高精密 高难度 电镀技术领导者

关于杰昌

广东杰昌五金制品有限公司

成立于2003年,致力于为中国华南地区的客户提供高品质、高精密的电镀服务。杰昌专长于高水平的功能性表面处理,在17年的发展历程中,杰昌不断研发与改进专业技术,并坚持以一流的技术、稳定的品质和用心的服务来满足客户的不同需求。并通过了ISO9001:2015质量管理体系认证,现有客户群广泛覆盖机械加工、模具制造、医疗器械、通讯设备等行业,精密表面处理已应用于高速列车、航天、精密连接器等领域。

◆ 技术文章

铬酸阳极氧化工艺

酸阳极氧化工艺最早是由Bengough和Stuart在 1923 年开发的(简称B-S法)。铬酸氧化膜比硫酸氧化膜和草酸氧化膜要薄得多,一般厚度只有 2-5μm,能保持原来部件的精度和表面粗度。膜层质软,耐磨性不如硫酸氧化膜,但弹性好。氧化膜的颜色由灰白色到深灰色,膜层不透明,孔隙率较低,很难染色,在不作封孔处理的情况下也可以使用。铬酸溶液对铝的溶解度小,使针孔和缝隙内残留的溶液对部件的腐蚀影响小,适用于铸件、柳接件和机械加工件等的表面处理,该工艺在军事装备上也用得较多,美国、俄罗斯和英国的铝合金航空部件表面处理,一般都用该工艺。它除了生成铬酸氧化膜起防护作用外,还可作为对部件质量的检查手段,如部件上有针孔和裂纹等缺陷,在处理操作中,醒目的棕褐色电解液就会从中流出,很容易被人们及时发现。

(1) 阳极氧化工艺规范。铬酸阳极氧化工艺主要有Bengough和Stuart开发的B-S法和Buzzard开发的恒压法两种。

①B-S法。现在人们所用的B-S法与最早的原始工艺相比没有大的改变。铬酸浓度3%~5%,电解液温度 (40±2)℃,分阶段升高电压氧化,先在 10min 内缓慢将电压从0V升到40V,恒压20min,随后5min将电压从40V升到50V,再恒压5min,一般总共氧化时间40min。但当处理铸造铝合金时,特别是高铜铸造铝合金,应将电解液温度降低至 25~30C,对电解电压也作适当调整,需按 0.5~0.7A/dm2电流密度设定电压,一般电解电压只需15~20V,对Al-Zn-Mg-Cu锻铝电解电压仅需约15V。

②恒压法。1937年Buzzard开发了恒压法,它是将铬酸浓度提高到 5%~10%,采用40V恒压氧化,处理时间由原来的40min 缩短到30min。前苏联研究者也得出类似的结论,并发现如果电解液的 pH值控制在0.15~0.60范围内,那么电解电压只需 30V,但如果pH值在0.6~0.8,应将电解电压提高到40V。而美国研究者在同样条件下采用30V电解电压,实验结果与之不完全一致,现在美国采用的恒压法一般以9.5%CrO3电解液为主,同时控制电解液的 pH值。

前苏联研究者发现,将铬酸浓度提高到 200g/L 也没有害处,同时发明了一种使用铅阳极和钢阴极再生电解液的方法,再生电流密度阴极为0.25A/dm2,阴极与阳极之比1:40,再生时间为 24h。为了充分降低pH值,在第一次再生后把阴极上沉积的铬酸铅膜除掉,可连续进行第二次再生。美国研究者也发现,如果在阳极氧化过程中,阴极面积始终小于阳极面积,就不会发生铬酸还原为三价铬的现象。英国标准建议在阳极氧化过程中,阴极面积与阳极面积比为(5:1)~(10:1)。Brace和Peek两人用恒压法在10%CrO3温度为54℃、电解电压为30V的条件下,电解 60min 可获得10μm厚的氧化膜,膜层为不透明的灰白色,具有较好的染色特性,染色膜呈搪瓷外观。

(2) 槽液杂质控制

①氯离子。氯离子主要来自所用的水和铬酸原料,在槽液中氯离子 (以氯化钠计)含量控制一般不大于 0.2g/L,氯离子含量高,会侵蚀处理部件,使氧化膜变粗糙。

②硫酸根离子。硫酸根离子是一种常有的杂质,也来自所用的铬酸原料,它会加快六价铬在阴极上还原为三价铬,使铬酸消耗增加。硫酸根离子对氧化膜的外观也有明显的影响,含量较高时,膜层趋于透明,可添加0.2~0.3g/L的Ba(OH2 BaCO3,通过化学沉淀法除去。对采用10% CrO3的槽液,一般硫酸根离子控制在小于0.4g/L。

③ 铝离子和三价铬离子。在阳极氧化过中由于铝的溶解,使槽液中铬酸铝[Al2(CrO4)3]及碱性铬酸铝 [AI(OH)CrO4] 的含量不断增多,三价铬含量也不断增多,借助pH,仪器,用滴定法即可测定槽液内的铝含量、总铬和游离铬酸含量。一般用控制总铭的方法控制槽液内铝离子含量,对总铬含量(换算成CrO3) 控制没有统一的规定。在英国采用B-S法工艺,总铭含量控制在小于10%,而在美国采用10% CrO3槽液恒压法,总路含量控制在小于 20%,Brace和Peek推荐的恒压法工艺,虽然游离铬酸浓度也采用10%,但因槽液温度和电解电压不同,总铬含量可超过20%。当槽液中三价铬含量高时,氧化膜变暗无光,抗蚀能力降低,减少三价铬含量可用前面提到过的槽液再生方法处理。

为了更好地稳定槽液的氧化能力,必须有效控制槽液中游离铬酸浓度和总铬含量,定期对槽液进行分析,及时补加铬酸,保持游离铬酸浓度。采用去离子水和优质铬酸原料是控制槽液中Cl- SO2-4两种杂质的关键。当总铬含量超过规定范围时,应排放部分槽液进行调整,槽液中的杂质离子目前国外也可用离子交换设备除去。