立式氧化铝型材端头溶膜原因分析

张怡发，罗士烓，吕春诚，刘绍斌

（广东坚美铝型材厂有限公司，广东·佛山，528231）

1. 前言

在立式氧化生产线生产氧化膜厚为18μm及以上的型材时，在型材钳口位置的端头处出现局部溶膜现象，为弄清发生溶膜的原因，对发生溶膜现象的部位进行温度的检测，对溶膜现象的发生原因进行初步探讨。

2. 测量部分

2.1 测量条件

2.1.1  同一处理槽，参与测量的铝合金型材为相同型材，不同的测量批次的型号、支数、长度等参数相同。

2.1.2阳极氧化工艺：除油→碱腐蚀→中和→阳极氧化→封孔。阳极氧化槽液成分及工艺参数：成分为硫酸，浓度为160g/L～180g/L,AL³⁺浓度<20g/L,氧化温度20±1℃，电流密度1.0~1A/dm ²,电压13～16V，时间40～43min。

2.2 测量方法

使用红外测温枪测量钳口部位的温度，测量时间点为11个，测量样板量为10个。

2.3 测量数据

2.3.1  槽内表面未增加空气搅拌的测量数据

表1  钳口位置温度测量数据列表（无空气搅拌）

2.3.2  钳口位置温度变化趋势线

图1  钳口位置温度变化趋势线(无空气搅拌)

2.3.3  型材处理结果：该排型材成品氧化完成后所有端头都发生溶膜现象。

2.3.4  槽内表面增加了空气搅拌的测量数据

表2  钳口位置温度测量数据列表（有空气搅拌）

2.3.5  钳口位置温度变化趋势线

图2  钳口位置温度变化趋势线（有空气搅拌）

2.3.6  型材处理结果：该排型材成品氧化完成后未发现有端头溶膜现象。

2.4 钳口温度变化趋势线对比图

图3  钳口位置温度变化趋势线对比图

2.4.1  通过图二的钳口温度变化趋势线图可以看出，不管有没有在槽面进行空气搅拌，钳口的温度的升降趋势线都是相似的。

2.4.2  钳口温度超过28℃以上时，极容易发生端头融膜现象。

3. 溶膜现象原因分析

3.1 氧化膜的结构

图4  氧化膜截面图（15000倍）

3.2 分析

3.2.1  从上图片可以看出的指标有氧化膜的孔距，孔径，孔隙率，氧化膜的厚度等氧化膜基本指标。相对于上图氧化膜的孔径在100nm～200nm之间，氧化膜厚度10微米左右，孔隙率20%左右，孔距300～500nm之间。氧化膜的截面图表明氧化膜孔基本上是管状结构，氧化膜发生溶膜反应基本上是在孔的底部发生的。

3.2.2  采用硫酸作为氧化处理液，使用阳极氧化工艺，在该工艺条件下，温度对氧化膜结构、孔径和厚度影响大。氧化膜生成时产生22897J/mol的生成热，同时电解时通过高电阻的阻挡层和孔内电解液产生焦耳热，由此导致电解液升温很快，膜溶解加剧。

3.2.3  立式氧化工艺槽高度高，液面的热交换效率较槽底的热交换效率低，故铝型材端头部分及与液面交接的部分温度比液面以下的温度高，更容易产生溶膜现象。

3.2.4  根据测量结果可以观察到，未在液面部分增加空气搅拌的端头温度最高可达到30℃以上，而槽内的槽液温度仅为20±1℃，温差可达到10℃，所以端头产生溶膜现象。

4. 结论

端头融膜的主要原因是氧化过程中的钳口热量过高所造成的。

参考文献：

[1] 杨绮琴、方北龙、童叶翔，应用电化学，广州:中山大学出版社，2001.1

[2] 吴小源、刘志铭、刘静安，铝合金型材表面处理技术，北京：冶金工业出版社，2009.4