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常用的铝合金及其氧化
1系铝合金(“纯铝”)。
纯铝一般不用于硬质阳极氧化。在光亮阳极氧化时,经过光亮化处理和阳极氧化后,铝的纯度愈高,则保持表面的光镜面反射性愈好,即阳极氧化后所谓“失光量”愈小。1099铝(铝含量不少于99.99%),具有最佳光反射性。在一般工业应用中,1098铝(铝含量不少于99.98% )已经可以用于光亮度和成形性为主要目的而不考虑力学性能的场合。1100铝经过机械抛光或化学抛光后,对于白炽灯光的反射率已经可以达到86%。在保护性阳极氧化处理时,铝的纯度愈高,阳极氧化膜的耐蚀性也显著提高。
2系铝合金( Al-Cu-Mg合金)。
可热处理强化的变形铝合金,材料形态的品种有板、管、棒、型和线材等。
该系合金的主要合金化元素是铜和镁,还含有少量的 Mn、Cr 和Zr等元素。铜含量为2% ~10% ,其中铜含量为4% ~6%时强度最高。2系一般不适于光亮阳极氧化,而其力学性能比较高,主要用于航空航天工业。
由于合金中的Al-Cu金属间化合物在阳极氧化时易溶解,因此难以生成致密的阳极氧化膜,同时它的成膜效率也比较低。在保护性阳极氧化时,阳极氧化膜的耐蚀性比纯铝的差,故阳极氧化温度宜适当降低,相同膜厚的阳极氧化时间需延长1/3。
2系铝合金的硬质阳极氧化比较困难,需要开发专用的技术,最好用脉冲电源或其他专用电源,电压上升不宜太快,应控制阶跃式分段上升。
3系铝合金(Al-Mn合金)。
3系属热处理不可强化的变形铝合金,虽然也有挤压材,但是以板材为主,3004铝合金是目前产量最大的薄板铝合金。
锰既能提高铝合金的力学性能,又不使阳极氧化膜的耐腐蚀性下降。由于铝材中有Al-Mn金属间化合物质点,所以阳极氧化膜呈浅灰色或灰褐色。在光亮阳极氧化时,随着阳极氧化膜厚度的增加,表面光亮度明显下降,故膜厚一般控制在5um 以下。3系铝合金的硬质阳极氧化比较少,生成的阳极氧化膜呈现较深颜色。
4系铝合金(铝-Si合金)。
4系中硅含量为5%的铝合金,阳极氧化膜呈灰色,随着硅含量增加,颜色不断加深。
4043铝合金硅含量约为5.2%,用来制造铝的焊条。4032铝合金硅含量约为12.2%,用于加工锻件或制造活塞或其他高温部件。
5系铝合金( Al-Mg合金)
5系属热处理不可强化的变形铝合金,在工业应用时,合金中镁含量一般不高于5.5%。这是用途较广的铝合金系,既可制造光亮的产品,又可用于食品工业、化学工业、造船及海洋环境等。
5系的耐蚀性比较好,并可以焊接。铝含量较高的合金,如5043、5305等可制造光亮产品并用于装饰场合,铝合金中的镁含量高时,铝合金表面则难以形成光亮的氧化膜。5×××系铝合金阳极氧化后的耐蚀性比较好,但镁含量较高的铝合金,如5154和5556等,除非阳极氧化的电流密度仔细控制同时槽液搅拌良好,不然会生成保护性较差的软质阳极氧化膜。
6系铝合金( Al-Mg-Si合金)
6系属可热处理强化的变形铝合金,工程应用重要,主要用于挤压型材,强度高的如6061铝合金也用于生产板材。6063铝合金是应用最广泛的挤压铝合金。在光亮阳极氧化时,通常推荐采用6463铝合金,它的铝含量至少为99.7%。合金中杂质元素(如铁、锰)愈低,则阳极氧化后光亮度损失愈小。
在保护性阳极氧化方面,6063铝合金的效果也很好,已广泛用于建筑业。建议阳极氧化膜的厚度不高于10um,因为阳极氧化膜随膜厚和电流密度增加而失光发暗,其阳极氧化膜呈现浅灰色或黄灰色调。
7系铝合金(Al-Zn-Mg合金)
7系铝合金强度最高,主要开发用于航空航天以及军事用途的产品。但是其耐腐蚀性能比较差,在阳极氧化工厂的气氛中都可能会出现腐蚀敏感性,在碱腐蚀时有局部腐蚀现象,与其他金属(如钢罐)接触时滋生电偶腐蚀,并且具有较高的应力腐蚀敏感性,因此这是一个特别值得注意腐蚀特性的铝合金系列。
7系铝合金由于锌和镁的含量高,为维持相同电流密度阳极氧化,需要显著降低外加电压,操作不当可能生成软质的粉状膜。在硬质阳极氧化时,控制电压上升速度也很重要,因为如果电流上升速度过快阳极氧化膜会“烧焦”。