「氧化联盟」硫酸阳极氧化槽中阴极的改进

【氧化联盟】硫酸阳极氧化槽中阴极的改进

1 阴极材料的选择

AAC (Aluminum Anodizers Council Issued)介绍了用轧制铝 60632T6 (固溶化热处理及人工时效 )或 1100(或 1350)替代常规用的铅板。2 ××× 、4 ××× 和 7 ××× 系列铝合金因其导电性相对较低,在酸中溶解性较高 ,不宜作为阴极材料。试验表明 , 6063 作为阴板在槽液中腐 蚀量为 1. 0mm /a。根据有关金属的导电性数据:铜 100. 0% ,铝 60. 0% ,铅 7. 8% ,钛 4. 0%可知 ,用铅作阴极材料不但污染槽液和环境 ,而且导电性仅为铝的8%～10% ,而铝的导电性是铜的 50% ～60% ,这样有相当部分的电能不是消耗在阳极氧化上 ,而是产生热量使溶液升温。所以 ,在设计挂具时一般选用铜挂钩、 铝排。为了延长挂具使用寿命 ,可以在触点上使用钛合金 ,以避免退除氧化膜的麻烦 (铝夹具 )。但实践表明 ,钛的导电性比铝要差得多 ,从而使膜层生长速度变慢。而铝合金触点不易产生烧蚀 ,合格率更高。Sanford工艺对采用不同挂具材料是严格区别的 ,一般推荐的阴:阳之比为1:3但为了获得均一的膜厚 ,特别是零件上有盲孔和缝隙时,将比例扩大到 1:5,效果更佳。

如何测算最佳阴板面积呢 ?

例: 15000 A电源按电流密度1. 6 A / dm2计算 ,满载荷可加工 9 375 dm2工件 ,这样阴板面积需要9 375 dm2÷ 3 =3 125 dm2。将阴板分别置于二边 ,每面需要 1 563 dm2阴板面积。可采用平板或凹形板(增加面积 ) ,根据电工计算出所需导电杆截面积 ,为了不使阴极导电杆发热 ,可以增加系数 ,按 15 000 A推荐导电杆的截面积为 50 mm × 100mm。导电杆与阴极板之间采用搭接焊接四周 [有条件可以在搭接处用铝螺丝或铝铆钉 (4只 )先拧死或铆死 ,然后在 4边铝焊 ],为了防止气液相交界处及焊接过的热影响区产生腐蚀 ,需用绝缘漆涂覆在导电杆和阴极板焊接处 ,阴板上涂覆层一定要涂到液面以下 ,既可防止气液相交界处的腐蚀 ,也能降低该处的电流密度 ,使离液面最近的零件不因电流密度过大而烧坏或膜厚过厚。阴极板下端原则上要求离槽底 100 mm以上 ,并要比挂具最下面零件略高些 ,以保证下面工件膜不会过厚 (特别对于硬质阳极氧化更应注意 )。一般阴、 阳极之间最小距离为 25 cm,根据零件尺寸进行调整。应注意一些厚的零件因过分接近阴极板 ,使厚薄差异过大 ,在硬质阳极氧化时更明显 ,色泽也不均匀。对于 2 m以上的大槽 ,还需在导电杆上焊上起重用的

圆环置吊钩 ,以防阴板连体而无法搬动。

图 1 阳极氧化槽改进示意图

1. 镀槽 (钢板 3～5 mm,内衬软 PVC 5 mm) 2. 聚四氟乙烯(< 3 mm) ,束管换热器或聚乙烯 ( < 4 mm)束管换热器 3. 空气搅拌管 ( < 20～25 mm, < 3 × 25 mm孔向上 ) 4. 隔离板 ( PVC 5mm,焊接在两侧与中间操作区 ,槽液从下面进入 ,上面涌出 ) 5. 涂绝缘漆至液面下 6. 阴极导电杆搭接四周 (先用铝螺栓连接更好 ) 7. 阴极连体起吊圈 8. 阴极导电杆 (截面积满足最大电流需要 ) 9. 阳极 (紫铜挂钩 ,铝挂排 ,尼龙粉绝缘或绿勾胶绝缘非导电部分 ) 10. 外衬 (50 mm厚矿渣棉或玻璃棉或 25 mm厚聚氨酯泡沫软塑料 11. 外包 PVC(硬 ) 3 mm

空气搅拌管一般放在底部 ,由于槽底沉积了不少黑色沉淀物 ,在操作时往往会使槽液混浊不清 ,影响氧化膜质量。建议将空气搅拌管安装在二侧 ,离缸底 1 /3位置 ,出气孔垂直向上 ,内侧再焊上遮挡板 ,下边离缸底 15～20 cm,上边低于液面 5～10cm。这样 ,冷却循环成磁力线发射状 (见图 1) ,既冷却充分 ,又可避免槽底沉淀大量泛出。

为了节能 ,进槽压缩空气除满足无水、 无油外 ,最好经过预冷却 ,尤其硬质阳极氧化操作时更为必要。有条件利用冷却蛇形管冷冻水循环 ,无条件用自来水循环冷却蛇形管 (自来水仍然可用 ) ,这样可以节省能源。

2 小 结

以 10 000 A 10 V电源满载为 100 kW计算 ,改进阴板材料可以减少 1 ～2 V 损失。电能节约10～30 kW,即节能 10% ～30% ,再加上减少热能浪费 ,冷冻机功耗降低。加强压缩空气冷却也同样可以降低制冷功耗 ,具有较好的经济和社会效益。