水处理(lǐ)设备耗材

2018-06-20 00:24:07admin 138722

1.前言
铝及其合金材料由于其高的强度/重量比，易成型加工以及优异的物(wù)理(lǐ)、化學(xué)性能(néng)，成為(wèi)目前工业中使用(yòng)量仅次于钢铁的第二大类金属材料。然而，铝合金材料硬度低、耐磨性差，常发生磨蚀破损，因此，铝合金在使用(yòng)前往往需经过相应的表面处理(lǐ)以满足其对环境的适应性和安全性，减少磨蚀，延長(cháng)其使用(yòng)寿命。在工业上越来越广泛地采用(yòng)阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能(néng)。
阳极氧化是國(guó)现代最基本和最通用(yòng)的铝合金表面处理(lǐ)的方法。阳极氧化可(kě)分(fēn)為(wèi)普通阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及铝合金電(diàn)解着色所获得的色膜具有(yǒu)良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性，广泛应用(yòng)于现代建筑铝型材的装饰防蚀。然而，铝阳极氧化膜具有(yǒu)很(hěn)高孔隙率和吸附能(néng)力，容易受污染和腐蚀介质侵蚀，心须进行封孔处理(lǐ)，以提高耐蚀性、抗污染能(néng)力和固定色素體(tǐ)。
2　铝及铝合金的阳极氧化
2.1　普通阳极氧化
铝及其合金经普通阳极氧化可(kě)在其表面形成一层Al2O3膜，使用(yòng)不同的阳极氧化液，得到的Al2O3膜结构不同。阳极氧化时，铝表面的氧化膜的成長(cháng)包含两个过程：膜的電(diàn)化學(xué)生成和化學(xué)溶解过程。只有(yǒu)膜的成長(cháng)速度大于溶解速度时，氧化膜才能(néng)成長(cháng)、加厚。普通阳极氧化主要有(yǒu)硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草(cǎo)酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等，以下介绍一些普通阳极氧化新(xīn)工艺。
2.1.1　宽温快速阳极氧化[1]
硫酸阳极氧化電(diàn)解液的温度要求在23℃以下，当溶液的温度高于25℃时，氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差，因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进，改进后的溶液配方為(wèi)：

硫酸（ρ＝1.84g／cm3）150－200g／L（最佳值160g／L）
CK－LY添加剂　　　　　　20－35g／L （最佳值30g／L）
铝离子　　　　　　　　 0.5－20g／L　（最佳值5g／L）
CK－LY氧化添加剂包括特定的有(yǒu)机酸和导電(diàn)盐，前者能(néng)提高電(diàn)解液的工作温度，抑制阳极氧化膜的化學(xué)溶解，在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有(yǒu)良好的作用(yòng)；后者能(néng)增强電(diàn)解液的导電(diàn)性，提高電(diàn)流密度，加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸電(diàn)解液，对電(diàn)解液中的金属离子有(yǒu)络合作用(yòng)，使溶液中铝离子的容忍量提高，氧化液的寿命延長(cháng)，操作温度可(kě)达30℃以上，而普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机；同时减少了氧化时间，并可(kě)获得高质量的氧化膜。
2.1.2　硼酸－硫酸阳极氧化[2]
硼酸－硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新(xīn)工艺。硼酸－硫酸阳极氧化溶液的组成為(wèi)：45g/L H2SO4＋8g/L H3BO3。
阳极氧化膜退膜溶液：按ASTMB137(美國(guó)实验材料标准)规定溶液，即：20g/L CrO3＋35mL/L H3PO4。
2.1.3　其它方面工艺的改进
巩运兰等对铝在铬酸中高電(diàn)压阳极氧化进行了研究[3]，结果表明，铬酸體(tǐ)系高電(diàn)压阳极氧化得到的氧化膜多(duō)孔，膜孔径极不规整，呈树枝状，浓度对孔径和膜厚都有(yǒu)影响。
在磷酸中采用(yòng)直流恒压電(diàn)解的方法对铝试样进行阳极氧化处理(lǐ)。实验表明，随着電(diàn)解電(diàn)压的升高，阻挡层厚度、多(duō)孔层胞径和孔径均呈線(xiàn)性增加，其原因与离子迁移等密切相关。此项技术起源于本世纪30年代，由于磷酸氧化膜具有(yǒu)很(hěn)强的粘合力，是電(diàn)镀、涂漆的良好底层，因此得到越来越广泛的应用(yòng)。
2.2　铝及铝合金的硬质阳极氧化
铝及其合金经硬质阳极氧化处理(lǐ)后，可(kě)在其表面生成厚度达几十到几百微米的氧化膜，由于这层氧化膜具有(yǒu)极高的硬度(铝合金上可(kě)达400－6000kg/mm2，纯铝上可(kě)达1500kg/mm2)，优良的耐磨性、耐热性(氧化膜熔点可(kě)达2050℃)和绝缘性，大大提高了材质本身的物(wù)理(lǐ)性能(néng)、化學(xué)性能(néng)和机械性能(néng)，在國(guó)防及机械制造领域获得了广泛应用(yòng)。
2.2.1　硫酸硬质阳极氧化
硫酸法成分(fēn)简单稳定，操作容易，低温氧化可(kě)获得数十至数百微米的硬质膜。硫酸硬质阳极氧化的主要缺陷是一般要在低温下进行，而且受铝合金组成的影响很(hěn)大。
2.2.2　混合酸常温硬质阳极氧化
混合酸常温硬质阳极氧化是指以硫酸為(wèi)主，加入少量草(cǎo)酸等二元酸，以获得较厚的膜，同时扩大使用(yòng)温度的上限，可(kě)允许将阳极氧化温度提高到10－20℃之间，所获得氧化膜的特征与硫酸阳极氧化膜相似。在10－20℃下電(diàn)解，能(néng)获得耐磨性好的氧化膜和高着色率；实行高電(diàn)流密度的混合酸電(diàn)解，可(kě)防止氧化膜溶解，可(kě)在较高的温度下实施，降低生产成本，使膜层更加平滑、光洁、细密，厚度更大，硬度更高。
2.2.3　脉冲硬质阳极氧化
脉冲硬质阳极氧化采用(yòng)间断電(diàn)流或交替的高低電(diàn)流进行氧化，成功避免了烧焦和粉末，在室温下，所获得氧化膜在硬度、耐蚀性、柔性、電(diàn)阻和厚度的均匀性方面均优于一般的直流氧化，并且生产效率可(kě)提高3倍。氧化膜性能(néng)比较见表1。

2.2.4　铸铝合金硬质阳极氧化[4]
合金中含有(yǒu)较多(duō)的硅(超过7%)就很(hěn)难在硫酸體(tǐ)系中进行阳极氧化，而ZL102合金含硅量高达10%－13%，高硅的存在，容易造成硅的晶向偏析，导致成膜困难，膜层均匀性差。
欧阳新(xīn)平等人通过实验研究，研制出了适合高硅铝合金硬质阳极氧化的工艺配方，使直流電(diàn)源成功地在ZL102合金上制取性能(néng)良好的硬质氧化膜。该实验采用(yòng)恒電(diàn)流法，附加空气搅拌，得出的最佳工艺配方為(wèi)[4]：
硫酸(ρ=1.84g/cm3)　　15－40g/L
磺基水杨酸　　　　　　　　　　20g/L
添加剂MY　　　　　　　　2.5－5.0g/L
電(diàn)流密度　　　　　　　　　3－6A/dm2
时间　　　　　　　　　　　　　 60min
温度　　　　　　　　　　　　　　 0℃
其中MY是一种阴离子表面活性剂，同时也是Al3＋的络合剂。它能(néng)优先吸附在高電(diàn)流密度处并放電(diàn)使電(diàn)场分(fēn)布均匀，同时也能(néng)起到缓冲作用(yòng)，抑制氧化膜的溶解，从而获得均匀平整的氧化膜。
周建军等人以直流叠加脉冲電(diàn)源对含铜的高硅铸造铝合金进行硬质阳极氧化，研究了電(diàn)源脉冲幅度对膜层性能(néng)的影响。实验的最佳工艺条件為(wèi)[5]：
硫酸(ρ=1.84g/cm3)　120－160g/L
添加剂　　　　　　　　　　　7－8g/L
脉冲比　　　　　　　　　　　1.0∶1.3
電(diàn)流密度　　　　　　　2.5－3.5A/dm2
温度　　　　　　　　　　　　　　 0℃
时间　　　　　　　　　　　　　 50min
搅拌　　　　　　　　　　　　压缩空气
结果表明，提高氧化时電(diàn)源的脉冲幅度能(néng)明显提高膜层性能(néng)。利用(yòng)直流叠加脉冲硬质阳极氧化，能(néng)够在难于氧化的含铜、高硅的铸造铝合金上生成性能(néng)较好的氧化膜。
2.2.5　低压硬质阳极氧化[6]
绝大多(duō)数铝合金硬质阳极氧化零件，特别是零件的密封面和滑动配合部位，不仅要求膜层具有(yǒu)较高的硬度和厚度，而且还要求低的粗糙度(Ra0.08－0.16)。雷宁等通过对氧化过程中零件表面状态的分(fēn)析及膜层增長(cháng)速率的测定，找出了影响氧化膜质量及表面粗糙度的主要原因，提出了低压硬质阳极氧化工艺：
硫酸(ρ=1.84g/cm3)　220－240g/L
T　　　　　　　　　　　　　 －2－2℃
t　　　　　　　　　　　　　　 180min
DA　　　　　　　　　　0.8－1.0A/dm2
最终電(diàn)压　　　　　　　　　　　 ≤40V
给電(diàn)方式：初始20min内，電(diàn)流密度升至0.8－1.0A/dm2，并始终保持至氧化结束。
此外，成都飞机工业集团公司根据美军标MIL－A－8625F及麦道公司标准DPS11.02评价铝合金阳极氧化膜的各项性能(néng)，研究了具體(tǐ)材料及施加電(diàn)流密度对膜厚、成膜时间、耐蚀性、耐磨性和烧毁率的影响。结果表明：在交流叠加電(diàn)源所产生的高電(diàn)流密度下可(kě)得到质量较好的铝合金阳极氧化膜。
3　電(diàn)解着色
经阳极氧化后的铝材进行電(diàn)解着色，可(kě)以提高装饰效果和商(shāng)品价值。氧化膜的厚度、均匀性及结构与電(diàn)解着色速度和色差有(yǒu)直接关系。電(diàn)解着色时金属离子是在膜孔底部的阻挡层上还原沉积的。由于金属粒子受光的散射作用(yòng)而显色。欲在阻挡层上沉积金属，关键在于活化阻挡层。所以要使用(yòng)交流電(diàn)的极性变化来提高其化學(xué)反应活性。又(yòu)由于阻挡层具有(yǒu)整流作用(yòng)，将交流電(diàn)变成了直流電(diàn)，故铝一侧電(diàn)流的负成分(fēn)占主导，进入膜孔内的金属离子被还原析出。
以往铝型材着色大都是青铜色系，以单锡盐或镍锡混盐為(wèi)主。近年来電(diàn)解着古铜色将被钛金色、金黄色、仿不锈钢色、浅红色、香槟色、银灰色等多(duō)种浅色调所代替。钛金色鲜活而不妖艳，黄中透红，令人赏心悦目，并具有(yǒu)着色成本较低，增值较高的优点，它作為(wèi)浅色调中的主色调己十分(fēn)明显。以银盐和锰盐為(wèi)主盐的金黄色在香港和越南市场行情良好。锰盐着金黄色逼真，成本较低。但不稳定，不宜连续生产；银盐着色可(kě)获得金黄色、绿金色、黄绿色和金土色等多(duō)种色调，槽液十分(fēn)稳定，潜在经济效益好，应开发应用(yòng)。
3.1　電(diàn)解着色工艺的改进
3.1.1　铝合金表面着亮黑色工艺[7]
此工艺是经锡铜离子在着色電(diàn)解槽中进行着色反应后生成的二元金属氧化物(wù)膜层，色泽墨黑亮丽，是一种独具特色的铝合金防腐蚀和装饰材料。電(diàn)解着色液组成為(wèi)：30% SnSO4，30% NiSO4，15% CuSO4的混合溶液。经氧化处理(lǐ)的铝材為(wèi)阳极，以石墨電(diàn)极為(wèi)阴极，50Hz220V交流電(diàn)源经调压器调至8V后输入電(diàn)解槽，電(diàn)解着色10min，即可(kě)得到亮丽的黑色铝合金表面。
3.1.2　阳极化铝光干涉電(diàn)解着色工艺[8]
在用(yòng)锡盐进行光干涉電(diàn)解着色的研究中发现，获得蓝色的干涉色最為(wèi)困难，用(yòng)普通電(diàn)解着色方法着色，获得蓝色也是困难的，于芝兰等人在此方面进行了研究。实验材料為(wèi)L2(2号工业纯铝，含铝

99.6%)和LD31(相当于美國(guó)的6063)，试样尺寸L250 mm×50mm×1mm，LD3125mm×25mm角材，1.3mm厚，其表面积為(wèi)0.68dm2；阳极氧化条件，H2SO4(ρ=1.84g/cm3)180g/L，18℃，1.2－1.4A/dm2，30min，膜厚12－14μm；用(yòng)磷酸直流扩孔处理(lǐ)；锡盐電(diàn)解着色：SnSO416g/L，H2SO414g/L，混合添加剂16g/L，18－20℃，交流着色電(diàn)压12－14V，此外还使用(yòng)铜盐和Cu－Ni混合盐電(diàn)解着色，可(kě)得到黄红、绿、蓝较稳定的干涉色。