铝或铝合金阳极氧化的一般原理
以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时,将发生以下的反应：在阴极上,按下列反应放出H2：2H++2e→H2
在阳极上,4OH–4e→2H2O+O2,析出的氧不仅是分子态的氧(O2),还包括原子氧(O),以及离子氧(O-2),通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的12O3膜：4A1+3O2=2A12O3+3351J应指出,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多,归纳起来有以下几种分类方法：按电流型式分有：直流电阳极氧化；交流电阳极氧化；以及可缩短达到要求厚度的生产时间，膜层既厚又均匀致密,且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性质分有：普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍,这是因为它具有适用于铝及大部分铝合金的阳极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透明、吸附能力强极易着色；处理电压较低,耗电少；处理过程不必改变电压周期,有利于连续生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小,货源广,价格低等优点。近十年来,我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材,它们的表面处理生产线都是采用这种方法。
阳极氧化膜结构、性质与应用
1)阳极氧化膜的结构阳极氧化膜由两层组成,多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的,后者称为阻挡层(亦称活性层)。
(1)阻挡层阻挡层是由无水的A12O3所组成,薄而致密,具有高的硬度和阻止电流通过的作用。
(2)多孔的外层氧化膜多孔的外层主要是由非晶型的A12O3及少量的r-A12O3.H2O还含有电解液的阴离子。氧化膜的絶大部分优良特性,如抗蚀、耐磨、吸附、绝缘等性能都是由多孔外层的厚度及孔隙率所决定的,然而这两者却与阳极氧化条件密切相关,因此可通过改变阳极化条件来获得满足不同使用要求的膜层。膜厚是阳极氧化制品一个很主要的性能指针,其值的大小直接影响着膜层耐蚀、耐磨、绝缘及化学着色能力。在常规的阳极氧化过程中,膜层随着时间的增加而增厚。在逹到最大厚度之后,则随着处理时间的延长而逐渐变薄,有些合金如A1-Mg、A1-Mg-Zn合金表现得特别明显。因此,氧化的时间一般控制在逹最大膜厚时间之内。
2)阳极氧化膜的性质与应用阳极氧化膜具有较高的硬度和耐磨性、极强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。由于这些特异的性能,使之在各方面都获得了广泛的应用。以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时,将发生以下的反应：在阴极上,按下列反应放出H2：2H++2e→H2在阳极上,4OH–4e→2H2O+O2,析出的氧不仅是分子态的氧(O2),还包括原子氧(O),以及离子氧(O-2),通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的A12O3膜：4A1+3O2=2A12O3+3351J 应指出,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。
阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多,归纳起来有以下几种分类方法：按电流型式分有：直流电阳极氧化；交流电阳极氧化；以及可缩短达到要求厚度的生产时间，膜层既厚又均匀致密,且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性质分有：普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍,这是因为它具有适用于铝及大部分铝合金的阳极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透明、吸附能力强极易着色；处理电压较低,耗电少；处理过程不必改变电压周期,有利于连续生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小,货源广,价格低等优点。
铝及铝合金阳极氧化工艺
1、引言
铝为面心立方结构，有较好的导电性和导热性，仅次于Au、Ag、Cu，延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。
铝的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；但铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔融的铝能与水猛烈反应，高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属；铝是两性的，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性，但纯铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。
铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金，用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所下降，这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn 系。新近开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而密度比普通硬铝减小15％，且能挤压成形，可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。因为在铝中加入3％～5％(质量分数)的比铝更轻的金属锂，就可以制造出强度比纯铝高20％～25％，密度仅2.5t/m3的铝锂合金。这种合金用在大型客机上，可使飞机的重量减少5t多，而载客人数不减少。
将铝及其合金置于适当的电解液中作为阳极进行通电处理，此处理过程称为阳极氧化。经过阳极氧化，铝表面能生成厚度为几个至几百微米的氧化膜。这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状的，比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。采用不同的电解液和工艺条件，就能得到不同性质的阳极氧化膜。
早在1896年，Pollak就提出了在硼酸或磷酸溶液中直流电解，可得到“堡垒”型氧化膜的专利。到20年代，这个工艺在工业上用于制造电解电容。
阳极氧化最初的商业应用是铬酸阳极氧化。G D Bengough和J M Stuart在研究铝上镀铬时，因接错线发现了铝表面生成了阳极氧化膜。当时的电解液的组成是250g/L铬酸，2.5g/L硫酸。后来人们进一步研究发现，这种氧化膜可以被墨水或染料染色，氧化膜厚度为3～5μm，工作电压约50V。这种工艺首先用于飞机制造业，用于油漆的底层，防止裂纹和提高耐蚀性。
1927年，日本的Kujirai和Ueki首先采用草酸电解液阳极氧化，可以得到15mm以上的氧化膜，但工作电压比硫酸阳极氧化高。这种工艺先在日本普及，后来传到德国，逐步被欧洲人采用，用于店面和建筑物的装饰。
1927年，Gower、Stafford O’Brien和Partners4发表了硫酸阳极氧化的专利，氧化的电流密度为0.7～1.3A/dm2，这种电流密度一直延用到现在。硫酸阳极氧化与草酸和铬酸阳极氧化相比，工作电压更低，电解液成本更小，操作更简单，氧化膜装饰性更强，所以这种工艺很快得到完善和普及。目前95％以上的阳极氧化是在硫酸中进行的，阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。
2、前处理
2.1 脱脂和除油
铝及铝合金早期是延用钢铁的除油工艺，即：槽液为Na2Co3、Na2SiO3、Na3PO4溶液，操作温度为40～70℃，时间为5～15min。这种工艺性能稳定，寿命长，但槽液成本高，不易洗净，现在基本不用。
20世纪60年代，人们采用NaOH或Na2CO3加Na3PO4、络合剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂，在室温下脱脂，时间为3～5min。这种工艺除油效率高，成本低，节能，但槽液易产生絮状沉淀，络合剂、表面活性剂易带入后续槽形成污染。现在少数厂仍在使用。
从80年代开始，酸性脱脂槽液逐步普及，槽液为H2SO4或H2PO4，加HF、Fe3+、H202、NO2-和非离子表面活性剂，室温下操作，时间为3～5min。这种工艺效率高，不污染后续槽，是较好的脱脂工艺，现在应用越来越广泛。典型工艺：
H2SO4 10g/L
H3PO4 10g/L
HNO3 10g/L
HF 10g/L
表面活性剂 2g/L
过硫酸钠 5g/L
温度 45～70℃
时间 10～120s
2.2 碱腐蚀
铝及其合金阳极氧化之前需要除去致密但不均匀的自然氧化膜，对高硅铝合金，采用HN03、HF混合溶液，在室温下操作，时间3～5min，工作时会产生有毒气体。一般不用于其他铝合金，其他铝合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液，NaOH的浓度为30～70g/L，操作温度为40～80℃，时间为3～10min。碱腐蚀工艺维护简单，成本低，腐蚀效果好，易于除去铝合金表面的加工条纹，是阳极氧化重要的配套工艺。目前单独使用NaOH溶液作碱腐蚀已很少见，往往加入葡萄糖酸钠、柠檬酸钠等络合剂，防止槽液中Al(OH)3沉淀，即所谓“长寿碱”。加入硫化物，防止重金属在铝合金表面发生置换反应，消除“流痕”。也有的加入氟化物和硝酸盐，用于产生无光砂面效果。2.3 电解抛光
机械抛光后阳极氧化，往往很难保持抛光后的光泽，这主要是机械抛光的局部表面压力不均，阳极氧化产生无光表面，所以机械抛光不能直接用于光亮阳极氧化。
1934年在英国和美国，几乎同时发明了电解抛光工艺“Brytal”和“Alzak”，在碱性(Brytal工艺)或氟硼酸(Alzak工艺)溶液中阳极电解10～20min，得到较高反射率的表面，并在阳极氧化后继续保持下来。电解抛光是利用电流的作用，使铝合金发生电化学反应，在铝合金表面凸凹不平的部分发生不同程度的溶解，使铝件表面产生光滑的镜面效果。电解抛光的铝件，经过后续的阳极氧化处理仍能保持大部分光泽。电解抛光的铝件有较好的耐蚀性，即使未经阳极氧化处理也能在大
气中很长时间不锈蚀，保持原有的光泽。二次世界大战，铝的反光镜需求大，这一期间铝的电解抛光发展很快。
高纯铝片(99.99％)经过电解抛光，可以得到反射率接近100％的镜面效果。铝片的纯度越高得到的反射率越高。常用的工艺有：磷酸-铬酸型，磷酸-硫酸，铬酸型，高氯酸-醋酸型，磷酸-硫酸-甘油型，氟硼酸型，碳酸钠-磷酸钠型，氢氧化钾-铬酸型。操作温度为室温至90℃，电流密度10～20A/dm2，有的工艺高达150A/dm2。
电解抛光的主要污染物是六价铬，近年来，随着环保意识的加强，不含铬酸的电解抛光处理液逐步盛行。不含铬酸的电解抛光处理液的主要问题是，对有些合金抛光不够亮。另外，铝合金在这种处理液中抛光后，不通电的条件下亮度会迅速下降，需要立即从处理液中取出、水洗，这给该工艺的广泛应用带来一定的影响。后来，有人在这种处理液中添加某种添加剂，使这两个问题有所缓解。
电解抛光工艺成熟，污染小，但工作电流大，成本高，目前用于高亮度、高装饰性铝件的加工。
2.4 化学抛光
化学抛光是40年代后期发明的，当时Henley在做磷酸-硫酸型的电解抛光，没有通电时，发现铝件的腐蚀有光亮效果，接着他仔细研究了这个现象，得到最早的化学抛光工艺：磷酸75％(体积)，硫酸25％(体积)，操作温度为90～100℃。后来人们发现在上述工艺中加10％的硝酸，可以得到特别光亮的效果，这时化学抛光才在工业中应用起来，相应的专利陆续公布。光亮阳极氧化稳定地进入市场，替代了部分钢或铜上镀镍-铬工艺。
化学抛光不需要通电，也不需要专用夹具，操作简单，但需要良好的加热和通风设备，使用高纯铝能得到反射率为100％的效果，普通铝合金也能达到装饰性的光泽度。由于化学抛光比电解抛光成本低，所以大多数光亮阳极氧化是用化学抛光配套的。最常用的化学抛光工艺是：磷酸75％(体积分数)，硝酸150％(体积分数)，硫酸10％(体积分数)，操作温度为90～110℃，时间为0.5～3min。有的工艺只有磷酸和硝酸，有些加了醋酸、铬酸或氢氟酸。添加少量的钻盐、镍盐、铜盐可以增加抛光的亮度。化学抛光最大的缺点是会产生NOX有毒气体，黄色的NOX气体是强烈的致癌物质，是化学抛光车间难以挥去的“黄龙”。人们采用了许多办法来解决这一技术难题，日本的Tajima，采用“笼形”化合物吸收有毒气体，得到无黄烟化学抛光新工艺；德国对于纯度达99.99％的铝件，采用16％(体积分数)的氟化氢铵，13％(体积分数)硝酸，25g/L的糊精，操作温度较低，析出气体很少。Kaiser铝和化学品公司发明了类似的工艺(体积分数)：2.5％硝酸，0.60％，氟化氢铵，0.6％铬酸，0.6％甘油，0.05％硝酸铜。也有在磷酸－硫酸配方中加有机硫化物替代硝酸，得到无黄烟抛光工艺。
除了酸性化学抛光以外，还有碱性化学抛光工艺，但碱性化学抛光的效果远不及酸性化学抛光，所以较少应用。典型的碱性抛光配方含：NaOH、NaNO2、NaNO3、Na3PO4、Cu(NO3)2等，碱性化学抛光无有毒气体析出。
3、阳极氧化
3.1 硫酸阳极氧化
硫酸阳极氧化有以下特点：
(1)槽液成本低，成分简单，操作维护简便，一般只需将硫酸稀释到一定的浓度即可，无需添加其他化学药品，推荐使用化学纯硫酸，杂质较少的工业级硫酸也可采用，所以成本特别低。
(2)氧化膜透明度高。纯铝的硫酸阳极氧化膜，是无色透明的，对于铝合金，随着合金元素Si、Fe、Cu、Mn的增加，透明度会下降。相对其他电解液，硫酸阳极氧化膜的颜色是最浅的。
(3)着色性高，硫酸氧化膜透明，多孔层吸附性强，易于染色和着色，着色鲜艳不易退去，有很强的装饰作用。
(4)硫酸阳极氧化操作条件为：
H2SO4(体积) 10％～30％
温度℃ 18～22
Al/g.L-1 ≤20
电流密度/A.dm-2 0.6～3
时间/min 10～60
3.2 草酸和铬酸阳极氧化
草酸阳极氧化在日本应用较普遍，草酸氧化膜的特点和硫酸氧化膜相近，孔隙率低于硫酸氧化膜，耐蚀性和硬度高于硫酸氧化膜。草酸的槽液成本和操作电压高于硫酸，有些合金的草酸氧化膜颜色较深。草酸和硫酸阳极氧化都需要良好的冷却系统配套。
草酸阳极氧化操作条件为：
草酸(体积分数) 2％～10％
温度/℃ 15～35
电流密度/A.dm-2 0.5～3
电压/V 40～60
铬酸阳极氧化膜特别耐腐蚀，主要应用干飞机制造工业，铬酸氧化膜和油漆的附着力强，也用于作油漆的底层，铬酸阳极氧化膜灰色不透明，一般不用于装饰。
铬酸阳极氧化操作条件为：
Cr03/g.L-1 30～100
温度/℃ 40～70
电流密度/A.dm-2 0.1～3
电压/V O～100
时间/min 35～60
3.3 硬质阳极氧化
在二世界大战后期，为了提高阳极氧化膜的硬度和厚度，把硫酸氧化槽的温度降低至0℃，电流密度提高至2.7～4.0A/dm2，获得了25～50μm的“硬质氧化膜”。用草酸加少量硫酸可以在5～15℃得到硬质氧化膜。有些专利用优化硫酸的浓度，加有机酸或其他添加剂，如苯六羧酸进行硬质阳极氧化。
在苏格兰，Campbell发明了采用交流—直流叠加电源，电解液高速流动，0℃，电流密度25～35A/dm2，获得100μm的硬质阳极氧化膜。
现在，脉冲电流用于硬质阳极氧化时，特别是高铜铝合金一般很难硬质阳极氧化，使用脉冲电流可以防止“烧蚀”。还有许多电源用于硬质阳极氧化，交流加直流，各种频率的单相或三相脉冲电流、反相电流等。传统的直流硬质阳极氧化，电流密度一般不能超过4.0A/dm2，单相整流脉冲电源，电流的脉冲峰值可以很大，但保持氧化膜厚度的均匀一致是重要的问题。
由于硬质阳极氧化膜具有独特的硬度和耐磨性，所以正逐步被航空、航天、自动化、汽车、计算机设备、电子和其他工业采用。目前正在开发用聚四氟乙烯、二硫化钼等固体润滑剂封闭，使硬质阳极氧化膜具有自润滑性能，应用前景更加广泛。
4、染色和着色
4.1 整体发色阳极氧化
1959年，Kaiser铝和化学品公司开发了KalcolorTM整体发色工艺，电解液是：磺基水扬酸加少量(5g/L)硫酸，根据不同的铝合金成分和工艺条件得到棕色或灰色。这个工艺极其广泛地应用于建筑的外表、幕墙和门窗的加工。
具有工业应用的工艺有：Duran0dicTM,EurocolourTM，PermaluxTM，VeroxalTM，AlcanodoxTM 等，配方都是有机酸加少量(1～10g/L)的硫酸，也有的使用脉冲电流来增加着色的深度。
整体发色，也称为自然发色或自身发色。整体发色工艺，需要大约60V的操作电压，它的电解能源消耗和冷冻能源消耗，都远远大干普通的硫酸阳极氧化工艺，槽液中铝盐的不断增加，导致槽液的报废也是重要的问题。Kaiser公布了解决这个问题的专利，用阴离子交换树脂除去槽液中的铝离子。
70年代的能源危机，整体发色工艺逐步被能耗更少的硫酸阳极氧化加电解着色工艺替代。
4.2 有机和无机染料染色
许多种类的阳极氧化膜，都可以被染料染色，但只有硫酸和草酸阳极氧化膜的染色有工业价值，硫酸阳极氧化膜的染色是其中的绝大部分。
有机染料染色，操作简便，染色均匀，几乎可以染出任意颜色，可以采用印刷和多重染色技术，在同一铝合金表面染出多种颜色和花纹，颜色鲜艳装饰性极强。但由于有机染料存在分解退色、耐晒差的问题，所以多用于室内装饰。
无机染色，颜色的稳定性高，不易退色，能经受阳光的长期暴晒。用高锰酸钾溶液，可以染出棕色，用铁盐溶液可以染出金黄色。无机染色，颜色的种类较少，均匀性较差，目前正逐步被电解着色工艺替代。
4.3 电解着色
60年代，日本开发了“AsadaTM”、“AnalokTM”工艺，硫酸阳极氧化膜在镍盐溶液交流电解，使金属镍沉积到多孔层中得到从浅棕色到黑色。后来，Alcan获得了在钴盐溶液电解着色的专利。 Alcan后来针对Asada工艺，开发出用许多种金属盐电解着色的专利在国际上注册，几个公司努力开发基于锡盐溶液的电解着色工艺。其中德国的Gartner和德国铝业公司(V.A.W.)在这一领域
非常活跃。市场上有：Henkel公司开发的AlmecolorTM工艺，V.A.W.公司开发的MetoxalTM工艺。还有许多类似硫酸亚锡加硫酸的工艺在各国开发出来，这样锡盐电解着色工艺应用最广泛。还有的电解着色工艺采用锡盐加镍盐电解液。
锡盐电解着色溶液，主要含硫酸亚锡、硫酸、锡盐稳定剂、着色分散剂等，着色美观，重现性好，溶液抗杂质能力强，易于维护管理。
染料染色，是染料吸附在阳极氧化膜多孔层的最外1/3或1/2处。电解着色是金属微粒沉积在阳极氧化膜多孔层的底部。随机分布的金属微粒对光线的反射，得到棕色，随着沉积金属微粒的增加，颜色由稻草黄到棕色，直至黑色。
电解着色工艺具有成本低、颜色耐晒、不易退等特点，是目前应用最广泛的着色方法。
4.4 干涉着色
人们在获取阳极氧化膜晶胞尺寸，并试图改变其大小的研究中，发明了干涉着色法，Alcan的注册工艺是AnalokⅡTM，即：常规阳极氧化，加短时间的磷酸交流氧化“扩孔”，孔的深度约增加0．5～1μm，然后再进行普通电解着色。颜色是由空隙底部的反射光和沉积金属微粒的反射光干涉产生的，Sheasby，在其公布的专利中，对工艺的一般过程进行了描述，要得到预期的颜色必须严格操作，而兰色是较易控制得到的。扩孔后，可以在钴盐、镍盐、锡盐等任何电解着色溶液中着色，得到其他颜色。
Seddon叙述了大尺寸的工件可以得到均匀的兰灰色，但其他颜色重现性很差。
4.5 多色电解着色
后续的研究是在硫酸阳极氧化后，探索改变氧化膜的阻挡层，来实现控制颜色的可能性。一个研究者给出了这个工艺的细节，在已经严格控制孔隙大小的阳极氧化膜上，采用一种保密的添加剂和计算机控制着色周期，用低压电沉积锡，在宽颜色范围内用计算机控制，可以获得高度重现性的颜色。 5、阳极氧化的封闭
5.1 热水封闭
新鲜的阳极氧化膜在沸水或接近沸点的热水中处理一定的时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易退去，这一过程就是封闭，也称封孔。用热蒸汽也能封闭，但耗能大，应用不及热水广泛。
1931年，公布了重铬酸钾溶液封闭，封闭后的阳极氧化膜呈浅黄色，有特别高的耐蚀性，广泛应用于飞机制造业。
开始用热水封闭时，发现用硬水封闭后的表面有白印和粉霜，研究表明这同温度、pH值、水中的杂质有关，后来改用去离子水封闭，把水的pH值用醋酸调节至4.5～5.0，粉霜可以减少至最低水平。随着工艺技术的发展，质量检测更加严格，只提高水质和调整pH值仍不能满足技术要求，为此许多公司开发出除霜剂，效果很好，有的甚至可以用自来水封闭。
5.2 低温封闭
80年代以来，人们开发出含Ni、F溶液的“低温封闭剂”，操作温度25～40℃，封闭速度快，几乎是热水封闭的三倍，不易产生粉霜。有的配方加入少量钴盐，防止产生绿色，低温封闭的应用
非常普及。
5.3 中温封闭
醋酸镍封闭技术的广泛应用，替代了部分热水封闭工艺。醋酸镍封闭在北美洲非常流行，这得益于它具有较高的封闭质量。醋酸镍封闭的原理是：镍离子被阳极氧化膜吸附后，发生水解反应，生成氢氧化镍沉淀，填充在孔隙内，达到封闭的目的。
在中性盐雾试验和酸溶解失重试验中，用醋酸镍封闭的阳极氧化膜表现出极好的耐腐蚀性能，有人开发出的醋酸镍封闭剂，经它封闭的阳极氧化膜可以通过至少3000h的中性盐雾试验和低于1mg/dm2的磷酸一铬酸腐蚀失重试验。对于染色氧化膜，醋酸镍封闭可以防止氧化膜的退色和变色。与沸水封闭相比醋酸镍封闭允许更高的杂质含量和相对较低的封闭温度。
醋酸镍封闭工艺，其封闭效果与沸水封闭类似，但封闭速度和杂质允许量稍高，也有沸水封闭的各种缺点，如：能耗大，易产生“粉霜”，降低氧化膜的硬度，封闭时间长，水蒸气污染和安全等问题。
中温醋酸镍封闭工艺比高温醋酸镍封闭工艺有较高的技术优势，所以高温醋酸镍封闭工艺基本被淘汰。目前广泛应用的都是中温醋酸镍封闭，在没指明的情况下都是指中温醋酸镍封闭工艺。中温醋酸镍封闭有如下优点：
(1)对封闭工艺参数的变化敏感度较低。
(2)封闭槽液对水质要求较低，用质量较好的自来水配制封闭槽液不会损失封闭质量。
(3)减少封闭粉霜的产生。
(4)减少能源消耗大约30％(相对高温封闭)。
(5)沉积在阳极氧化膜孔隙中的氢氧化镍几乎无色，所以可以用来封闭无色光亮阳极氧化膜和染色阳极氧化膜。
醋酸镍封闭，也会出现一些缺陷，如在槽液化学成分比例失调、pH值太高、封闭时间太长时，阳极氧化膜表面会产生污迹或粉霜。如果醋酸镍封闭槽的pH值太低或氯离子浓度太高，在高铜铝合金的阳极氧化膜表面会产生腐蚀点。由于醋酸镍封闭包含阳极氧化膜的水合作用，所以会使阳极氧化膜的耐磨耗能力下降。醋酸镍封闭槽液中常添加一些添加剂，如添加分散剂可以减少粉霜的产生，但是，分散剂必须能耐紫外光照射，阳极氧化膜在某些加了分散剂的醋酸镍封闭槽中封闭以后，经太阳光照射，氧化膜会变黄，变黄的程度取决于分散剂的化学成分和使用浓度。醋酸镍封闭工艺的废水包含重金属离子必须对其进行处理，才能排放，以免对环境造成污染。
近几年，有人研究出镁盐、或锂盐中温封闭剂，已经可以在生产中使用，其封闭效果和镍盐中温封闭剂接近，但没有重金属污染。
5.4 其他封闭剂
用硅油封闭硬质阳极氧化膜，可以提高阳极氧化的电绝缘性；硅脂封闭用于制造无尘表面；脂肪酸和高温油脂封闭，用于制造红外线反射器，防止波长为4～6μm的红外线吸收损失。还有许多有机封闭剂被开发出来，在特定的条件下可以选用。
及铝合金阳极氧化法综述
2007-12-07 12:13
近十年来，我国的铝氧化着色工艺技术发展较快，很多工厂已采用了新的工艺技术，并且在实际生产中积累了丰富的经验。已经成熟和正在发展的铝及其合金阳极氧化工艺方法很多，可以根据实际生产需要，从中选取合适的工艺。
在选取氧化工艺之前，应对铝或铝合金材质情况有所了解，因为，材料质量的优劣、所含成份的不同，是会直接影响到铝制品阳极氧化后的质量的。关于这一点，洪九德、范济同志已有专门论述(参看《电镀与涂饰》1982年第2
期P.27)。比如，铝材表面如有气泡、划痕、起皮、粗糙等缺陷，经阳极氧化后，所有疵病依然会显露出来。而合金成份，对阳极氧化后的表面外观，也产生直接的影响。比如，含1～2%锰的铝合金，氧化后呈棕蓝色，随铝材中含锰量的增加，氧化后的表面色泽从棕蓝色到深棕色转化。含硅0.6～1.5%的铝合金，氧化后呈灰色，含硅3～6%时，呈白灰色。含锌的呈乳浊色，含铬的呈金黄至灰色的不均匀色调，含镍的呈淡黄色。一般而言，只有含镁和含钛量大于5%的铝含金，经氧化后可以得到无色透明且光亮、光洁的外观。
在选择好铝及铝合金材料后，自然就要考虑到选取合适的阳极氧化工艺。目前，我国广泛应用的硫酸氧化法、草酸氧化法及铬酸氧化法，均在手册、书刊上有过详细的介绍，不必赘述。本文谨就目前在国内正在发展中的一些新工艺，以及国外的一些方法，作扼要的介绍。
一、国内已发展的新工艺
(一)草酸-甲酸混合液交流快速氧化
采用草酸-甲酸混合液，是因为考虑到甲酸是一种强氧化剂，在这样的槽液中，甲酸起到对氧化膜内层(阻挡层和障壁层)加速溶解，从而使成为多孔层(即氧化膜外层)的作用。这种槽液的导电率可以得到提高(即可提高电流密度)，使氧化膜能快速生成。与纯草酸氧化法相比，这种溶液能使生产率提高37.5%，减少电耗量(草酸氧化法耗电量为3.32度/平方米，此法为2度/平方米)，节约电力40%。
工艺配方为:草酸4～5%、甲酸0.55%，三相交流44士2伏，电流密度2～
2.5A/d㎡，温度30±2℃。
(二)混合酸氧化
此法于1976年正式纳入日本国家标准，并为日本北星日轻家庭用品株式会社所采用。其特点是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐腐蚀性能都比普通的硫酸氧化法高，膜层呈银白色，适用于印花、着色产品。我国铝制品行业赴日考察后，于1979年开始推荐使用。其推荐工艺配方为:H2SO4 10～20%，COOHCOOH·2H2O 1～2%，电压10～20V，电流密度1～3A/d㎡，温度15～30℃，时间30分钟。
(三)瓷质氧化
瓷质氧化主要以铬酸、硼酸、草酸钛钾为电解质，用高电压和较高温度作电解处理。其膜层外观像瓷器上的釉，有高度的抗腐蚀性能，耐磨性能良好，膜层可用有机或无机的染料染色，使外观有特殊的光泽和色泽。目前多应用于铝炊具、打火机、金笔等产品上，很受群众喜爱。
(四)国防色氧化
国防色氧化主要应用在军用铝制品的装饰上，因而要求有特殊的防护作用。氧化膜呈军绿色、无光泽、耐磨耐用，防护性能良好。工艺是:首先进行草酸氧化，生成金黄色膜层后，再用高锰酸钾20g/l、H2SO41g/l的溶液进行阳极氧化处理而成。沈阳铝制品厂曾应用此工艺生产军用水壶及炊具用品。
(五)多色氧化
将已染色而未封闭的阳极氧化层，用铬酸或草酸润湿，使CrO3铺展，已染色的制品的部份表面在被CrO3润湿后褪色，按需要在任意部份用水将草酸或铬酸洗去，一般可以停止与图象反应。然后再染第二次色或反复进行CrO3揩拭、冲水、染色等程序，就可以根据需要出现花朵、云彩等图案。目前多应用在金杯、水杯、茶盒、打火机等产品。
(六)大理石花纹染色工艺
把氧化后的制品先染第一道底色后，经干燥，再浸入表面浮有油脂的水中，再提起或浸入时，油脂和水分别自然流挂，使膜层呈不规则的条纹状的油脂所沾污。当再染第二道色时，氧化膜受油脂沾污处就染不上色，没有油脂的部位则染上第二种色调，形成如大理石花纹状的不规则图案。此法可见诸广东国营阳江小刀厂周守禹同志的文章(《电镀与涂饰》1982年第2期)。
(七)化学蚀刻氧化
铝制品经机械抛光及脱脂后，涂复掩蔽剂或感光，干燥后进行化学刻蚀(氟化物或铁盐类的浸蚀剂)，形成凹凸图案。再经电化学抛光及阳极氧化，呈现出主体感很强的表面图案，能与不锈钢的表面外观相媲美。现多应用于金笔、茶盒及屏风等。
(八)常温快速阳极氧化
通常H2SO4氧化均需用降温设备，因而耗费大量电力。加入α-羟基丙酸、丙三醇后，能抑制氧化膜的溶解，从而可在常温下进行氧化。与普通的硫酸氧化法相比，膜层厚度可提高2倍。推荐的工艺配方为:
H2SO4 150～160g/l
CH3CH(OH)COOH 18ml/l
CH2OHCHOHCH2OH 12ml/l
电流密度0.8～12A/d㎡
电压12～18伏
温度18～22℃
(九)化学氧化法(又称导电氧化膜)
膜层的抗蚀性能接近于硫酸阳极氧化膜。导电氧化膜层接触电阻较小而能导电、而H2SO4阳极氧化膜因接触电阻极大而不能导电。导电氧化膜的耐腐蚀性能比铝上镀铜、镀银或镀锡强得多。缺点是膜层上不能锡焊，只可作点焊。推荐工艺配方为:CrO3 4g/l，K4Fe(CN)6·3H2O0.5g/l，NaF 1g/l，温度20～40℃，时间20～60秒。
二、国外新工艺介绍
近几年来，国外在铝材表面处理方面发展得很快，原来的一些费人力、费电力和资源的老工艺已得到改革，一些新工艺、新技术已广泛应用于工业生产。
(一)高速阳极氧化法
高速阳极氧化工艺主要是通过改变电解溶液的组成，降低电解液的阻抗，从而使能采用较高的电流密度进行高速阳极氧化。原来旧工艺的溶液，采用1A/d ㎡的电流密度的成膜速度为0.2～0.25μ/分，采用这种新工艺溶液后，即使仍用1A/d㎡的电流密度，成膜速度亦可增至0.4～0.5μ/分，大大缩短了处理时间，提高了生产效率。其工艺与一般的处理方法对比如表1。
表1
(二)富田式(高速氧化)法
富田式法比旧工艺处理时间要短得多，生产效率可提高33%以上。本法不
但适用于普通阳极氧化膜，也适用于硬膜氧化。工艺见表2。
表2
如要产生硬质膜，则用降低溶液温度的方法来实现，其成膜速度大体与上
表所列相同。膜层硬度与溶液温度的关系如下:
10℃——硬度500H，20℃——400H，30℃——30H
(三)红宝石膜
铝材表面生成红宝石膜的工艺是一种新颖的工艺，其膜层色泽可以与人造
红宝石的色泽媲美，因而装饰性效果极佳，抗腐蚀性能和耐磨性能也良好。还
可通过溶液中所含金属氧化物之种类不同来制备出色彩各异的外观。该工艺方
法是:首先用15%的硫酸进行阳极氧化，采用的电流密度为1A/d㎡，时间80分
钟。取出后可根据颜色深浅程度要求，把工件浸入不同浓度的(NH4)2CrO4溶液
中，温度40℃，时间为30分钟，主要是让金属离子进入多孔性的阳极氧化膜
孔源中去。然后再放入硫酸氢钠(1克分子量)、硫酸氢铵(1.5克分子量)，温度170℃，电流密度1A/d㎡，经过上述处理后，可获得紫红色并闪烁着萤光的红
宝石膜。如果浸的是Fe2(CrO4)3、Na2CrO4，则生成的膜呈蓝色带深紫色萤光。
(四)浅田法电解着色
浅田法电解着色是在阳极氧化之后，通过电流电解，使金属阳离子(镍盐、
铜盐、钴盐等)穿入氧化膜的针孔底部，从而着出颜色。这一工艺近年来发展得
较快，主要是它能获得青铜色系和黑色，受建筑行业的欢迎。所着色泽有很稳
定的耐光性，也能耐恶劣气候条件。本工艺比自然着色法能节省电能。日本的
建筑用铝型材几乎都已采用此法着色。我国天津、营口、广东等地亦已引进了
此种技术及全套设备。广东有些单位亦已试验成功，应用于生产。
(五)自然着色法
自然着色法是一次电解完成着色的。溶液种类也有好几种，有用磺基水杨
酸和硫酸的，有用磺基钛酸和硫酸的，也有用磺基水杨酸和马来酸的。由于自
然着色法大部份都采用有机酸，所以氧化膜比较致密，膜层有优良的耐光性、
耐磨性和耐蚀性。但此法的缺点是:要得到优良的颜色，必须严格控制铝合金材
料的成份才行。
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1.1铝型材
铝型材常见如屏风、铝窗等。它是采用挤出成型工艺，即铝锭等原材料在熔炉中熔融后，经过挤出机挤压到模具流出成型，它还可以挤出各种不同截面的型材。主要性能即强度、硬度、耐磨性均按国家标准GB6063。优点有：重量轻仅2.8，不生锈、设计变化快、模具投入低、纵向伸长高达10米以上。铝型材外观有光亮、哑光之分，其处理工艺采用阳极氧化处理，表面处理氧化膜达到0.12m/m厚度。铝型材壁厚依产品设计最优化来选择，不是市场上越厚越好，应看截面结构要求进行设计，它可以在0.5~5mm不均。外行人认为越厚越强硬，其实是错误的看法。
铝型材表面质量也有较难克服的缺陷：翘曲、变形、黑线、凸凹及白线。设计者水平高者及模具设计及生产工艺合理，可避免上述缺陷不太明显。检查缺陷应按国家规定检验方法进行，即视距40~50CM来判别缺陷。
铝型材在家具中用途十分广泛：屏风骨架、各种悬挂梁、桌台脚、装饰条、拉手、走线槽及盖、椅管等等，可进行千变万化设计和运用！
铝型材虽然优点多，但也存在不理想的地方：
未经氧化处理的铝材容易“生锈”从而导致性能下降,纵向强度方面比不上铁制品.表面氧化层耐磨性比不上电镀层容易刮花.成本较高，相对铁制品成本高出3~4倍左右。
1.2压铸铝合金
压铸合金和型材加工方法相比，使用设备均不同，它的原材料以铝锭（纯度92%左右）和合金材料，经熔炉融化，进入压铸机中模具成型。压铸铝产品形状可设计成像玩具那样，造型各异，方便各种方向连接，另外，它硬度强度较高，同时可以与锌混合成锌铝合金。
压铸铝成型工艺分：
1、压铸成型
2、粗抛光去合模余料
3、细抛光
另一方面，压铸铝生产过程，应有模具才能制造，其模具造价十分昂贵，比注塑模等其它模具均高。同时，模具维修十分困难，设计出错误时难以减料修复。
压铸铝缺点：
每次生产加工数量应多，成本才低。抛光较复杂生产周期慢产品成本较注塑件高3~4倍左右。螺丝孔要求应大一点（直径4.5mm）连接力才稳定
适应范围：台脚、班台连接件、装饰头、铝型材封口件、台面及茶几顶托等，范围十分广泛。
为什么有些铝材可以阳极氧化着色有些铝材不可以阳极氧化着色？ 一、阳极氧化的原理 阳极氧化处理是利用电化学的方法，在适当的电解液中，以合金零件为阳极，不锈钢、铬、或导电性电解液本身为阴极，在一定电压电流等条件下，使阳极发生氧化，从而使工件表面获得阳极氧化膜的过程。按其电解液的种类及膜层性质可分为硫酸（可以着色）、铬酸、（不需着色）、混酸、硬质（不能着色）和瓷质阳极氧化；根据各种阳极氧化膜的染色性能，只有硫酸阳极氧化获得的氧化膜最适宜染色；其他如草酸、瓷质阳极氧化膜（微弧氧化）虽能上色，但干扰色严重；铬酸阳极氧化膜或硬质氧化膜均不能上色；综合所述，要达到阳极氧化上色的目的，仅有硫酸阳极氧化可行。 二、硫酸阳极氧化对铝合金材质的限制 1 、合金元素的存在会使氧化膜质量下降，同样条件下，在纯铝上获得的氧化膜最厚，硬度最高，抗蚀性最佳，均匀度最好。铝合金材料，要想获得好的氧化效果，要确保铝的含量，通常情况下，以不低于95%为佳。 2、在合金中，铜会使氧化膜泛红色，破坏电解液质量，增加氧化缺陷；硅会使氧化膜变灰，特别是当含量超过4.5%时, 影响更明显；铁因本身特点，在阳极氧化后会以黑色斑点的形式存在。 三、铝合金基础知识工业中使用的铝合金有两大类，即变形铝合金和铸造铝合金。 1、变形铝合金不同牌号的变形铝合金具有不同的成分、热处理工艺和相应的加工形态，因此它们分别具有不同的阳极氧化特性。按照铝合金系，从强度最低1xxx 系纯铝到强度最高7xxx 系铝锌镁合金。 1xxx 系铝合金又称“纯铝” , 一般不用于硬质阳极氧化。但在光亮阳极氧化和保护性阳极氧化具有很好的特性。 2xxx 系铝合金又称“铝铜镁合金”，由于合金中的Al-Cu 金属间化合物在阳极氧化时易溶解，因此难以生成致密的阳极氧化膜，在保护性阳极氧化时，其耐腐蚀性更差，因此此系列的铝合金不易阳极氧化。 3xxx 系铝合金又称“铝锰合金”，不会使阳极氧化膜的耐腐蚀性下降，但是由于Al-M n 金属间化合物质点，会使阳极氧化膜呈现灰色或灰褐色。 4xxx 系铝合金又称“铝硅合金”，由于此合金含有硅成分，会使阳极氧化膜呈灰色，硅含量越高，颜色越深。因此也不易阳极氧化。 5xxx 系铝合金又称“铝美合金”，是一种用途较广的铝合金系，耐蚀性也好，可焊性也好。此系列铝合金可以阳极氧化，如果镁含量偏高时，其光亮度不够。典型的铝合金牌号：5052。 6xxx 系铝合金又称“铝镁硅合金”，在工程应用尤为重要，主要用于挤压型材，此系列合金可以做阳极氧化，典型的牌号：6063，6463（主要适用于光亮阳极氧化）。强度高的
铝表面阳极氧化处理方法 一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。 （一）脱脂 铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。 表-1 脱脂及主要工艺 脱脂方法溶液组成用量g/L 温度/度时间min 后处理备注 有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适量常温或蒸汽适当无浸蚀 表面活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-80 适当. 水清洗无浸蚀 碱性溶液NaOH 50-200 40-80 0.5-3 水洗后用100-500g/L硝酸溶液中和及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化，硝酸可用稀硫酸+铬酸代替 十二水磷酸钠NaOH硅酸钠40-608-1225-30 60-70 3-5 水清洗NaOH可用40-50g/L 碳酸钠代替，总碱度按NaOH计算为1.6%-2.5% 多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂15.64.84.84.80.3ml0.1ml 60 12-15 水清洗使用前搅拌4个小时 十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂50-7025-353-5 75-85 3-5 水清洗 碳酸钠磷酸钠25-4025-40 75-85 适当水清洗 磷酸钠碳酸钠NaOH 20106 45-65 3-5 水清洗 强碱阻化除油剂40-60 70 5 水清洗除油不净可延长处理时间 酸性溶液硫酸50-300 60-80 1-3 水清洗 硝酸162-354 常温3-5 水清洗松化处理 磷酸硫酸表面活性剂3075 50-60 5-6 水清洗 磷酸（85%）丁醇异丙醇水100%40%30%20% 常温5-10 水清洗溶液组成以体积记 电解溶液阳极氧化用电解质常温适当交流电或阴极电流电解 NaOH 100-200 常温0.5-3 水清洗后中和铝制品为阴极，电流密度为4-8A/dm2 乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水8.0%0.25%0.5%2.25%89% 常温适当水清洗溶液组成以体积记
铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程(1) 铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程 1、主题内容与适用范围 本规程规定了铝及铝合金阳极氧化、着色、电泳生产的工艺和操作的技术要求及规范。 2、工艺流程（线路图） 基材→装挂→脱脂→碱蚀→中和→阳极氧化→电解着色→封孔→电泳涂漆→固化→卸料包装→入库 3、装挂： 3.1装挂前的准备。 3.1.1检查导电梁、导电杆等导电部位能否充分导电、并定期打磨、清洗或修理。 3.1.2准备好导电用的铝丝,并打磨导电杆 3.1.3检查传送带及相关设备是否正常。 3.1.4核对随料单或生产任务单的型号、长度、支数、颜色、膜厚等要求是否与订单及实物相符。 3.1.5根据型材规格（外接圆尺寸、外表面积等）确定装挂的支数和间距、色料间距控制在型材与型材间3公分左右，白料间距控制在型材与型材间2公分左右。
3.1.6选择合适的导电杆，在保证导电充分的前提下,导电斑痕最小。 3.2 装挂： 3.2.1装挂时应将型材均匀排布在导电杆有效区间、并上紧每一根料. 3.2.2装挂前应打磨净导电杆上的氧化膜，以防型材与挂具间的导电不良而影响氧化、着色或电泳。 3.2.3装挂时，严禁将型材全部装挂在挂具的下部或上部。 3.2.4装挂的型材必须保持一定的倾斜度（>5°）以利于电泳或着色时排气，减少斑点（气泡）。 3.2.5装挂时必须考虑型材装饰面和沟槽的朝向、防止色差、汽泡、麻点产生在装饰面上。 3.2.6易弯曲、变形的长型材，在型材的中间部位增加一支挂具或采用铝丝吊挂以防型材间碰擦或触碰槽内极板，而擦伤或烧伤型材表面。 3.2.7选用副导杆时，优先选用截面小的副杆，采用铝丝绑扎时，一定要间隔均匀，上紧铝丝防止因料移动而引起大面积的擦伤。 3.2.8截面大小、形状悬殊的型材严禁装挂在同一排上。 3.2.9装挂或搬运型材，必须戴好干净手套，轻拿轻放、爱护、防护好型材表面，严禁野蛮操作。
基于铝合金阳极氧化现状的调查 王伟伟崔田江训练潘文海 南昌航空大学江西南昌 330063 【摘要】 铝合金由于其比重小, 加工性能好, 导电、导热性能优良, 塑性好, 抗大气腐蚀能力强, 易于成形, 价格便宜等优点而在轻工、建材、航天、电子等领域得到非常广泛的应用。随着铝制品工业的不断完善发展,人们开始采用各种方法以达到工艺上的要求, 阳极氧化法就是其中最为常用的一种。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能、很高的耐蚀性, 同时还具有较强的吸附性, 采用各种着色方法处理后, 能获得诱人的装饰外观。阳极氧化膜除了提高铝及其合金的耐蚀及硬度性能外, 还可以作为很好的功能材料, 有关这方面的研究及应用也已获得相当的成效, 目前常用的阳极氧化方法有铝合金硼酸—硫酸阳极氧化工艺研究、草酸阳极氧化、硫酸阳极氧化、交流电阳极氧化、硬质阳极氧化等工艺。 【关键字】 铝合金阳极氧化、铬酸中高电压、硼酸—硫酸阳极氧化、草酸阳极氧化、硫酸阳极氧化、交流电阳极氧化、硬质阳极氧化 一、铝在铬酸中高电压阳极氧化的研究 金属铝经阳极氧化可在其表面形成一层Al 2O 3 膜, 使用不同的阳极氧化液, 所得到的Al 2O 3 膜结构不同。对金属铝在铬酸中经高电压阳极氧化所得到的多孔 膜结构采用扫描电镜( SEM)和透射电镜( TEM)进行观察和分析, 并讨论了各参数对多孔膜结构的影响。借助X 射线衍射技术分析了多孔膜的晶体结构得出：( 1) 在25℃, 2 w t%的铬酸体系中电解电压不能超过110 V。 ( 2) 铬酸体系高电压阳极氧化得到的多孔膜孔径极不规整, 且呈树枝状。浓度对孔径和膜厚都有影响。 ( 3) 铬酸体系高电压得到的多孔膜中含有少量晶态的 - Al 2O 3。 二、铝合金硼酸—硫酸阳极氧化工艺研究 硼酸—硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新工艺。该工艺在环保上属
铝及铝合金的钝化 深圳雷邦磷化液工程部编辑 摘要：铝及铝合金工件，无论是化学氧化或阳极氧化得到的氧化膜都是多孔的，易污染的，抗蚀性亦差，即令膜染色后亦应进行钝化戍封闭处理，以提高其耐蚀性。 一、铝及铝合金化学氧化后钝化 铝及铝合金工件化学氧化膜钝化处理见表1。 表1 铝及铝合金化学氧化后钝化液配方及工艺条件 铝及铝合金阳极氧化后钝化膜处理见表2 三、铝及铝合金氧化膜封闭处理 1. 热水封闭 (1)原理 氧化膜表面和孔壁的Al2O3在热水(温度大于80℃)中发生水合反应，生成水合氧化铝，令氧化膜体积膨胀(膨胀率33%～100%)，由于膜膨胀而使孔径变小最终封闭。反应式为: Al2O3 + H2O →2AlO(OH) →Al2O3 ·H2O 热水用蒸馏水或去离子水，不用自来水，因自来水易生水垢吸附于孔中令膜透明度下降。普通自来水中的Cl-、SO42+、PO43-、Cu2+均有封孔，因而有害。 (2)工艺 温度：95～100℃。 pH值：5. 5～6 (用乙酸调节)。 时间：10～30min。 2. 蒸汽封闭 (1)原理与热水封闭相同。 (2)特点封闭速度快，不受pH值影响，膜的耐蚀性高。在着色孔封闭时，染料损失比热水封闭时少。缺点是:压力容器费用高;大型工件封闭，不能连续操作，厚氧化膜处理时易破裂，成本较高。 (3)工艺
温度:100～110℃。 压力:0. 05～0. 1 MPa。 时间(按膜厚度计):4～5min/μm。 3金属盐封闭 将阳极氧化膜浸在金属盐溶液中进行封闭，称为金属盐封闭。所用金属盐有铁、钻、镍、辐、锌、铜、铝等醋酸盐，硝酸盐，硫酸盐。其封孔机理是:金属盐水溶液进人阳极氧化膜微细孔发生水解，产生氢氧化物沉淀，将孔封闭，目前常用有重铬酸盐封闭及水解盐封闭。 (1)重铬酸盐封闭 ①原理在重铬酸盐水溶液中，氧化吸附了重铬酸盐后发生化学反应，生成碱式铬酸铝[Al(OH)CrO4]和重铬酸铝[Al(OH)Cr2O7]，这些生成物填充进膜孔隙，从而起到封孔作用。 ②溶液配方及工艺条件见表3. a. 工件要求封闭处理前，工件一定要清洗干净，以免将酸带入封闭槽中。此外，应防止工件与槽接触，以免破坏氧化膜。 b. 二对封闭液中杂质进行限制当SO42+ > 0. 2g/L时，可加人适量铬酸钙(CaCrO4)沉淀过滤排除，否则会令封闭工件色变淡且发白;当SO42+ > 0.02g/L时，可添加硫酸铝钾[K2Al2(SO4)4.24H2O]0.1～0.15g/L，否则会令封闭工件发白，耐蚀性下降。当C l- > 1.5 g/L时，封闭液需稀释或更换，否则会对工件氧化膜产生腐蚀。 (2)水解盐类封闭 ①原理利用金属盐被氧化膜吸附后，发生水解作用，生成氢氧化物沉淀，填充在孔隙内，达到封闭目的。常用金属盐有Co、Ni盐类，反应式为： NiSO4 + 2H2O →Ni(OH)2↓+ H2SO4 封孔过程如下。 a. 水合过程产物(透明物)将孔封住。 b. 加水分解。在微孔中产生氢氧化物沉淀。 c. 这些沉淀物与染料分子发生化学反应，形成金属铬合物。 ②水解盐封闭溶液配方及工艺条件见表4。
目录 1.铝及铝合金氧化表面处理制品的表面缺陷 (4) Q001手印腐蚀 (5) Q002擦划伤 (6) Q003 粘连 (7) Q004砂粗 (8) Q005砂轻 (9) Q006脱脂不良 (10) Q007氧化气泡 (11) Q008脱膜不净 (12) Q009雪花状腐蚀 (13) Q010氧化白点 (14) Q011电伤 (15) Q012夹渣 (16) Q013氧化膜剥落 (17) Q014黑点 (18) Q015爆膜 (19) Q016封孔起彩 (20) Q017针孔腐蚀 (21) Q018色差 (22) Q019酸碱水腐蚀 (23) Q020封孔起灰 (24) Q021无漆膜 (25) Q022麻点 (26) Q023电泳气泡 (27) Q024氧化膜粉化 (28) Q025 复合膜发黄 (29) Q026凝胶粘附 (30) Q027漆留痕 (31)
Q028水斑 (32) Q029着色气泡 (33) 2.氧化表面处理制品的外观性能缺陷 (35) Q029封孔不合格 (36) Q030氧化膜厚度不达标 (37) Q031漆膜铅笔硬度不达标 (38) Q032漆膜耐腐蚀性不合格 (39) 3.氧化表面处理制品的尺寸精度 (40) Q033扎线痕超标 (41) Q034返工壁厚薄 (42)
前言 1.在铝及铝合金的氧化生产过程中，产生的各种缺陷，主要可分为三类，即氧 化表面处理制品的表面缺陷、氧化表面处理制品的形位尺寸缺陷、氧化表面处理制品的外观性能缺陷。 2.氧化表面处理制品的表面缺陷，在生产现场产生最多，废品率也最高。最主 要的有手印腐蚀、擦划伤、粘连、砂粗、砂轻、脱脂不良、氧化气泡、脱膜不净、雪花状腐蚀、氧化白点、电伤、夹渣、氧化膜剥落、麻点、爆膜、封孔起彩、针孔腐蚀、色差、酸碱水腐蚀、封孔起灰、无漆膜、麻点、电泳气泡、氧化膜粉化等。 3.氧化表面处理制品的尺寸缺陷，在生产中所占废品率不多，主要有返工壁厚 薄、扎线痕超标等。 4.氧化表面处理制品的外观性能缺陷主要有封孔不合格、氧化膜厚度不达标、 漆膜铅笔硬度不达标、漆膜耐腐蚀性不达标等 5.下面以列表的方式对各种缺陷的名称（英文对照按美国AA标准和数据技术 语篇）、起因、定义、特征及对策进行较为全面的说明，供广大技术人员、生产人员、质检人员作为工作和学习参考。
铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程
铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程 1、主题内容与适用范围 本规程规定了铝及铝合金阳极氧化、着色、电泳生产的工艺和操作的技术要求及规范。 2、工艺流程（线路图） 基材→装挂→脱脂→碱蚀→中和→阳极氧化→电解着色→封孔→电泳 涂漆→固化→卸料包装→入库 3、装挂： 3.1装挂前的准备。 3.1.1检查导电梁、导电杆等导电部位能否充分导电、并定期打磨、清洗或修理。 3.1.2准备好导电用的铝丝,并打磨导电杆 3.1.3检查传送带及相关设备是否正常。 3.1.4核对随料单或生产任务单的型号、长度、支数、颜色、膜厚等要求是否与订单及实物相符。 3.1.5根据型材规格（外接圆尺寸、外表面积等）确定装挂的支数和间距、色料间距控制在型材与型材间3公分左右，白料间距控制在型材与型材间2公分左右。 3.1.6选择合适的导电杆，在保证导电充分的前提下,导电斑痕最小。 3.2装挂： 3.2.1装挂时应将型材均匀排布在导电杆有效区间、并上紧每一根料. 3.2.2装挂前应打磨净导电杆上的氧化膜，以防型材与挂具间的导电不良而影响氧化、着色或电泳。 3.2.3装挂时，严禁将型材全部装挂在挂具的下部或上部。 3.2.4装挂的型材必须保持一定的倾斜度（>5°）以利于电泳或着色时排气，减少斑点（气泡）。
3.2.5装挂时必须考虑型材装饰面和沟槽的朝向、防止色差、汽泡、麻点产生在装饰面上。 3.2.6易弯曲、变形的长型材，在型材的中间部位增加一支挂具或采用铝丝吊挂以防型材间碰擦或触碰槽内极板，而擦伤或烧伤型材表面。 3.2.7选用副导杆时，优先选用截面小的副杆，采用铝丝绑扎时，一定要间隔均匀，上紧铝丝防止因料移动而引起大面积的擦伤。 3.2.8截面大小、形状悬殊的型材严禁装挂在同一排上。 3.2.9装挂或搬运型材，必须戴好干净手套，轻拿轻放、爱护、防护好型材表面，严禁野蛮操作。 3.2.10装挂或搬运型材时必须加强自检和互检，不合格的型材严禁装挂，表面沾有油污或铝屑（毛刺）的型材必须采取适当的措施处理干净。 3.2.11剔除不合格型材后，必须按订单支数及时补足。 3.2.12装挂区的型材不宜存放太久，以防废气腐蚀型材表面。 3.2.13认真填写《装挂记录》和《氧化工艺流程卡》上装挂部分的记录，准确计算填写每挂氧化面积，随时核对订单，确保型号、支数、颜色不出差错。 3.2.14认真做好交接班手续和工作区的环境卫生。 4、氧化台生产前的准备工作： 4.1检查各工艺槽的液面高度，根据化验报告单调整各槽液浓度，确保槽液始终符合工艺要求，并经常清除槽液中的污物。 4.2检查行车、冷冻机、整流器、循环酸泵、水泵、转移车、固化炉等设备是否正常，如有异常应及时排除，严禁带病运行。 4.3检查纯水洗槽和自来水洗槽的PH（或电导率）和洁净度、不符合工艺要求的应及时更换或补水溢流。 4.4打开碱蚀、热纯水槽、封孔槽的蒸汽或冷却水，打开氧化槽、着色槽、电泳槽的循环冷却系统，确保槽液均匀、温度达到工艺要求。 4.5检查罗茨风机和抽、排风机，并在生产前开启。 4.6认真核对《氧化工艺流程卡》，明确生产要求，准备好比色用色板。 5、氧化台操作的通用要求：
铝阳极氧化 工艺 铝阳极氧化工艺 第一部分工艺流程 一、工艺流程及工艺条件 1、铝阳极氧化处理流程如下: 脱脂→水洗×2→（酸蚀→水洗×2）→碱蚀→水洗×2→中和→ →锡盐着色（红底香槟色系）→ →单锡盐着色（古铜色系）→ 水洗×2→氧化→水洗×2→→镍锡盐着色（古铜色系）→→ →硒盐着色（钛金色系）→ →锰盐着色（金黄色系）→ →水洗×2→封闭→水洗→水洗（或热水洗）→晾干 →纯水洗→电泳→纯水洗→纯水洗→滴干→烘烤 二．设备材质： 管道材料：PVC 槽体材料：PVC或PP 第二部份化工工艺 1．槽液组成及化学品简介 第一步：脱脂 选用化学品：Potencer AC 酸性脱脂剂AC是为铝及铝合金设计的专业清洗配方。适用于常温浸
渍脱脂。对铝材的侵蚀很小，但能有效清除表面的各种油污，及去除 自然氧化膜，且不会如碱蚀产生大量气体和黑污。对水质要求低，水 洗容易。低泡沫、避免脱脂槽泡沫过多而溢流。 使用条件： AC 浓度： 4～7%（体积比） 时间： 2～10 分钟（视油污及处理流程而定） 温度：20～30℃ 开槽方法：先加入槽体积一半的水，然后加入计算量的AC，搅拌5min 左右，再补加水至规定体积。 第二、三步：自来水水洗 第四步：酸蚀 选用化学品：Potencer C-11 Potencer C-11是精心研发使用于铝材酸蚀砂面作业中。能快速 整平、消除铝材表面的模具痕，获得美观的磨砂外观，并可大量降低 铝材损耗。 使用条件： 开槽浓度：Potencer C-11 80～160克/升； 温度：常温～50℃。 时间： 3～ 6分钟。 须使用过滤设施。 开槽方法：先加入槽体积一半的水，然后在搅拌下慢慢加入计算量的C-11，再补加水至规定体积。控制温度在规定范围，放一根废铝材反 应30min左右，取出，即可试生产。 第五、六步：自来水水洗 （第四、五、六步在有的厂家没有应用） 第七步：碱蚀 选用化学品：Potencer ADD及氢氧化钠
铝及铝合金阳极氧化、着色及封闭的现状和发展趋势 1前言 铝及其合金材料由于其高的强度/重量比，易成型加工以及优异的物理、化学性能，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。然而，铝合金材料硬度低、耐磨性差，常发生磨蚀破损，因此，铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少磨蚀，延长其使用寿命。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能。 阳极氧化是国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及铝合金电解着色所获得的色膜具有良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性，广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀。然而，铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力，容易受污染和腐蚀介质侵蚀，心须进行封孔处理，以提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体。 2铝及铝合金的阳极氧化 2.1普通阳极氧化 铝及其合金经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al2O3膜，使用不同的阳极氧化液，得到的Al2O3膜结构不同。阳极氧化时，铝表面的氧化膜的成长包含两个过程：膜的电化学生成和化学溶解过程。只有膜的成长速度大于溶解速度时，氧化膜才能成长、加厚。普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等，以下介绍一些普通阳极氧化新工艺。 2.1.1宽温快速阳极氧化[1] 硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下，当溶液的温度高于25℃时，氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差，因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进，改进后的溶液配方为： 硫酸（ρ＝1.84g／cm3）150－200g／L（最佳值160g／L）CK－LY添加剂20－35g／L （最佳值30g／L）铝离子0.5－20g／L（最佳值5g／L） CK－LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐，前者能提高电解液的工作温度，抑制阳极氧化膜的化学溶解，在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用；后者能增强电解液的导电性，提高电流密度，加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸电解液，对电解液中的金属离子有络合作用，使溶液中铝离子的容忍量提高，氧化液的寿命延长，操作温度可达30℃以上，而普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机；同时减少了氧化时间，并可获得高质量的氧化膜。 2.1.2硼酸－硫酸阳极氧化[2] 硼酸－硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新工艺。硼酸－硫酸阳极氧化溶液的组成为：45g/L H2SO4＋8g/L H3BO3。阳极氧化膜退膜溶液：按ASTMB137(美国实验材料标准)规定溶液，即：20g/L CrO3＋35mL/L H3PO4。 2.1.3其它方面工艺的改进 巩运兰等对铝在铬酸中高电压阳极氧化进行了研究[3]，结果表明，铬酸体系高电压阳极氧化得到的氧化膜多孔，膜孔径极不规整，呈树枝状，浓度对孔径和膜厚都有影响。
1 前言 铝及其合金材料由于其高的强度/重量比，易成型加工以及优异的物理、化学性能，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。然而，铝合金材料硬度低、耐磨性差，常发生磨蚀破损，因此，铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少磨蚀，延长其使用寿命。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能。 阳极氧化是国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。铝及铝合金电解着色所获得的色膜具有良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性，广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀。然而，铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力，容易受污染和腐蚀介质侵蚀，心须进行封孔处理，以提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体。 2 铝及铝合金的阳极氧化 2.1 普通阳极氧化 铝及其合金经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al2O3膜，使用不同的阳极氧化液，得到的Al2O3膜结构不同。阳极氧化时，铝表面的氧化膜的成长包含两个过程：膜的电化学生成和化学溶解过程。只有膜的成长速度大于溶解速度时，氧化膜才能成长、加厚。普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等，以下介绍一些普通阳极氧化新工艺[骐骥导航https://www.doczj.com/doc/c98213937.html,：机械网址导航]。 2.1.1 宽温快速阳极氧化[1] 硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下，当溶液的温度高于25℃时，氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差，因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进，改进后的溶液配方为： 硫酸（ρ＝1.84g／cm3）150－200g／ L（最佳值160g／L） CK－LY添加剂20－35g ／L （最佳值30g／L） 铝离子 0.5－20g ／L （最佳值5g／L） CK－LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐，前者能提高电解液的工作温度，抑制阳极氧化膜的化学溶解，在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用；后者能增强电解液的导电性，提高电流密度，加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸电解液，对电解液中的金属离子有络合作用，使溶液中铝离子的容忍量提高，氧化液的寿命延长，操作温度可达30℃以上，而普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机；同时减少了氧化时间，并可获得高质量的氧化膜。 2.1.2 硼酸－硫酸阳极氧化[2] 硼酸－硫酸阳极氧化是取代铬酸阳极氧化的一种薄层阳极氧化新工艺。硼酸－硫酸阳极氧化溶液的组成为：45g/L H2SO4＋8g/L H3BO3。 阳极氧化膜退膜溶液：按ASTMB137(美国实验材料标准)规定溶液，即：20g/L CrO3＋3 5mL/L H3PO4。
铝合金阳极氧化与表面处理技术第一章引论 1. 铝及铝合金的性能特点密度低；塑性好；易强化；导电好；耐腐蚀；易回收；可 焊接；易表面处理 2. 简述铝合金的腐蚀性及其腐蚀形态 1）腐蚀性：（1）酸性腐蚀：铝在不同的酸中有不同腐蚀行为，一般在氧化 性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐 蚀”现象。局部腐蚀；（2）碱性腐蚀：铝在碱性溶液中的腐 蚀，碱能与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应 生成偏铝酸钠和氢气。全面腐蚀；（3）中性腐蚀：在中性盐溶 液中，铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或者阳离子的作用发 生腐蚀。点腐蚀。 2）腐蚀形态：点腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀和层状腐蚀等 点腐蚀：最常见的腐蚀形态，程度与介质和合金有关 电偶腐蚀：接触腐蚀，异（双）金属腐蚀，在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较正的金属 受到保护的腐蚀现象。 缝隙腐蚀：两个表面接触存在缝隙，该处充气溶解氧形成氧浓差原电池，使缝隙内产生腐蚀。 晶间腐蚀：与热处理不当有关，合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极，而构成腐蚀电池。 丝状腐蚀：丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜的下面。丝状腐蚀与合金成 分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有适度、温度、氯化物； 层状腐蚀：剥层腐蚀，也叫剥蚀。 3. 铝合金表面处理技术包括哪几个方面？表面机械预处理（机械抛光或扫纹等） （2）化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）（3）电化学处理（阳极氧化或电镀等）（4）物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其物理表面技术改性）等。 搪瓷珐琅：将无机物的混合物熔融成不同熔点玻璃态物质。 4. 铝合金阳极氧化膜的特性有哪些？有：耐蚀性；硬度和耐磨性；装饰性；有机涂 层和电镀层附着性；电绝缘性；透明性；功能性 第二章铝的表面机械预处理 1. 预处理的目的：（1）提高良好的表观条件和表面精饰质量。（2）提高产品品 级。（3）减少焊接的影响。（4）产生装饰效果。（5）获得干净表面。 2. 磨光操作要求 （1）磨料种类和粒度的选择：根据工件材料的软硬程度、表面状况和质量要求等选用；表面越硬或越粗糙则用较硬及较粗的磨料。
阳极氧化的原理及相关知识 铝/铝合金阳极氧化的原理 内容：以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧 化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时，将发生以下的反应： 在阴极上,按下列反应放出H2 : 2H + +2e 宀H2 在阳极上,40H -4e T 2H2O + O2, 析出的氧不仅是分子态的氧（02）,还包括原子氧（0）,以及离子氧（0-2）,通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的1203膜：4A1 + 302 = 2A12O3 + 3351J 应指出，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多，归纳起来有以下几种分类方法：按 电流型式分有：直流电阳极氧化；交流电阳极氧化；以及可缩短达到要求厚度的生产时间，膜层既厚又均匀致密，且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性质分有：普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍，这是因为它具有适用于铝及大部分铝 合金的阳极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色 透明、吸附能力强极易着色；处理电压较低，耗电少；处理过程不必改变电压周期，有利于连续生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小，货源广，价格低等优点。近十年来，我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材，它们的表面处理生产线 都是采用这种方法。 铝及铝合金阳极氧化法综述
铝合金阳极氧化前处理工艺是决定产品外观质量的重要环节，型材机械纹的去除、起砂、亚光、增光等多种质量要求均由前处理工艺决定。传统的前处理工艺分为三种：（1）、碱蚀工艺：由除油→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→氧化组成，即型材经除油后，在碱蚀槽中经碱蚀处理去除机械纹和自然氧化膜、起砂，然后经出光槽除去表面黑灰，即可进行阳极氧化。该工艺的核心工序是碱蚀，型材的表面平整度、起砂的好坏等均由该工序决定。为了达到整平机械纹的目的，一般需碱蚀12-15分钟，铝耗达40-50Kg/T，碱耗达50Kg/T。如此高的铝耗，既浪费资源，又带来严重的环保问题，增加废水处理成本。该工艺已采用了100多年，全球大部分铝材厂沿用至今，直到近两年，才由酸蚀逐渐取代。 （2）、酸蚀工艺：由除油→水洗→酸蚀→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→氧化组成。型材经除油后先酸蚀，后碱蚀，出光，完成前处理。该工艺的核心工序是酸蚀，去机械纹、起砂等均由酸蚀决定。不同于碱蚀，酸蚀的最大优点是去机械纹能力强、起砂快、铝耗低，一般3-5分钟即可完成，铝耗几乎是碱蚀的1/8-1/6。从工作效率和节约资源的角度看，酸蚀无疑是碱蚀工艺的一大进步。然而，酸蚀的环保问题更加突出：酸槽的有毒气体HF的逸出及水洗槽Fˉ的污染。氟化物一般都有剧毒，处理更加困难。另外，酸蚀处理后，型材外观发黑发暗，尽管不得已延续了碱蚀和出光，可增亮一些，但仍然很暗，既增加了工序，又损失了光泽，这些问题至今还没有有效的解决方案。 （3）、抛光工艺：由除油→水洗→抛光→水洗组成，型材经除油后即放入抛光槽，经2-5分钟抛光后，可形成镜面，水洗后可直接氧化。该工艺的核心工序是抛光，去纹、镜面都在抛光槽完成。抛光具有铝耗低、型材光亮的优点，但抛光槽的NOx的逸出，造成严重的环境污染及操作工的身体伤害，同时，昂贵的化工原料成本等因素也制约了该工艺的推广。通观上述三种工艺，虽各有特点，但缺点也比较突出，如碱蚀铝耗高、碱渣多、工效低；酸蚀氟化物污染、型材发暗；抛光污染严重，成本过高等等。这些工艺要么污染了环境，要么浪费了铝资源，要么降低了铝材表面质量，亟待进行工艺改进。 二、整平光亮工艺所谓整平光亮工艺，是继抛光、碱蚀、酸蚀之后推出的一项 新的表面前处理工艺，是对碱蚀、酸蚀工艺的深刻改造和变革，它既具有酸蚀铝耗低、去机械纹能力强、起砂快的优点，又具有抛光的亮丽，但却根本杜绝了抛光NOx污染、酸蚀氟化物污染、碱蚀碱渣污染等弊端，是一项颇具前途、具有革命性的新工艺。 (一)、工艺流程整平光亮工艺比酸蚀、碱蚀要简单得多，甚至比抛光工艺都简单，主要由下述工序组成：整平光亮→水洗→氧化。本工艺的核心是整平光亮，整平机械纹、起砂、光亮等均由整平光亮槽完成，整平光亮后即可氧化，省去除油、碱蚀、中和等工序。 (二)、型材外观经过整平光亮技术处理过的型材具有三大特点：1、平整：在整平剂作用下，1-5分钟内，可完全去掉机械纹，表面特别平整。2、细砂：在起砂剂的作用下，型材表面起了一层均匀细砂，是喷砂和酸蚀技术很难达到的。3、光亮：在光亮剂的作用下，型材表面非常光亮，几乎可跟抛光材媲美。 (三)、适用范围1、建筑型材：银白料经整平光亮后，表面非常平整、光亮、砂粒细腻均匀；着色、染色与整平光亮技术的结合，使得型材表面象经过打蜡处理后一样鲜艳；电泳与整平光亮技术的结合能大幅度提高型材档次。2、工业用材：汽车轮毂、自行车圈、自行车架等用铝合金制成的各类工业用材都可用整平光亮技术处理，以取代机械抛光，提高生产效率及产品档次。3、家用电器：很多家用电器铝制外壳，都可借助本技术提高外观质量。灯饰及装饰用材也可借用本技术。 (四)、工艺规范1、开槽：整平光亮液(开槽液) 2、生产：温度：95－110℃时间：1-5min 3、添加：当槽液液面不能满足生产要求时，应及时补充添加液。补充添加液时一定要补充到初始液位。添加后，应充分搅拌槽液，然后开始生产。 4、管理：整平光亮槽管理非常
铝合极氧化与表面处理技术 第一章引论 1.铝及铝合金的性能特点 密度低；塑性好；易强化；导电好；耐腐蚀；易回收；可焊接；易表面处理 2.简述铝合金的腐蚀性及其腐蚀形态 1）腐蚀性：（1）酸性腐蚀：铝在不同的酸中有不同腐蚀行为，一般在氧化性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐 蚀”现象。局部腐蚀；（2）碱性腐蚀：铝在碱性溶液中的腐蚀， 碱能与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应生 成偏铝酸钠和氢气。全面腐蚀；（3）中性腐蚀：在中性盐溶液中， 铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或者阳离子的作用发生腐 蚀。点腐蚀。 2）腐蚀形态：点腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀和层状腐蚀等 点腐蚀：最常见的腐蚀形态，程度与介质和合金有关 电偶腐蚀：接触腐蚀，异（双）金属腐蚀，在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较正的 金属受到保护的腐蚀现象。 缝隙腐蚀：两个表面接触存在缝隙，该处充气溶解氧形成氧浓差原电池，使缝隙产生腐蚀。 晶间腐蚀：与热处理不当有关，合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极，而构成腐蚀电池。 丝状腐蚀：丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜的下面。丝状腐蚀与合 金成分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有适度、温度、氯 化物； 层状腐蚀：剥层腐蚀，也叫剥蚀。 3.铝合金表面处理技术包括哪几个方面？ 表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）（2）化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）（3）电化学处理（阳极氧化或电镀等）（4）物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其物理表面技术改性）等。
铝合金的阳极氧化 摘要：阳极氧化是指在适当的电解液中，以金属作为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。铝及铝合金的阳极氧化所用的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液，铅为阴极，仅起导电作用。本文主要介绍铝合金分别在40min 和60min下进行阳极氧化的实验过程及结果分析。 关键词：铝合金阳极氧化氧化膜厚度 前言 铝合金的阳极氧化处理和表面涂覆技术是铝合金扩大应用范围、延长使用期限的关键，表面技术一直受到我国铝合金材料工业特别关注，并且已经取得了巨大的进步和发展。 阳极氧化是现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。铝及其合金材料广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀，它的易成型加工以及优异的物理、化学性能，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能。 铝合金阳极氧化氧化膜的应用： （1）多孔材料：利用氧化膜的多孔性，可在微孔中沉积功能性微粒，得到功能性材料。多孔结构可使膜层表现出良好的吸附能力，可作为涂镀层的底层，也可将氧化膜染色，提高金属的装饰效果。 （2）耐磨材料：铝氧化膜具有很高的强度，可以提高金属表面的耐磨性。（3）耐蚀材料：铝氧化膜在空气中很稳定，具有较好的耐蚀性。 （4）电绝缘材料：用作电解电容器的电介质或电器制品的绝缘层。 （5）绝热材料：铝氧化膜是很好的绝热层，稳定性可达1500℃，且氧化膜的热导率很低，可防止铝的熔化。 （6）阳极氧化膜与基体金属的结合力很强，很难用机械方法将它们分开。 工艺
除油→热水洗→冷水洗→除锈→冷水洗→阳极氧化→取出热水封闭→检测 实验方案 第一步：样品准备 准备铝合金样品，用游标卡尺测其浸入电解液中的大概面积，计算出阳极氧化时需要控制的电流大小。 第二步：实验试剂配制 1、除油液配制：白猫洗涤剂2～3滴磷酸钠：25g/L 氢氧化钠： 5g/L 硅酸钠：10g/L 2、硝酸：250ml/L 3、硫酸：180g/L 第三步：除油 1、水浴锅加热温度：70℃ 铝合金除油时间：1min 2、热水洗 3、冷水洗 第四步：除锈 酸洗：硝酸250ml/L 室温下：30s 取出冷水洗，最好密封在冷水中防止在空气里氧化 第五步;阳极氧化 将试样取出接上电源做为阳极，用铅做阴极，本次实验中电流大致控制在0.4A 左右,最初的电流会很大，后来电流会变小，实验过程中要调节电源控制好电流。铅—阴极电压：10～22V 电流密度：0.5～2.5A/dm2 阳极氧化膜形成机理： 阳极反应： H2O-2e→O+2H+2Al+3O→Al2O3 阴极反应： 2H++2e→H2↑ 氧化膜的生成与溶解同时进行，氧化初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜的厚
铝及铝合金阳极氧化性能介绍 为什么有些铝材可以阳极氧化着色有些铝材不可以阳极氧化着色？ 一、阳极氧化的原理 阳极氧化处理是利用电化学的方法，在适当的电解液中，以合金零件为阳极，不锈钢、铬、或导电性电解液本身为阴极，在一定电压电流等条件下，使阳极发生氧化，从而使工件表面获得阳极氧化膜的过程。按其电解液的种类及膜层性质可分为硫酸（可以着色）、铬酸、（不需着色）、混酸、硬质（不能着色）和瓷质阳极氧化；根据各种阳极氧化膜的染色性能，只有硫酸阳极氧化获得的氧化膜最适宜染色；其他如草酸、瓷质阳极氧化膜（微弧氧化）虽能上色，但干扰色严重；铬酸阳极氧化膜或硬质氧化膜均不能上色；综合所述，要达到阳极氧化上色的目的，仅有硫酸阳极氧化可行。 二、硫酸阳极氧化对铝合金材质的限制 1、合金元素的存在会使氧化膜质量下降，同样条件下，在纯铝上获得的氧化膜最厚，硬度最高，抗蚀性最佳，均匀度最好。铝合金材料，要想获得好的氧化效果，要确保铝的含量，通常情况下，以不低于95%为佳。 2、在合金中，铜会使氧化膜泛红色，破坏电解液质量，增加氧化缺陷；硅会使氧化膜变灰，特别是当含量超过4.5%时,影响更明显；铁因本身特点，在阳极氧化后会以黑色斑点的形式存在。 三、铝合金基础知识 工业中使用的铝合金有两大类，即变形铝合金和铸造铝合金。 1、变形铝合金
不同牌号的变形铝合金具有不同的成分、热处理工艺和相应的加工形态，因此它们分别具有不同的阳极氧化特性。按照铝合金系，从强度最低1xxx系纯铝到强度最高7xxx系铝锌镁合金。 1xxx系铝合金又称“纯铝”,一般不用于硬质阳极氧化。但在光亮阳极氧化和保护性阳极氧化具有很好的特性。 2xxx系铝合金又称“铝铜镁合金”，由于合金中的Al-Cu金属间化合物在阳极氧化时易溶解，因此难以生成致密的阳极氧化膜，在保护性阳极氧化时，其耐腐蚀性更差，因此此系列的铝合金不易阳极氧化。 3xxx系铝合金又称“铝锰合金”，不会使阳极氧化膜的耐腐蚀性下降，但是由于Al-Mn金属间化合物质点，会使阳极氧化膜呈现灰色或灰褐色。 4xxx系铝合金又称“铝硅合金”，由于此合金含有硅成分，会使阳极氧化膜呈灰色，硅含量越高，颜色越深。因此也不易阳极氧化。 5xxx系铝合金又称“铝美合金”，是一种用途较广的铝合金系，耐蚀性也好，可焊性也好。此系列铝合金可以阳极氧化，如果镁含量偏高时，其光亮度不够。典型的铝合金牌号：5052。 6xxx系铝合金又称“铝镁硅合金”，在工程应用尤为重要，主要用于挤压型材，此系列合金可以做阳极氧化，典型的牌号：6063，6463（主要适用于光亮阳极氧化）。强度高的6061和6082合金的阳极氧化膜不能超过10μm，否则会使阳极氧化膜呈现浅灰色或黄灰色，其耐腐蚀性也明显低于6063和6463。 2、铸造铝合金 铸造铝合金和压铸件一般含有较高的硅含量，阳极氧化膜都是呈深色的，不可能得到无色透明的氧化膜，随着硅含量的增加，阳极氧化膜的颜色从浅灰色到深灰色直至黑灰色。因此铸造铝合金不适合于阳极氧化。 常用压铸铝合金的主要分类及成分构成： 常用的压铸铝合金，主要可以分为三大类；一是铝硅合金，主要包含YL102（ADC1、A413.0等)、YL104（ADC3、A360）；二是铝硅铜合金，主要包含YL112（A380、ADC10）、YL113（A383、ADC12）、YL117（B390、ADC14）；三是铝镁合金，主要包含302（5180、ADC5、ADC6）。 对于铝硅合金、铝硅铜合金，顾名思义，其成分除铝之外，硅与铜是主要构成；通常情况下，硅含量在6-12%之间，主要起到提高合金液流动性的作用；铜含量仅次之，主要起到增强强度及拉伸力的作用；铁含量通常在0.7-1.2%之
铝合金的阳极化处理 铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-1介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。 一、阳极氧化处理的一般概念 1、阳极氧化膜生成的一般原理 以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。 2、阳极氧化电解溶液的选择 阳极氧化膜生长的一个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。适用于阳极氧化处理的酸性电解液见表-2。 化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性子分有：普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。铝及铝合金常用阳极氧化方法和工艺条件见表-3。其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。 4、阳极氧化膜结构、性质 阳极氧化膜由两层组成，多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的，后者称为阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究，膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔，它们贯穿膜外层直至氧化3、阳极氧化的种类 阳极氧化按电流形式分为：直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、脉冲电流阳极氧膜与金属界面的阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。阻挡层是又无水的氧化铝所组成，薄而致密，具有高的硬度和阻止电流通过的作用。阻挡层厚约0.03-0.05μm，为总膜后的0.5%-2.0%。氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成，此外还含有电解液的阳离子。当电解液为硫酸时，膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的，它们都与阳极氧化条件密切相关。 二、直流电硫酸阳极氧化 1、氧化膜成长机理 在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化时间的延长，膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。其内层（阻挡层、介电层、活性层）厚度至氧化结束基本都不变，位置却不断向深处推