铝合金手机壳阳极后表面灰斑问题

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最近蹲阳极厂调铝合金压铸手机电池盖阳极颜色。遇到两个问题：
1. 阳极染色后，阳极层易脱落，漏出金属壳底色，氧化膜表面层呈疏松粉化现象。
2. 阳极染色后，金属壳表面出现灰斑，湿布使劲擦拭可勉强除去一些。


不良状况严重，良率影响很大。跟厂里工程师讨论后，搜了些资料，确认了原因和解决办法，总结如下。


1.阳极氧化的作用
多数手机电池盖用的是6063铝合金，主要合金元素是镁和硅。不同铝商供应的铝料硅、镁的含量都不尽相同，同一厂商不同批次的铝料，成分含量也不尽相同。如果含硅量过高，阳极氧化过程中会带来一系列问题。


单质铝莫氏硬度2-2.5，非常软，不耐磨易刮花；玻璃莫氏硬度5.5，铁4-5，钥匙串即可轻易刮花单质铝表面。铝合金阳极氧化后表面形成氧化铝膜层，莫氏硬度9，仅次于金刚石（10），非常耐磨。并且氧化铝膜层有非常好的吸附能力和抗腐蚀性，易着色，可满足不同的颜色需求。所以市面上的铝合金手机均采用阳极氧化的工艺制成，阳极氧化膜层厚度一般控制在8-12μm左右。


2.手机电池盖阳极氧化工艺流程
机械处理→清洗→喷砂→除油（丙酮）→水洗→碱蚀（氢氧化钠）→水洗→除灰（硫酸或磷酸，或两酸混合）→水洗→阳极氧化（硫酸）→着色→封孔。
碱蚀目的：去除铝合金表面在空气中形成的氧化膜，使之形成均匀的活化表面；使铝材表面趋于平整、均匀，去除轻微的刮痕、划伤。
碱蚀过程中，铝合金中所含的金属化合物杂质，几乎不参与反应，也不会溶解在碱蚀槽液中，依然残留在铝材表面上，形成一层灰黑色疏松的表面层。主要由不溶于碱液的硅、铜、锰、铁等合金元素或杂质。有时它可用湿布擦去，但通常需要采用化学方法将其溶解除去，即除灰。


除灰的目的：去除碱蚀后残留在制品表面上的黑色挂灰付着物，即溶解铝合金中硅、铜、锰、铁等在碱蚀中生成的难溶表面层，以获得清洁、光亮的钝化表面；同时中和残留的碱，防止污染电解液。
目前可用的除灰工艺主要有硝酸除灰、含氟化物除灰、硫酸除灰和铬酸除灰。
a.硝酸除灰：几乎适合所有铝合金材料除灰。低浓度适合6063铝合金，高浓度适合含硅量较高的铝合金。硝酸分解释放出来的氮氧化物和酸雾危害较大，一般阳极厂不使用。
b.含氟化物除灰：含硅量较高的铝合金在碱蚀后，如硝酸除灰不能满足要求，一般采用含氟化物的除灰工艺。铝合金压铸件除灰难度大，一般需要用氟化物。氢氟酸极易挥发，常用氟化氢铵或氟化钠来代替氢氟酸。氢氟酸对人体组织有脱水和腐蚀作用，一般阳极厂不使用。
c.铬酸除灰：处理的铝材具有较好的耐腐蚀性，航空航天领域应用广泛。铬酸盐除灰效果好，但有毒。一般阳极厂不使用。
d.硫酸除灰：硫酸除灰的经济效果比硝酸好，除灰槽液中硫酸体积分数与阳极氧化的硫酸体积分数大致相同，通常为15%-25%。所以硫酸阳极氧化槽液也可以再次利用来做除灰槽液，生产线原液管理比较简单。硝酸是氧化性酸，稀硫酸是非氧化性的酸，在硫酸槽液中要想将灰完全除净，则除灰的时间要相应延长。时间长带来的问题是金属电池盖表面光泽度升高，喷砂铝表面有一定程度的腐蚀，出现材料纹。一般手机电池盖成品的光泽度控制在10-18°，所以除灰时间不能过长（一般在40秒左右）。除此之外，还需要添加具有氧化性的添加剂（如高锰酸钾）以增加溶液氧化性，提高单位时间的除灰效率。硫酸可以溶解碱蚀过程中未除净的复合氧化膜层，高锰酸钾则可去除以硅为主的灰黑色表面层。阳极厂使用较多的是硫酸除灰。


阳极染色后，金属壳表面出现灰斑，即是除灰不干净导致的。改进除灰槽液氧化性可达到除灰效果，但根本原因在铝合金原材料上，硅含量过高导致。
氧化膜表面层呈疏松粉化，容易脱落，是因为氧化膜电阻大，阳极氧化过程会产生大量焦耳热，导致槽内电解液温度升高。一般工厂会采用搅拌或冷却装置使电解液温度保持在13-26℃，氧化膜质量较佳。若超过30℃，氧化膜会产生疏松粉化，膜层质量低劣。给阳极槽降温或加入某些添加剂即可解决。

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凌云

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