准无能耗快速封孔技术的研究.pdf

L t e c h n o lo g t l L e a d in g e [ Iq E 准无能耗快速封孔技术的研究 刘有奇 永城职业学院 ， 河南 永城 4 7 6 6 0 0 摘要 传统工艺 中用于铝合金 阳极氧化膜的常温封孔剂硅 酸钠溶液 ， 封孔效果并不理想。本文介绍 了一种 以硅酸 钠 为封孔 溶液主试 剂的准无能耗 快速 封孔技 术， 该封孔新技 术以其 几乎 为零 的工艺能源消耗， 只需要其 它封孔工 艺 1 ／ 2 0 1 ／ 3 0 的工艺历时， 并以非常简化的操作方法和只有其他封孔工艺百分之 几的工艺成本 ， 可以显著提 高铝材的耐 腐蚀性 ， 取得了非常显著地效果。 关键词 铝合金 ；阳极氧化 ； 快速封孔 中图分类号 T G1 7 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 5 0 6 5 2 0 1 7 1 9 - 0 2 3 4 - 2 St u dy on Th e T e chn ol og y of Ra pi d Se al i n g L I U You qi Yo n g c h e n g Vo c a t i o n a l Co l l e g e ， He n a n Yo n g c h e n g 4 7 6 6 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e t r a d i t i o n a l p r o c e s s f o r a l u mi n u m a l l o y a n o d i c o x i d e fi l m a t r o o m t e mp e r a t u r e s e a l i n g a g e n t s o d i u m s i l i c a t e s ol ut i o n，s e a l i ng e ffe c t i s no t i d e a 1 ．Th i s pa pe r i nt r o d uc e s a qu a s i n oe n e r g y r a p i d s e a l i n g t e c hn i q ue wi t h s od i um s i l i c a t e a s t he ma i n r e a g e n t of t he p l ug g i n g s o l ut i on． The ne w t e c hn ol og y o f t he s e a l i n g t e c hno l ogy c o ns u me s a l mo s t z e r o e ne r g y of t h e pr oc e s s ，on l y ne e d ot he r s e a l i ng pr oc e s s 1 ／ 2 0 ～ 1／30 o f t he pr oc e s s l a s t e d ，a n d wi t h a v e r y s i mp l i fie d me t hod o f o pe r a t i o n a nd on l y a f e w ot he r s e a l i ng pr oc e s s c o s t o f t he p r o c e s s ，c a n s i g ni fic a n t l y i mpr o ve t he c or r o s i o n r e s i s t a nc e o f a l umi nu m，a nd a c h i e v e d v e r y s i gn i fic a n t r e s ul t s ． Ke y wo r d s a l u mi n u m a l l o y； a n o d i z i n g； q u i c k s e a l i n g 铝合金表面经过阳极氧化后形成一层致密的氧化膜， 因 为其腐蚀点位较低并且有着较高的孔隙率 ， 一旦被酸眭或者 碱性的物质进入 ， 极易因为腐蚀而被污染。 为了提高铝合金 阳极氧化膜的腐蚀性 ， 必须对氧化膜进行封孔处理 ⋯。 本文 在传统工艺的基础上提出了一种采用高模数硅酸钠为封孔 溶液主试剂的 “ 准无能耗快速封孔技术” 。 新的封孔技术经 过在生产线上进行生产试验， 从温度最不利于工艺流程控制 的寒冬腊月开始至清明节前后 ， 历时一百余天连续运行。 发 现该封孔新技术以其几乎为零的工艺能源消耗 ， 封孔工艺历 时只需要 1～7分钟就能快速封孔 ， 操作过程简单 ， 工艺成 本低廉 ， 封孔 效果 良好 。 1 准无 能耗快速封 孔工艺 的机 理 1 硅酸钠固体溶于水中后会部分发生水解 ， 生产氢氧 化钠和硅酸 ， 同时还释放出配位数量的二氧化碳气体。当溶 液中氢氧化钠生产数量使溶液的 p h值达到 1 1 ．3～1 1 ．5范 围时反应减缓产生动态平衡。 Na 2 S i O3 2 H2 O 2 Na 2 0H H2 Si O3 N a 2 S i O 3 H 2 O 2 N a 2 O H C O 2 t 由上面两个反应生成的氢氧化钠， 与氧化膜孔隙在前一道 工序中因为没有清洗干净而残留的三氧化硫 三氧化硫残留量 占氧化膜重 1 2 ％ ～ 1 4 ％ ， 发生中和反应后生成硫酸钠和水 。 2 Na O HS O3 Na 2 SO4 H 2 O 2 由于中和反应消耗了～定数量的氢氧化钠 ， 使溶液 的p h值逐渐下降 ， 动态平衡被打破， 硅酸钠和碳酸钠又会 不断反应平衡向右移动产生新的氢氧化钠， 直至形成新的动 态平衡为止， 并使溶液的p h值复原。当氢氧化钠的消耗量 收稿时间 2 0 1 7 - 1 0 作者简介 刘有奇， 男 汉族 ， 陕西省西安人， 硕士， 讲师， 研究方向 湿 法冶金过程优化控制。 大于由碳酸钠水解过程中所产生的氢氧化钠数量时， 意味着 封孔溶液因p h值下降过多而会影响到封孔的效果。 3 配方中的无水碳酸钠有促进封孔反应和缓冲封孔溶 液 p h值衰变的作用。 在一定程度上也保证了封孔溶液一旦 被前工序的硫酸氧化液污染后， 所产生过剩的硅酸能够重新 转变成新的再生硅酸钠。从而有效地避免了过剩硅酸发生凝 胶 的沉淀反应 ， 缓 冲 了溶液 中硅酸钠的过 早衰 竭 。 4 准无能耗快速封孔工艺中还存在着另外一种封孔反 应， 即工件表面的氧化铝在碳酸钠的促进下， 与水反应生成 了一定数量的羟基氧化铝AI OOH对氧化膜孔隙产生封孔。 A 1 2 o3 H 2 O 2 A 1 O O H O 2 f 羟基氧化铝生产后 ， 又与基础封孔液中的硅酸产生反 应，生成 了羟基硅酸铝 A1 OOH - S i O ，当反应进行充分 ， 反应后氧化铝的体积可再次膨胀 8 ％ ～1 0 ％。 A1 0OH H 2 S i O3 A1 0 OH S i O 2 H≯ 0 2 准 无能耗快速 封孔原料组 成与工艺 流程 2 _1 工艺条件 1 封孔液的组成 硅酸盐 Na S i O3 5 3 ％浓度 、 模数 3 4～4 ． 0水玻璃 5 0 g ／ 1； 无水碳酸钠 Na 2 CO3 5 g ／ 1 2 封孔补充液组成 硅酸 盐 Na S i O。 5 3 ％浓 度 、模 数 3 ．4 ～ 4 ． 0水 玻 璃 1 4 0 g ／ 1； 无水 碳酸钠 Na 2 CO3 1 4 g ／ 1 在封孔工艺过程中， 每当基础封孔液的p h值下降到了 1 0～1 0 ． 5的时候， 必须从封孔工艺池底部排放 1 ／ 5～1 ／ 4 旧液 ， 再添加等量的补充液， 基础封孔液的p h值又可以恢 复到如初的1 1 ． 3 2～1 1 ． 3 3 。 2 ． 2工艺 流程 铝工件预处理一水洗一阳极氧化一水洗一封孔一水洗 一千燥一封孔度检测一包装一入库。 2 3 4 世界有 色金属2 0 1 7 年 1 O 月上 I 前沿技术 L t adi r l gf 】 dqe tech 1 口l Dg L I 表 1 基础封子 L 液自然温度和工艺历时表 液温 ℃ 6 8 1 0 1 2 1 4 I 6 I 8 2 O 2 2 2 4 3 0 3 5 4 0 【艺历时 3 O rai n 2 2 rai n 1 5 mi n 1 1 rai n 9 rai n 7 mi n 5 rai n 4 mi n 3 mi n 2 rai n 1 rain 4 5 s 3 0 s 注 内所 列 数 据 为封 孔 率 大 于 等 于 9 8 ％时 的 封 孔 历 时、每 -3封 孔 率 下 降 1 1 ％时 ，则应 延 长在 相 应 温度 区域 中 的 2 0 ％ 一3 0 ％封孔反应 时间 3准 无能耗快速 封孔设施 的制备 1 根据工件的大小，配制应规格的封孔工艺池。当工 件较 大 时宜 采用 有防渗 处理 的 混凝 土封 孔工 艺池 ； 当工 件 较小 时则可 采用 P VC ～ U工程 塑料板 焊制 的封 孔池 。 对 于 老生产线的改造， 也可酌情使用的旧工艺池， 对不妥的地方 应该进行适度地修整和改进。 2 为了保持池内溶液组分的均匀性，补液装置应 由 安 装在 池体 长 边的 上部 的 长度 与池 长相 应 的 、 并 有几 十 个 中3 ～4 ram 小孔 的补 液管 ， 以将封 孔补 充液 以半喷 淋的 方 式添加 到池液 中 。 借 以保证补充 后的封孔溶 液能够迅速地 扩 散均 匀。 3 根据工件形状和大小， 配制铝制工件吊挂具。 4准无能耗快 速封孔工艺 控制 4．1 浸泡封孔过程 准无能耗快速封孔工艺是不须对封孔溶液加热的， 能在 自然温度和静夜中的浸泡封孔作业模式。 将铝工件吊挂并浸 入封孔工艺池的溶液中， 其浸泡历时， 如表 1 所示。 4． 2 封孔溶液对封孔质量 的影响 4 ． 2 ． 1 封 孔 溶 液 质 量 的控 制 为减少基础封孔溶液被封前工艺环节污染， 须保证封孔 前的水洗质量。封孔工艺前必须设置2～3道水洗。并且 ， 保证封孔前的最后水洗用水的 D h值小于 6 。 为保证封孔溶 液的药力不受或 少受先天性 的损伤 。 调配封 孔溶液用 水的硬 度不宜过高 ， 建议配液用水的硬度应该控制选在 1 2 德国度 以内。因封孔溶液中的氯离子有阻碍封孔作用， 凡采用氯气 或漂 白粉消毒的自来水调配封孔溶液前 ， 应该对配方用水进 行有效地除氯处理。 4 ． 2 ． 2 封 孔溶液模数 的控制 为 了保证硅酸钠水解后能够产生足够数量的具有封孔 反应作用的 硅酸 ， 配方 中选用的硅酸钠 的模数不得 小于 3 ．4， 但是 ， 在操作 过程需要 注意 由于硅酸 生产过量 而引发 的凝胶 反应问题 I 。 为此， 硅酸钠的模数不能超过4 。根据试验跟 踪， 硅酸钠的模数最佳值应选择在 3 ．6～3 ．8之间。当选用 的硅 酸钠 水 溶 液的模 数 小 于 3 ．4时 ， 应 根据模 数 减 少情 况 ， 酌情 地加 大硅 酸钠 的投 入数 量 ； 若 选用 硅酸 钠水 溶 液的 浓 度较小时， 也应该同步地增加硅酸钠的突入量。 4 ． 2 ． 3 封 孔 溶 液 p H 值 控 制 封孔工艺的操作中对基础封孔液的D H值控制必须保持 在 1 0 ． 5～1 1 ． 3 之间 J 。只有这样才能确保准无能耗快速封 孔技术 在工 艺过程 中顺 利实施 。 封 孔工 艺实施工程 中 ， 当基 础封 孔液 的 D H值 下降到 1 0 ～ 1 0 |5时 ， 应及 时从 封孔 工艺 池底 抽排 1 ／ S ～1 ／ 4的 旧液后 ， 再添 加等 量的 封孔 补充 液 ， 并且需要充分搅拌均匀或经过充分地 自然扩散后就可以使 基础封孔液的封孔药力恢复如初。 每 周应 固定 时 间检测 基础 封孔 液 的 o h值 2 ～3次 。 有 条件的生产单位也可同时检测溶液中硅酸根离子s i 0。 的 含 量。当基 础封 孔 液 的 D h值 在 1 1 ． 1～ 1 1 ． 2之 间 ， 硅 酸 根 离 子 含量 不少 于 2 1 g ／ 1 时 。 溶 液封 孔能力 则处 于最佳 状态 。 基础封孔液的p h值每偏离最佳值3 ％时， 则应酌情地增加 1 0 ％ ～ 1 5 ％的封孔 反应时间 。 4_ 3 硅酸凝胶对封孔质量的影响 在长期封孔作业的运行中， 溶液中硅酸钠会发生少许的 凝 胶反应 ， 缓慢 生产硅酸凝胶 mS i O n H 0沉淀物 。 Na2 Si O3 2H 2 m Si OznH 2 O2NaHO 硅 酸凝 胶的化学 性质较稳 定 ， 所 以， 它 的生成对封 孔作 业工艺质量不会产生负面的影响。 为了保证清洁工艺操作的 进程， 每次调补溶液前应首先从池底抽掉含有硅酸凝胶沉淀 物 的旧液 ， 再 补入等量的封孔添 加液即可 j 。 封孔补充 液在调配过 程中 ， 因封孔补充 液中溶质的含量 较多， 会诱发硅酸钠发生及其轻微的凝胶反应， 产生少量的 沉淀物导致配制的溶液轻微的浑浊。但是， 当含有少量沉淀 物的封孔补充液添加入基础封孔液中后， 沉淀物会立即降解 消失。以上变化对基础封孔液的封孔能力也不构成负面影响。 4 ． 4 封 L B ,1 间对封孔质量 的影 响 基础封孔 液温度 高低 与封孔工艺 时间的长短 ， 具有反 向 搭配 的规律 。 在 不同的季 节中 ， 当基础 封孔液的 自然 温度发 生变化时， 可参考表 1 中试验数据以及时调整工件在封孔工 艺中的历时时间。 延长最佳 的封孔 时间导致了封孔历 时过长 ， 氧化膜表层 的氧化铝 分子会失去 部分结晶水 ， 反而使 氧化膜 孔隙发生轻 微 的扩张 ， 产 生了所 谓 “ 过封 孔” 现 象。过封孔 现象的 产生 ， 会使氧化膜的封孔率下降 4 ％ ～6 ％。这时， 只要在此基础 上再适度地延长封孑 L 反应时间后 ， 过封孔现象即可缓慢地消 除。 所以， 在封孔作业中， 提倡尽量地按规则操作，除了特 殊的工艺要求外， 不要盲 目地增加工艺时间。 5结语 准无能耗快速封孔技术具有超群的低碳型 “ 准无能耗”； 环保型 “ 排出的废液不经过处理讲解为类土壤物质”； 经济 型 “ 工艺成本不足金属离子水解封孔的3 ％”； 快速型 “ 工艺 历 时仅是 多数传统封 孔工艺 在同等条件 下 1 ／ 2 0 1 ／ 3 0 ”； 准 无能耗快 速封孔技 术相对于传统 的封孔工艺封孔效果好 、 耐 磨性和耐蚀性等多项综合工艺素质均有大幅度地提高， 可以 有效解决传统工艺中存在的缺陷 ， 具有很强的推广价值。 固 目置盈 戳 耀 辫 【 l 】 李 钊 ． 铝 及铝合金阳 极氧化膜的绿 色封面工 艺研究进展 [ J 】 ． 材料 开发与 虚用，2 01 2， 2 7 1 7 5 -8 2． 【 2 】 黄 允芳 ． 铝 阳极氧 化膜采 用复 合无镍封孔 工艺 的研究 [ J 】J． P i a t i n g a n d Fi n i s hi n g， 2 01 7 0 3 2 8 8． 【 3 】 朱 祖蕾 ． 铝 合金 阳极氧 化与 表面处理 技 术【 M】 ． 第二版 ． 北 京 化学 工 业 出版社 ． 2 0 l 03 6 9 ． [ 4 1 高 峰 ． 铝 合盒阳极氧化膜 中温封孔 T艺 [ J ] ． 材 科保护 ， 2 0 1 1 9 ． 【 5 】 刘 红军 ． 影响铝 阳极氧 化膜冷 封孔 质量 的因素 【 J 】 ． 有色 金属加工 ， 2 0 0 7 3 ． 2 0 1 7 年 1 0 g l 上世界有色金 属 2 3 5