溶液。

2.4　检查验收

铸铝零件化学氧化处理后，清洗吹干，接着对氧化膜层进行检查。氧化膜不完整或膜层疏松、挂灰的零件，要进行返修，重新氧化。