浅谈铝合金的化学氧化

铝和铝合金导电氧化工艺的研究与应用摘要：铝及铝合金化学氧化后涂漆，可大大提高基体与涂层的结合力，并增强铝材的抗蚀能力。

常规的铝阳极氧化膜由于表面电阻大而无法满足产品的电磁屏蔽性能要求。

为提高铝氧化膜的电磁屏蔽性和耐蚀性，提出了一种铝合金导电氧化工艺。

介绍了其原理、工艺流程及工艺维护，测量了所得膜层的外观、导电性和耐蚀性。

结果表明，该工艺所得氧化膜无色透明、导电性好，且具有一定的耐蚀性。

关键词: 铝铝合金氧化导电一、前言：铝及铝合金具有质量轻、易于加工、装饰性好等优良性能。

但未经防护处理的裸铝耐蚀性差、表面硬度低，磨损后表面产生一层黑灰，所以通常采用阳极氧化对铝材进行防护处理。

阳极氧化是在通电的情况下，把铝制零件放入电解槽中，零件作阳极，不锈钢作阴极，在零件表面产生一层较致密的氧化铝膜层。

阳极氧化膜虽然防护性好、耐磨损，但其电阻高，不导电。

科技的快速发展使集成电路广泛用于各个领域中，集成电路与晶体管相比虽然有体积小、效率高等优点，但却存在抗干扰性差的致命缺点，这种缺点使得产品的稳定性和可靠性严重下降。

因此在电子产品设计中，往往要求盛装集成电路的外壳机箱整体有良好的导电性。

铝及铝合金经导电氧化工艺后所获的氧化膜具有导电性能，这是其特有的性能，而且膜层的防护与装饰性能良好。

铝及铝合金导电氧化工艺操作简便，无需专用设备。

近年来，有关导电氧化膜层易于吸附有机涂料结合力良好得到进一步认识，因而在油漆和电泳涂料基底的应用也逐步开展。

下面简述工艺全过程。

二、原理铝及铝合金的表面处理工艺有阳极氧化和化学氧化，化学氧化膜导电，但通常呈彩虹色，影响产品美观。

我们在化学氧化工艺的基础上进行摸索，成功研制出导电氧化处理工艺。

该工艺是将铝件放在含有铬酐、磷酸的酸性溶液中化学处理，获得一层导电性良好又有一定防护性能的透明保护膜。

铝成膜反应式为:Al + CrO3 + 2H3PO4 →AlPO4 + CrPO4 +3H2O三、前处理（1）除油铝在空气中极不稳定，易生成用肉眼也难以识别的氧化膜。

铝合金本色导电氧化
铝合金本色导电氧化通常指的是在铝合金表面进行的一种化学导电氧化处理，旨在提高其电磁屏蔽性能和耐腐蚀性。

具体来说，铝合金本色导电氧化涉及以下几个要点：
1. 氧化膜特性：化学导电氧化后的氧化膜无色透明，膜层厚度较薄，约为0.3～0.5μm，因此具有较好的导电性。

这使得经过导电氧化处理的铝合金部件适用于需要保持一定导电性的场合。

2. 工艺流程：铝合金本色导电氧化的典型工艺流程包括：除油、水洗、碱液腐蚀、精蚀、硝酸酸洗等步骤，最终形成一层氧化铝膜。

3. 影响因素：溶液温度和氧化时间是影响导电氧化质量的两个主要因素。

溶液温度过高可能会导致成膜速度加快，但同时氧化膜容易出现粉化等问题。

4. 与阳极氧化的区别：化学导电氧化（化学氧化）不需要通电，是通过化学反应在铝合金表面形成氧化膜的过程，而阳极氧化则需要在外加电流的作用下进行。

综上所述，铝合金本色导电氧化是一种有效的表面处理方法，它不仅能够提升铝合金的耐腐蚀性和电磁屏蔽能力，还能够保持材料的本色和良好的导电性，适合在电子设备等领域应用。

阳极氧化和化学氧化的区别★阳极氧化的概念:铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下,由于外加电流的作用下,在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的过程.阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧1、阳极氧化的作用☆防护性☆装饰性☆绝缘性☆提高与有机图层的结合力.☆提高与无机覆盖层的结合力☆开发中的其它功能2、铝合金的化学转化膜处理(化学氧化，钝化，铬化)★铝合金的化学转化膜通过化学氧化取得，可参考美军标MIL-C-5541。

★为什么要进行铝合金的化学转化膜处理☆加强铝合金的防锈能力。

☆可以起稳定接触电阴的作用。

(曾经一客户产品要求导电氧化，其目的就是起稳定接触电阻及导电作用)☆转化膜较薄(约0.5~4um)，质软、导电、多孔，有良好的吸附能力，通常做为油漆或其他涂料的底层。

☆不改变材料的机械性能。

☆设备简单、操作方便、价格便宜。

☆不影响工件尺寸。

★转化膜厚度铝合金表面的化学转化膜较薄约0.5~4um，转化膜是一种凝胶体，很难直接测量，通常只是称量工件化学氧化前后的重量，或以表面色泽和盐雾试验来判断氧化膜的耐蚀能力。

★划伤后的防腐功能铝合金表面的化学转化膜是一种凝胶体，此胶体在转化膜划伤后可以移动，划伤痕周围的凝胶会移动至划伤表面，结合在一起，继续、阻挡铝合金被腐蚀，仍然有防腐功能。

★颜色铝合金化学转化膜的色泽有灰色、白色、草绿色、金黄色、彩虹色，转化膜的最终色泽，由采用的转化膜药水、操作工艺条件有关。

3、阳极氧化与导电氧化的区别1).阳极氧化是在通高压电的情况下进行的，它是一种电化学反应过程;导电氧化(又叫化学氧化)不需要通电，而只需要在药水里浸泡就行了，它是一种纯化学反应。

2).阳极氧化需要的时间很长，往往要几十分钟，而导电氧化只需要短短的几十秒。

3).阳极氧化生成的膜有几个微米到几十个微米，并且坚硬耐磨，而导电氧化生成的膜仅仅0.01—0.15微米左右。

耐磨性不是很好，但是既能导电又耐大气腐蚀，这就是它的优点。

铝及铝合金的电化学氧化(导电氧化):在电解质溶液中,具有导电表面的制件置于阳极,在外电流的作用下,在制作表面形成氧化膜的过程称为阳极氧化,所产生的膜为阳极氧化膜或电化学转化膜.电化学氧化膜与天然氧化膜不同,氧化膜为堆积细胞结构,每个细胞为一个六角柱体,其顶端为一个圆弧形且具六角星形的细孔截断面.氧化膜有两层结构.靠近基体金属的是一层致密且薄,厚度为0.01~0.05μm的纯AL2O3膜,硬度高,此层即为阻挡层;外层为多孔氧化膜层,由带结晶水的AL2O3组成,硬度较低.电化学氧化按电解液的主要成分可分为:硫酸阳极氧化,草酸阳极氧化,铬酸阳极氧化;按氧化膜的功能可分为:耐磨膜层,耐腐蚀膜层,胶接膜层,绝缘膜层,瓷质膜层及装饰氧化.另外铝的表面处理可以用电镀的方式,提高硬度先镀底铜再镀硬铬,装饰可以镀装饰铬,另外阳极氧化也可进行着色处理《材料工程丛书-表面处理手册》1 氧化染色原理众所周知，阳极氧化膜是由大量垂直于金属表面的六边形晶胞组成，每个晶胞中心有一个膜孔，并具有极强的吸附力，当氧化过的铝制品浸入染料溶液中，染料分子通过扩散作用进入氧化膜的膜孔中，同时与氧化膜形成难以分离的共价键和离子键。

这种键结合是可逆的，在一定条件下会发生解吸附作用。

因此，染色之后，必须经过封孔处理，将染料固定在膜孔中，同进增加氧化膜的耐蚀、耐磨等性能。

2 阳极氧化工艺对染色的影响在氧化染色整个流程中，因为氧化工艺原因造成染色不良是比较普遍的。

氧化膜的膜厚和孔隙均匀一致是染色时获得均匀一致颜色的前提和基础，为获得均匀一致的氧化膜，保证足够的循环量，冷却量，保证良好的导电性是举足轻重的，此外就是氧化工艺的稳定性。

硫酸浓度，控制在180—200g／l。

稍高的硫酸浓度可促进氧化膜的溶解反应加快，利于孔隙的扩张，更易于染色；铝离子浓度，控制在5—15 g／l。

铝离子小于5g／l，生成的氧化膜吸附能力降低，影响上色速度，铝离子大于15g／l时，氧化膜的均匀性受到影响，容易出现不规则的膜层。

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。

铝及铝合金的氧化处理的方法主要有两类：①化学氧化，氧化膜较薄，厚度约为0.5～4微米,且多孔，质软，具有良好的吸附性，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和抗蚀性能均不如阳极氧化膜；②电化学氧化，氧化膜厚度约为5～20微米（硬质阳极氧化膜厚度可达60～200微米），有较高硬度，良好的耐热和绝缘性，抗蚀能力高于化学氧化膜，多孔，有很好的吸附能力。

7.3.1铝及铝合金的化学氧化处理铝及铝合金的化学氧化处理设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，适用范围广，不受零件大小和形状的限制。

铝及铝合金化学氧化的工艺按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类。

按膜层性质可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸－磷酸盐膜。

<1>铝及铝合金碱性铬酸盐化学氧化溶液的配方及工艺条件如表7－4。

注：①配方1，2适用于纯铝，铝镁合金，铝锰合金和铝硅合金的化学氧化。

膜层颜色为金黄色，但后二种合金上得到的氧化膜颜色较暗。

碱性氧化液中得到的膜层较软，耐蚀性较差，孔隙率较高，吸附性好，适于作为涂装底层。

②配方3中加入硅酸钠，获得的氧化膜为无色，硬度及耐蚀性略高，孔隙率及吸附性略低，在硅酸钠的质量分数为2％的溶液中封闭处理后可单独作为防护层用，适合于含重金属铝合金氧化用。

③工件经氧化处理后为提高耐蚀性，可在20g/L的CrO溶液中，室温3下钝化处理5～15s，然后在低于50℃温度下烘干。

<2>铝及铝合金酸性铬酸盐化学氧化溶液配方及工艺条件如表7－5。

注：①配方1得到的氧化膜较薄，韧性好，耐蚀性好，适用于氧化后需变形的铝及铝合金，也可用于铸铝件的表面防护，氧化后不需要钝化或填充处理。

②配方2溶液pH值为1.5～2.2,得到的氧化膜较厚，约1～3微米,致密性及耐蚀性都较好，氧化后零件尺寸无变化，氧化膜颜色为无色至浅蓝色，适用于各种铝及铝合金氧化处理。

在配方2溶液中氧化处理后零件应立即用冷水清洗干净，然后用重铬酸钾40～50g/L溶液填充处理（PH＝4.5～6.5时用碳酸钠调整），温度90～95℃,时间5～10分钟，清洗后在70℃烘干。

铝合金化学氧化膜常用的处理方法化学氧化膜常用的处理方法有与铬酸盐有关的碱性溶液氧化法，铬酸盐法及磷酸盐法以及新发展的多种无铬转化处理方法。

目前铝及其合金化学氧化处理液大多以铬酸（盐）法为主，按溶液酸碱性和酸性两类。

按溶液的组成可分为：1.以碳酸钠为主体；2.以铬酸或重铬酸盐为主体；3.以氟化物为主体；4.以磷酸为主体。

而所生成的化学氧化膜组成由主要取决于化学氧化处理液的成分。

含有铬酸盐的处理方法如下。

1.碱性溶液氧化法该法是传统的铝及其合金化学氧化处理方法，其处理液主要使用氢氧化钠、碳酸钠、铬酸钠等。

2.铬酸盐法铬酸盐法最早是于1915年由德国的Bauer和Vogel提出，简称BV法，其处理液为碳酸钾、碳酸钠、重铬酸钾等。

德国人GustavEckert对BV法进行了改进，形成MBV法，其处理液为碳酸钠、铬酸钠。

铬酸盐还原成氧化铬，进入铝的氧化膜中，使氧化膜成为灰色。

一般来说，在氧化性溶液中添加重金属氧化物时，它们将被还原成低价氧化物或单质金属，成为氧化膜的组成部分，使氧化膜呈现各种颜色。

用MBV法处理纯铝或含Mg、Mn、Si的合金效果最好，对含铜铝合金也有效，但对硬铝系合金或含铜及其他重金属多的铝合金，即使把处理时间缩短到1至1.5min，所形成的氧化膜也是粗糙疏松的。

3.磷酸－铬酸盐法该法最早于1945年出现于美国，处理液主要含有H3PO4、F-和铬酸，pH＝1.5－3.0.磷酸－铬酸盐法的氧化膜组成为AlPO4、CrPO4和Al2O3.3H2O，属非晶质膜。

该法所得的氧化膜的最大优点是不存在六价离子，因此可作为食品包装和装饰村料的保护膜。

4.无铬转化处理方法铝及其合金的铬酸盐处理和磷酸－铬酸盐处理，就其功能来说已经满足各种要求，国内外对此研究与应用也取得一定进展。

但由于六价铬对人体的危害性和含铬废水及残渣的处理费用十分昂贵，随着高新科技产业的迅猛发展和人们生活水平的快速提高。

各国和地区都相继立法禁止使用铬，因而需要开发新的、防腐蚀性能好、工艺操作稳定的环保型无铬化学转化处理技术，以替代传统的铬酸盐处理工艺。