手机壳用铝合金二次氧化封孔剂的选择

黄建章（深圳市鑫王牌科技发展有限公司，广东 深圳 518104）



手机壳用铝合金二次氧化封孔剂的选择

黄建章
（深圳市鑫王牌科技发展有限公司，广东 深圳 518104）

作者联系方式：(E-mail) 629670536@qq.com。

摘要：分别选用进口封孔剂DX-500、国产封孔剂SF-558和AL-500A对阳极氧化后的A5052铝合金进行封孔。主要工序依次为冲压成型、抛光、除蜡、喷砂、一次氧化、一次封孔、激光导电位、CNC(计算机数控)高光、前处理、二次氧化和二次封孔。研究了封孔剂种类、质量浓度、使用温度和处理时间对氧化膜层外观、耐蚀性、耐变色性等性能的影响。对比分析了3种封孔剂的综合性能。较适宜的封孔工艺条件为：封孔剂质量浓度7 g/L，pH 5.5 ~ 5.6，温度高于80 °C(一般取85 °C)，一次封孔时间20 min，二次封孔时间5 min。国产封孔剂SF-58和AL-500A完全可以替代进口封孔剂DX-500，其便宜且某些性能甚至超越进口封孔剂。

关键词：铝合金；阳极氧化；封孔剂；选择；耐蚀性

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

随着科技的进步和人们鉴赏能力的提高，电子数码产品(如笔记本、平板电脑、手机外壳部件)越来越多地使用金属部件来装饰。这是因为相对于塑胶产品，不锈钢和铝件更容易表现出五彩缤纷的外观和炫眼夺目的金属质感，而铝产品几乎可以被氧化为自然界所有的颜色，更受推崇。

二次氧化工艺有很多种，现在手机行业广泛使用的有油墨遮蔽二次氧化、钻铣高光氧化层遮蔽二次氧化、激光镭雕氧化层遮蔽二次氧化等。本文介绍一种铝产品钻铣高光氧化层遮蔽二次氧化工艺，对比研究了3种二次氧化封孔剂的封孔效果，对封孔剂进行筛选。

1 二次氧化工艺过程

1. 1 产品介绍

本文选用的样品为一款使用A5052铝材冲压成型的手机后壳，二次氧化后的表面效果如图1所示。红色部分喷砂面为一次氧化得到的氧化膜，亮度值为12（使用泉州科仕佳光电仪器公司的MG6-F1通用光泽度仪测得），高光边是二次氧化得到的氧化膜，为本色高亮效果。

1. 2 工艺流程说明

冲压成型→抛光→除蜡→喷砂→一次氧化(膜厚12 μm)→一次封孔→激光导电位→CNC(计算机数控)高光→前处理→二次氧化(膜厚2 ~ 3 μm)→二次封孔。

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

1. 2. 1 抛光

使用麻轮 + 黄蜡，主要抛去表面的压伤、划伤、棱边和孔边批锋。

1. 2. 2 除蜡

除去抛光后残留在产品表面的蜡质残留物。采用由东莞旭月化工提供的2.5%(体积分数)的CUS-311B合金除蜡水，温度80 ~ 90 °C，时间5 ~ 10 min。

1. 2. 3 喷砂工艺

采用120#陶瓷珠，喷砂压力为2.5 kg/cm2。

1. 2. 4 一次氧化

硫酸180 ~ 200 g/L，铝离子(由铝阳极电解得到)3 ~ 12 g/L，温度19 ~ 21 °C，电压13.5 V，时间35 min。

1. 2. 5 一次封孔

封孔剂 　5 ~ 10 g/L温度 　80 ~ 95 °C pH 　5.3 ~ 5.8时间 　15 ~ 30 min

一次氧化不仅要通过手机行业各项苛刻的功能性测试，还要经受住二次氧化时阳极电解槽中硫酸电解液的侵蚀和阳极电解的冲击。因此相对于普通一次氧化，本工艺对一次氧化膜的封孔要求颇高。选用了广东地区常用的几款厚膜封孔剂，其使用要求如表1所示。

表1 几种封孔剂的推荐使用参数Table 1 Recommended application parameters for several sealants

1. 2. 6 激光导电位

为二次氧化的挂具位剥开氧化层，使用目前流行的各款光纤激光机均可完成。

1. 2. 7 CNC高光

氧化后该产品正面的2个主棱边需要0.8 mm的高光边，相当于家庭装修中的墙角线，使用主轴转速为60 000 r/min的高光机完成。这种效果在华为、苹果手机中广泛使用。

1. 2. 8 前处理

前处理相当重要，因为不恰当的前处理会破坏一次氧化层，使其无法承受住二次氧化的冲击，必须使用较弱的前处理，比如不能采用碱性过强的脱脂剂，不能使用化学抛光等。标准的前处理工艺为：中性脱脂剂5%(体积分数)，常温，时间1 ~ 3 min。

1. 2. 9 二次氧化

对铝材裸露的高光区域进行二次防护，但不能破坏第一次氧化的表面效果，不能降低一次氧化层的各种可靠性测试，所以为了使高光边既能保持高亮度，又能通过中性盐雾和pH = 4.7的人工汗液测试，选择较低的电压(10 V)进行二次氧化，时间10 ~ 15 min，其氧化液组成与一次氧化相同。

1. 2. 10 二次封孔

封孔剂组成与一次氧化相同。由于二次封孔的要求比一次封孔要低很多，只要保证能通过48 h中性盐雾试验和24 h人工汗液测试即可，因此二次封孔选择在85 °C下进行，时间为5 min。

2 封孔条件对二次氧化的影响

参考步步高电子的功能测试，对不同条件下的封孔试样进行48 h中性盐雾试验和24 h人工汗液测试。

中性盐雾试验操作为：将样品置于35 °C、5% NaCl盐雾中48 h，pH为6.5 ~ 7.2，取出后室温放置2 h，检查样品外观有无异常。

人工汗液试验操作如下：将试样放入pH = 4.7的酸性人工汗液(配方略)中，在室温下浸泡24 h后取出清洗，室温放置2 h，检查有无腐蚀、变色等不良现象。

2. 1 封孔剂质量浓度对二次氧化的影响

实验发现，封孔温度为85°C，一次、二次封孔时间各为20 min和5 min的条件下，几款封孔剂质量浓度在5 ~ 10 g/L范围内变化时，二次氧化后一次氧化膜的外观均正常，也通过了48 h盐雾试验和24 h人汗测试。这说明封孔剂质量浓度对二次氧化基本没有影响，完全可以选择较低的封孔剂含量。封孔剂含量太高时，只会造成过多的带出损耗，加大环保压力。因此选择封孔剂质量浓度为7 g/L。

2. 2 一次氧化的封孔温度对二次氧化的影响

在不同温度下一次封孔20 min，所得氧化膜性能见表2。从表2可知，封孔温度低时，虽然可以完成二次氧化，产品的外观也符合要求，但人汗测试不能满足客户的要求，所以这几款封孔剂的使用温度都应高于80 °C。

表2 一次封孔温度对二次氧化的影响Table 2 Effect of first sealing temperature on secondary oxidation

2. 3 一次氧化的封孔时间对二次氧化的影响

如果仅仅是一次氧化，采用这几款封孔剂对12 μm厚的氧化层封孔10 ~ 20 min就已足够。但是对于二次氧化而言，若一次氧化封孔时间太短，产品封孔不完整，一次氧化膜层会因封孔不完整而无法抵抗二次氧化前处理及二次氧化过程中酸和电压的冲击。表3为85 °C下一次氧化封孔不同时间所得氧化膜的外观。

表3 一次封孔时间对二次氧化的影响Table 3 Effect of first sealing time on secondary oxidation

从表3可知，封孔剂AL-500A对红色的固色能力较强，一次氧化封孔10 min就能满足二次氧化的要求。但封孔剂在使用一段时间后，杂质含量升高，封孔效果下降，极有可能导致封孔不完全，因此仍建议一次氧化封孔时间稳定在20 min左右。

3 几种封孔剂的性能评价

在封孔剂质量浓度7 g/L、pH 5.6、85 °C下一次氧化封孔20 min，采用不同封孔剂时的外观效果及所得试样的性能列于表4。从封孔剂的外观来看，SF-558略逊一筹，使用过程中会出现白色悬浮物，但不影响封孔效果。从氧化膜外观来看，DX-500和SF-558都有少许封孔起粉状况，封孔后氧化层中红相(印刷调色理论中的M)较封孔前略有损失。AL-500A没有起粉，封孔后也没有红相损失。

表4 3种封孔剂的各项性能比较Table 4 Comparison of the properties of three types of sealants

4 结论

国产封孔剂SF-558和AL-500A完全可以替代昂贵的进口封孔剂，在很多指标方面甚至已经超过进口产品的性能。目前在珠江三角洲国产封孔剂的使用量已经超过了进口产品。用户可以根据产品的倾向性和自身需求选择合适的产品。

[ 编辑：周新莉 ]

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【环境保护】

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

中图分类号：TQ153.6

文献标志码：A

文章编号：1004 – 227X (2016) 01– 0033 – 04

作者简介：黄建章（1963–），男，河南洛阳人，本科，高级工程师，主要从事阳极氧化、不锈钢表面处理和金属蚀刻方面的研究工作。

收稿日期：2015–07–06 修回日期：2015–11–24