手機(jī)殼用鋁合金二次氧化封孔劑的選擇

黃建章（深圳市鑫王牌科技發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518104）

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手機(jī)殼用鋁合金二次氧化封孔劑的選擇

黃建章
（深圳市鑫王牌科技發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518104）

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 629670536@qq.com。

摘要：分別選用進(jìn)口封孔劑DX-500、國(guó)產(chǎn)封孔劑SF-558和AL-500A對(duì)陽(yáng)極氧化后的A5052鋁合金進(jìn)行封孔。主要工序依次為沖壓成型、拋光、除蠟、噴砂、一次氧化、一次封孔、激光導(dǎo)電位、CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控)高光、前處理、二次氧化和二次封孔。研究了封孔劑種類(lèi)、質(zhì)量濃度、使用溫度和處理時(shí)間對(duì)氧化膜層外觀、耐蝕性、耐變色性等性能的影響。對(duì)比分析了3種封孔劑的綜合性能。較適宜的封孔工藝條件為：封孔劑質(zhì)量濃度7 g/L，pH 5.5 ~ 5.6，溫度高于80 °C(一般取85 °C)，一次封孔時(shí)間20 min，二次封孔時(shí)間5 min。國(guó)產(chǎn)封孔劑SF-58和AL-500A完全可以替代進(jìn)口封孔劑DX-500，其便宜且某些性能甚至超越進(jìn)口封孔劑。

關(guān)鍵詞：鋁合金；陽(yáng)極氧化；封孔劑；選擇；耐蝕性

Author's address: Shenzhen Kinbrand Science and Technology Development Ltd., Co., Shenzhen 518104, China

隨著科技的進(jìn)步和人們鑒賞能力的提高，電子數(shù)碼產(chǎn)品(如筆記本、平板電腦、手機(jī)外殼部件)越來(lái)越多地使用金屬部件來(lái)裝飾。這是因?yàn)橄鄬?duì)于塑膠產(chǎn)品，不銹鋼和鋁件更容易表現(xiàn)出五彩繽紛的外觀和炫眼奪目的金屬質(zhì)感，而鋁產(chǎn)品幾乎可以被氧化為自然界所有的顏色，更受推崇。

二次氧化工藝有很多種，現(xiàn)在手機(jī)行業(yè)廣泛使用的有油墨遮蔽二次氧化、鉆銑高光氧化層遮蔽二次氧化、激光鐳雕氧化層遮蔽二次氧化等。本文介紹一種鋁產(chǎn)品鉆銑高光氧化層遮蔽二次氧化工藝，對(duì)比研究了3種二次氧化封孔劑的封孔效果，對(duì)封孔劑進(jìn)行篩選。

1 二次氧化工藝過(guò)程

1. 1 產(chǎn)品介紹

本文選用的樣品為一款使用A5052鋁材沖壓成型的手機(jī)后殼，二次氧化后的表面效果如圖1所示。紅色部分噴砂面為一次氧化得到的氧化膜，亮度值為12（使用泉州科仕佳光電儀器公司的MG6-F1通用光澤度儀測(cè)得），高光邊是二次氧化得到的氧化膜，為本色高亮效果。

1. 2 工藝流程說(shuō)明

沖壓成型→拋光→除蠟→噴砂→一次氧化(膜厚12 μm)→一次封孔→激光導(dǎo)電位→CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控)高光→前處理→二次氧化(膜厚2 ~ 3 μm)→二次封孔。

圖1 二次氧化后的表面效果Figure 1 Appearance after two-step oxidation

1. 2. 1 拋光

使用麻輪 + 黃蠟，主要拋去表面的壓傷、劃傷、棱邊和孔邊批鋒。

1. 2. 2 除蠟

除去拋光后殘留在產(chǎn)品表面的蠟質(zhì)殘留物。采用由東莞旭月化工提供的2.5%(體積分?jǐn)?shù))的CUS-311B合金除蠟水，溫度80 ~ 90 °C，時(shí)間5 ~ 10 min。

1. 2. 3 噴砂工藝

采用120#陶瓷珠，噴砂壓力為2.5 kg/cm2。

1. 2. 4 一次氧化

硫酸180 ~ 200 g/L，鋁離子(由鋁陽(yáng)極電解得到)3 ~ 12 g/L，溫度19 ~ 21 °C，電壓13.5 V，時(shí)間35 min。

1. 2. 5 一次封孔

封孔劑 　5 ~ 10 g/L溫度 　80 ~ 95 °C pH 　5.3 ~ 5.8時(shí)間 　15 ~ 30 min

一次氧化不僅要通過(guò)手機(jī)行業(yè)各項(xiàng)苛刻的功能性測(cè)試，還要經(jīng)受住二次氧化時(shí)陽(yáng)極電解槽中硫酸電解液的侵蝕和陽(yáng)極電解的沖擊。因此相對(duì)于普通一次氧化，本工藝對(duì)一次氧化膜的封孔要求頗高。選用了廣東地區(qū)常用的幾款厚膜封孔劑，其使用要求如表1所示。

表1 幾種封孔劑的推薦使用參數(shù)Table 1 Recommended application parameters for several sealants

1. 2. 6 激光導(dǎo)電位

為二次氧化的掛具位剝開(kāi)氧化層，使用目前流行的各款光纖激光機(jī)均可完成。

1. 2. 7 CNC高光

氧化后該產(chǎn)品正面的2個(gè)主棱邊需要0.8 mm的高光邊，相當(dāng)于家庭裝修中的墻角線，使用主軸轉(zhuǎn)速為60 000 r/min的高光機(jī)完成。這種效果在華為、蘋(píng)果手機(jī)中廣泛使用。

1. 2. 8 前處理

前處理相當(dāng)重要，因?yàn)椴磺‘?dāng)?shù)那疤幚頃?huì)破壞一次氧化層，使其無(wú)法承受住二次氧化的沖擊，必須使用較弱的前處理，比如不能采用堿性過(guò)強(qiáng)的脫脂劑，不能使用化學(xué)拋光等。標(biāo)準(zhǔn)的前處理工藝為：中性脫脂劑5%(體積分?jǐn)?shù))，常溫，時(shí)間1 ~ 3 min。

1. 2. 9 二次氧化

對(duì)鋁材裸露的高光區(qū)域進(jìn)行二次防護(hù)，但不能破壞第一次氧化的表面效果，不能降低一次氧化層的各種可靠性測(cè)試，所以為了使高光邊既能保持高亮度，又能通過(guò)中性鹽霧和pH = 4.7的人工汗液測(cè)試，選擇較低的電壓(10 V)進(jìn)行二次氧化，時(shí)間10 ~ 15 min，其氧化液組成與一次氧化相同。

1. 2. 10 二次封孔

封孔劑組成與一次氧化相同。由于二次封孔的要求比一次封孔要低很多，只要保證能通過(guò)48 h中性鹽霧試驗(yàn)和24 h人工汗液測(cè)試即可，因此二次封孔選擇在85 °C下進(jìn)行，時(shí)間為5 min。

2 封孔條件對(duì)二次氧化的影響

參考步步高電子的功能測(cè)試，對(duì)不同條件下的封孔試樣進(jìn)行48 h中性鹽霧試驗(yàn)和24 h人工汗液測(cè)試。

中性鹽霧試驗(yàn)操作為：將樣品置于35 °C、5% NaCl鹽霧中48 h，pH為6.5 ~ 7.2，取出后室溫放置2 h，檢查樣品外觀有無(wú)異常。

人工汗液試驗(yàn)操作如下：將試樣放入pH = 4.7的酸性人工汗液(配方略)中，在室溫下浸泡24 h后取出清洗，室溫放置2 h，檢查有無(wú)腐蝕、變色等不良現(xiàn)象。

2. 1 封孔劑質(zhì)量濃度對(duì)二次氧化的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，封孔溫度為85°C，一次、二次封孔時(shí)間各為20 min和5 min的條件下，幾款封孔劑質(zhì)量濃度在5 ~ 10 g/L范圍內(nèi)變化時(shí)，二次氧化后一次氧化膜的外觀均正常，也通過(guò)了48 h鹽霧試驗(yàn)和24 h人汗測(cè)試。這說(shuō)明封孔劑質(zhì)量濃度對(duì)二次氧化基本沒(méi)有影響，完全可以選擇較低的封孔劑含量。封孔劑含量太高時(shí)，只會(huì)造成過(guò)多的帶出損耗，加大環(huán)保壓力。因此選擇封孔劑質(zhì)量濃度為7 g/L。

2. 2 一次氧化的封孔溫度對(duì)二次氧化的影響

在不同溫度下一次封孔20 min，所得氧化膜性能見(jiàn)表2。從表2可知，封孔溫度低時(shí)，雖然可以完成二次氧化，產(chǎn)品的外觀也符合要求，但人汗測(cè)試不能滿足客戶的要求，所以這幾款封孔劑的使用溫度都應(yīng)高于80 °C。

表2 一次封孔溫度對(duì)二次氧化的影響Table 2 Effect of first sealing temperature on secondary oxidation

2. 3 一次氧化的封孔時(shí)間對(duì)二次氧化的影響

如果僅僅是一次氧化，采用這幾款封孔劑對(duì)12 μm厚的氧化層封孔10 ~ 20 min就已足夠。但是對(duì)于二次氧化而言，若一次氧化封孔時(shí)間太短，產(chǎn)品封孔不完整，一次氧化膜層會(huì)因封孔不完整而無(wú)法抵抗二次氧化前處理及二次氧化過(guò)程中酸和電壓的沖擊。表3為85 °C下一次氧化封孔不同時(shí)間所得氧化膜的外觀。

表3 一次封孔時(shí)間對(duì)二次氧化的影響Table 3 Effect of first sealing time on secondary oxidation

從表3可知，封孔劑AL-500A對(duì)紅色的固色能力較強(qiáng)，一次氧化封孔10 min就能滿足二次氧化的要求。但封孔劑在使用一段時(shí)間后，雜質(zhì)含量升高，封孔效果下降，極有可能導(dǎo)致封孔不完全，因此仍建議一次氧化封孔時(shí)間穩(wěn)定在20 min左右。

3 幾種封孔劑的性能評(píng)價(jià)

在封孔劑質(zhì)量濃度7 g/L、pH 5.6、85 °C下一次氧化封孔20 min，采用不同封孔劑時(shí)的外觀效果及所得試樣的性能列于表4。從封孔劑的外觀來(lái)看，SF-558略遜一籌，使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)白色懸浮物，但不影響封孔效果。從氧化膜外觀來(lái)看，DX-500和SF-558都有少許封孔起粉狀況，封孔后氧化層中紅相(印刷調(diào)色理論中的M)較封孔前略有損失。AL-500A沒(méi)有起粉，封孔后也沒(méi)有紅相損失。

表4 3種封孔劑的各項(xiàng)性能比較Table 4 Comparison of the properties of three types of sealants

4 結(jié)論

國(guó)產(chǎn)封孔劑SF-558和AL-500A完全可以替代昂貴的進(jìn)口封孔劑，在很多指標(biāo)方面甚至已經(jīng)超過(guò)進(jìn)口產(chǎn)品的性能。目前在珠江三角洲國(guó)產(chǎn)封孔劑的使用量已經(jīng)超過(guò)了進(jìn)口產(chǎn)品。用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的傾向性和自身需求選擇合適的產(chǎn)品。

[ 編輯：周新莉 ]

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【環(huán)境保護(hù)】

Selection of sealant for two-step anodic oxidation of aluminum alloy used for mobile phone shell

HUANG Jian-zhang

Abstract:The anodized A5052 aluminum alloy was sealed with imported sealant DX-500 as well as domestic sealants SF-558 and AL-500A, respectively. The main procedures are press forming, polishing, dewaxing, sandblasting, first oxidation, first sealing, conductive treating with laser, highlighting under CNC (computer numerical control), pretreatment, secondary oxidation, and secondary sealing successively. The effects of type and mass concentration of sealant as well as sealing temperature and time on the properties of oxidation film including appearance, corrosion resistance and discoloration resistance were studied. The comprehensive performances of the three types of sealants were compared. The optimal sealing process conditions are as follows: mass concentration of sealant 7 g/L, pH 5.5-5.6, temperature >80 °C (generally at 85 °C), first-step sealing time 20 min, and second-step sealing time 5 min. The domestic sealants SF-558 and AL-500A, which are cheaper and have some superior performances, can be completely substituted for the imported sealant DX-500.

Keywords:aluminum alloy; anodic oxidation; sealant; selection; corrosion resistance

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ153.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004 – 227X (2016) 01– 0033 – 04

作者簡(jiǎn)介：黃建章（1963–），男，河南洛陽(yáng)人，本科，高級(jí)工程師，主要從事陽(yáng)極氧化、不銹鋼表面處理和金屬蝕刻方面的研究工作。

收稿日期：2015–07–06 修回日期：2015–11–24