壓鑄鋁喇叭板彩色化學(xué)氧化存在的問題及改進(jìn)

付國華，江明芮

（桂林長海發(fā)展有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541001）

筆者所在公司以往制作多波束喇叭板是先對(duì)整塊鋁型材進(jìn)行機(jī)加工成型，再彩色化學(xué)氧化。該法費(fèi)時(shí)費(fèi)料，經(jīng)濟(jì)效益低，因此改用壓鑄鋁喇叭板為基體。壓鑄件表面存在油污、氧化皮、脫模劑等高溫分解產(chǎn)物，將這些雜質(zhì)去除后方可進(jìn)行化學(xué)氧化。但無論是采用機(jī)械拋光和機(jī)床加工，還是采用化學(xué)法進(jìn)行前處理，都存在不少問題。本文針對(duì)這些問題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 原前處理工藝存在的問題

1.1 機(jī)械法

通過機(jī)械拋光去除氧化皮時(shí)，后續(xù)化學(xué)氧化能夠獲得均勻、光亮的黃色膜層(見圖1)，但零件容易變形或變薄。

圖1 采用機(jī)械拋光時(shí)所得的化學(xué)氧化膜Figure 1 Chemical oxidation film on mechanically polished aluminum die casting surface

采用機(jī)床加工處理可以使零件表面變得光亮，后續(xù)化學(xué)氧化膜也均勻、光亮，但會(huì)暴露鑄造缺陷(如砂眼、針孔)，合格率低，并且存在二次裝夾定位不準(zhǔn)和加工內(nèi)腔易出現(xiàn)偏差問題，造成零件報(bào)廢。

1.2 化學(xué)法

采用一般的導(dǎo)電氧化工藝，工藝流程為：除油(氫氧化鈉80 ~ 100 g/L，溫度80 ~ 90 °C，時(shí)間5 ~ 15 s)→水洗→浸亮(硝酸和氫氟酸質(zhì)量比為3∶1的混合酸，室溫，時(shí)間5 ~ 15 s)→水洗→除灰→水洗→彩色化學(xué)氧化→水洗→水洗熱→吹干→老化。

為了方便脫模，壓鑄時(shí)一般會(huì)在鑄鋁液中添加約11.5%的Si，最終所得其實(shí)是壓鑄高硅鋁合金。因此在進(jìn)行化學(xué)去氧化皮處理時(shí)，基體中的Si會(huì)與酸、堿發(fā)生反應(yīng)，在表面產(chǎn)生大量硅灰，即使去除這層硅灰，由于基材表面受到一定程度的破壞，后續(xù)也無法獲得合格的化學(xué)氧化膜，下文將逐一介紹各工序后的情況。

1.2.1 浸亮后掛灰嚴(yán)重

如圖2所示，壓鑄鋁合金喇叭板在浸亮后表面出現(xiàn)大面積掛灰。

圖2 硅掛灰現(xiàn)象Figure 2 Smut-like silicon layer on aluminum die casting

1.2.2 除灰后有黑斑

使用壓鑄鋁專用除灰劑去除表面硅灰后，喇叭板露出灰白色的基材表面，但同時(shí)存在大量黑斑(見圖3)。

圖3 黑斑現(xiàn)象Figure 3 Black spots on aluminum die casting

1.2.3 彩色化學(xué)氧化膜顏色不均勻

鋁型材化學(xué)氧化膜的顏色由基材表面光澤決定，基材光澤高時(shí)氧化膜呈金黃色并反射彩虹色光澤，表面較粗糙時(shí)氧化膜一般只呈灰黃色。分別采用6種不同工藝對(duì)除灰后的壓鑄鋁喇叭板進(jìn)行彩色鈍化，所得氧化膜顏色都不均勻，效果都很差，如圖4所示。其中，工藝3為目前生產(chǎn)所用的工藝，溶液組成和工藝條件為：鐵氰化鉀0.5 g/L，鉻酸酐4 g/L，氟化鈉1 g/L，溫度10 ~ 35 °C，時(shí)間40 ~ 60 s。其余5種工藝由彩色鈍化劑廠家進(jìn)行，具體配方和工藝條件未知。

圖4 化學(xué)氧化膜不均勻Figure 4 Non-uniform chemical oxide film on aluminum die casting

2 工藝改進(jìn)方案

綜上可知，壓鑄鋁喇叭板不能接觸酸和堿，但化學(xué)氧化前又必須去除表面油污、氧化皮、脫模劑等高溫分解產(chǎn)物。因此改用其他方法進(jìn)行前處理，再采用現(xiàn)有工藝進(jìn)行化學(xué)氧化。

2.1 采用布刷輪拋光

采用布刷輪拋光，零件表面氧化皮等污物未除凈，但有光澤，用汽油、酒精清洗干凈后，水洗依然存在疏水膜，化學(xué)氧化成膜不均勻，呈灰色，如圖5所示。

圖5 采用布刷輪拋光時(shí)所得的化學(xué)氧化膜Figure 5 Chemical oxide film formed after polishing with cloth brush wheel

2.2 采用中性除油劑除油

采用市售中性除油劑在溫度40 ~ 70 °C下除油12 h，水洗后存在疏水膜，化學(xué)氧化效果差，如圖6所示。

圖6 采用中性除油劑除油時(shí)所得的化學(xué)氧化膜Figure 6 Chemical oxide film formed after degreasing with neutral degreaser

2.3 噴砂

噴砂能夠高效除去零件表面的氧化皮，操作方便，不損傷基體，只是噴砂后基體表面粗糙、無光澤，所得的化學(xué)氧化膜色澤均勻、完整(如圖7所示)。相對(duì)而言，采用80目玻璃珠噴砂時(shí)所得的化學(xué)氧化膜色澤更均勻，并且呈黃色。

圖7 分別采用70目石英砂(左)和80目玻璃珠(右)噴砂后所得的化學(xué)氧化膜Figure 7 Chemical oxidation film on aluminum die casting pretreated with 70-mesh quartz (left) and 80-mesh glass bead (right), respectively

3 采用噴砂時(shí)的綜合評(píng)價(jià)

3.1 駐波性能

駐波比(SWR)能反映產(chǎn)品的信號(hào)傳輸(或輻射匹配)能力，本工藝要求產(chǎn)品駐波比小于4。綜合考慮后決定舍棄光澤這一性能，選擇采用80目玻璃珠噴砂作為壓鑄鋁喇叭板化學(xué)氧化的前處理工藝。從圖8可知，壓鑄鋁喇叭板噴砂后化學(xué)氧化所得的膜層駐波比為3.3，低于直接機(jī)加成型鋁喇叭板表面氧化膜的駐波比(3.5)，即駐波性能更佳。

圖8 機(jī)加件和壓鑄件駐波對(duì)比Figure 8 Standing wave comparison between machined parts and die castings

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1) 噴砂操作方便，加工費(fèi)用低，與銑床加工相比，生產(chǎn)效率提高了30倍。

(2) 與采用化學(xué)法前處理產(chǎn)生的污水和污泥處理費(fèi)用相比，噴砂產(chǎn)生的廢氣處理費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及。

4 結(jié)語

針對(duì)壓鑄鋁喇叭板化學(xué)氧化前處理存在的問題，提出了幾種改進(jìn)方案，最終確定在自制的簡易噴砂設(shè)備上采用80目玻璃珠噴砂(壓力為0.4 ~ 0.7 MPa)，再化學(xué)氧化，獲得的氧化膜呈均勻的深黃色，駐波性能良好。目前該工藝已應(yīng)用于多批生產(chǎn)。