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[铝合金] 铝合金手机壳阳极后表面灰斑问题

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发表于 2020-3-29 23:18:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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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。

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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。

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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。

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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。

发表于 2020-3-30 09:11:53 铸造论坛手机版 | 显示全部楼层
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发表于 2020-3-30 11:43:41 铸造论坛手机版 | 显示全部楼层
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