铝与铝合金的氧化处理

铝及铝合金彩色导电氧化工艺介绍铝及铝合金经导电氧化工艺处理之后，所获的氧化膜仍有优良的导电性能，这是其特有的性能，而且膜层的防护及装饰性能也很好，纯铝表面的膜层色彩比锌层彩虹色钝化膜更雅致，具有较浅且均匀的细纹色彩，是很有应用前景和推广价值的工艺。

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，结合力良好的认识得到进一步的提高，因而用作涂装（电泳、喷漆）基底的应用范围也得到逐步扩大。

预处理工艺中需要注意的具体细节铝质材料在空气中是极不稳定的，容易生成用肉眼也难以识别的氧化膜。

由于铝件加工工艺方法的不同，如铸造成型，或是由延压板材直接剪切而成，或是机械精细加工成型，或是经不同工艺成型后又经热处理或焊接等，工件表面都会呈现不同状态，不同程度的污物或痕迹，为此在前处理工序中必须根据工件表面的实际情况选择前处理的工艺方法。

（1）精细加工件在前处理工序中需要注意的问题：精细加工件虽然表面的自然氧化膜才初生成，较易清除，但油腻重，特别是孔眼内及其周围（因机加工过程中润滑需要而添加的）这类工件必须先经有机溶剂清洗，若直接用碱洗不但油腻重难以除净，且精细加工面承受不了长时间的强碱腐蚀，结果还会影响到工件表面的粗糙程度和公差的配合，最终有可能成为废品。

（2）铸造成型件在前处理工序中需要注意的问题。

铸造成型件并非所有表面都经过机械加工，未经机加工的表面留有浇铸过程中形成的过厚氧化层，有的还夹有砂层，此时应先用机加工或喷砂方法先除去这一部位的原始氧化膜，或是经碱洗后再加工，只有这样才能既除净未加工部位的原始氧化层，又可避免机加工部位公差尺寸的改变。

（3）经过热处理或焊接工艺的工件在前处理工序中需要注意的问题：按工艺要求，工件转入热处理或焊接工序之前需经有机溶剂清洗，除净表面油污，但目前一般做不到这一点，故工件表面形成一层油污烧结的焦化物，这层焦化物在有机溶剂中是难以除净的，若浸泡在碱液中会引起局部腐蚀，产生麻点或造成凹凸不平，严重影响产品质量。

铝合金表面处理原理第一章概述一、铝及铝合金表面处理的目的：（主要指阳极氧化）1、防腐蚀天然氧化膜→薄，阳极氧化膜→厚≥10μm漆膜→耐磨、耐蚀、耐光、耐候2、防护—装饰形成微孔人工氧化膜后，可染成各种颜色和图案。

3、功能作用绝缘性≥100μm微孔渗渍硫化钼润滑剂→摩擦系数↓电沉积磁性金属→磁性录音盘、记忆元件等等。

二、铝及其合金表面处理的分类机械法、化学法、电化学法、阳极化膜后处理（见后面附录）三、铝型材表面处理产品种类目前市场上常见的有：1）阳极氧化（银白、砂白料）2）阳极氧化+ 电解着色（浅古铜、古铜、黑色等）3）电泳涂漆4）静电喷漆、氟碳喷漆5）静电粉末喷涂第二章铝材阳极氧化前的处理铝合金建筑型材生产工艺流程：铝材装架→脱脂→水洗→碱蚀→水洗（二道）→中和（出光）→水洗→阳极氧化（DC法）→水洗→封孔水洗→着色（AC→水洗→卸架第一节装架一、方式：横吊式、竖吊式纵吊式特点：1、适合大批量生产：每批可装载大量铝材2、减少装卸工人：减轻了装卸时的劳动力3、降低生产成本：溶液带出量少，减少化学品消耗量，夹具不浸入处理液中，减少夹具消耗量。

4、减少用水量：带出水量减少，耗水量及废水处理量减少。

适于生产能力在600吨/月以上。

目前，一般采用横吊式为多。

二、注意事项：（横吊式）1）铝材要有一定倾角（3º~ 5º）→便于氧化时气泡逸出。

2）扎料要紧，导电杆脱模要干净→保证导电良好。

3）每根料之间间距应保证→防止色差。

4）避免不同型号、长度的料扎在一起着色→防止色差。

5）每次上料面积要一定，最好是对极面积的80%，最大100%。

第二节脱脂处理一、目的：除去制品表面的工艺润滑油、防锈油及其他污物，以保证在碱洗工序中，制品表面腐蚀均匀和碱洗槽的清洁，从面提高氧化制品质量。

二、油脂种类：动物油、植物油→属皂化油，可与苛性碱发生皂化反应矿物油→属非皂化油，不与苛性碱发生皂化反应锯切液三、脱脂方法与原理1）有机溶剂：酒精、煤油、汽油、丙酮、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳等。

铝和铝合金的阳极氧化标准
铝和铝合金的阳极氧化标准通常按照以下步骤进行：
1. 材料要求：材料应符合适用的铝合金标准，并满足各种机械和物理性能的要求。

2. 表面预处理：在阳极氧化之前，表面应进行适当的清洗和预处理，以确保镀膜附着力。

3. 氧化电流密度：氧化时应适当控制氧化电流密度，以确保获得预期的氧化膜厚度。

4. 酸洗和封孔：氧化后，通常需要进行酸洗和封孔处理，以进一步提高氧化膜的耐腐蚀性能。

5. 镀膜厚度和颜色：对于不同的应用，有不同的要求，氧化膜的颜色和厚度也有相应的要求。

常见的颜色有黑色、透明、带色等。

以上步骤完成后，还需要根据具体的应用场景和要求进行后续处理，例如电泳表面处理、粉末喷涂等。

需要注意的是，具体的阳极氧化标准可能因不同的应用领域和产品类型而有所不同。

因此，在实际操作中，建议参考相关行业标准和具体产品要求进行操作。

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。

铝及铝合金的阳极氧化工艺与参数指导1 铝及铝合金阳极氧化处理的起因铝及其合金在大气中其表面会自然形成一层厚度为40 ~ 50 A薄的氧化膜。

虽然能使金属稍微有些钝化，但由于它太薄，孔隙率大，机械强度低，不能有效地防止金属腐蚀。

经过阳极氧化处理，可以使铝及其合金表面获得一层比自然氧化膜厚得多的致密膜层(从几十微米甚至到几百微米)。

这层人工氧化膜再经过封闭处理，无晶型的氧化膜转变成结晶型的氧化膜，孔隙也被封闭，因此使金属表面光泽能长久不变，抗蚀性能、机械强度都有所提高，经染色还可获得装饰性的外观。

由于铝及其合金制品经过阳极氧化后具有许多特点，所以铝阳极氧化工艺在铝制品表面处理中广为应用。

经过阳极氧化后的铝制品耐蚀能力很好。

硫酸阳极氧化法所得的氧化膜厚度可在5 - 20微米之间，硬度较高，孔隙率大，吸附性强，容易染色和封闭。

而且具有操作简便、稳定、成本低等特点，故应用最为广泛。

2 铝及铝合金阳极氧化上膜原理当把零件挂在阳极上，阴极用铅棒，通入电流后，发生如下反应：阴极上 2H+ + 2e → H2 ↑阳极上 Al-3e → Al3+6OH- → 3H2O+3O2-2Al3+ + 3O2- → Al2O3 + 399 (卡)硫酸还可以与Al、Al2O3 发生反应2Al + 2H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑Al2O3 + H2SO4 → AL2(SO4)3 + 3H3O铝阳极氧化膜的生长是在“生长”和“溶解”这对矛盾中产生和发展的。

通电后的最初数秒钟首先生成无孔的致密层(叫无孔层，或阻挡层)，它虽只有0.01 ~ 0.015Am，可是具有很高的绝缘性。

硫酸对膜产生腐蚀溶解。

由于溶解的不均匀性，薄的地方(孔穴)电阻小，离子可通过，反应继续进行，氧化膜生长，又伴随着氧化膜溶解。

循环往复。

控制一定的工艺条件特别是硫酸浓度和温度可使膜的生长占主导地位。

2.1 铝及铝合金阳极氧化过程机理：a.膜的电化学生成过程b.膜的化学溶解过程。

铝及其合金的氧化处理铝及其合金的氧化处理有化学氧化与电化学氧化两种，化学氧化得到的氧化膜薄，质软不耐磨，抗蚀性差，一般不单独使用，要作为油漆的良好底层。

电化学氧化处理可得到较厚的硬度高的氧化膜，耐热性、绝缘性和抗腐蚀性均好于化学氧化膜，还可染色。

化学氧化处理酸性化学氧化配方组分用量组分 g/L85%H3PO4 50～60ml/L (NH4)2HPO4 2～2.5CrO3 20～25g/L H3BO3 1～1.2NH4HF2 3～3.5g/L温度为30～36℃；时间为3～6min。

说明无色至红绿色，3～4μm，氧化后零件尺寸无变化，适用于各种铝及铝合金。

配方2组分 g/L 组分 g/L85%H3PO4 45 NaF 3CrO3 6温度为20～35℃；时间为10～15min。

说明膜薄、韧性好，抗蚀能力较强，氧化后不需封闭处理，适用于氧化后需要变形的铝及其合金。

碱性化学氧化配方组分 g/L 组分 g/LNa2CO3 50 NaOH 2～2.5Na2CrO3 15温度为80～100℃；时间为10～20min。

说明膜钝化后为金黄色厚度0.5～1适用于铝、铝镁、铝锰合金的氧化，可做油漆底层。

化学氧化后填充处理酸性氧化后处理配方K2Cr2O730～50g/L；温度为90～95℃；时间为5～10min。

说明烘烤温度不高于70℃，适用于酸性氧化pH值=6～6.7。

碱性氧化后钝化处理配方温度为室温；时间为5～15s。

说明烘烤温度不高于50℃。

硫酸阳极氧化直流电氧化配方98%H2SO4 180～200g/L；温度为15～26℃；阳极电流密度为0.8～1.5A/dm2；电压为13～22V；时间为20～40min；阴极材料为铝板。

说明用于铝及铝合金防护氧化。

交流电阳极氧化配方98%H2SO4 130～150g/L；温度为13～26℃；氧化时间为40～50min；电压为18～28V；电流密度为1.5～2.0A/dm2。

加添加剂的硫酸阳极氧化配方组分 g/L 组分 g/L98%H2SO4 150～200 H2C2O4·2H2O 5～6温度为15～25℃；电压为18～24V；电流密度为0.8～1A/dm2。

铝制品的阳极氧化处理铝（纯铝）及铝合金（硅铝、镁铝）其表面形成的硬化膜---阳极氧化膜，具有高硬度，其显微硬度为HV=350～500KG/平方毫米（比基体硬度提高400倍），厚度为35～55µm左右。

由于氧化膜具有防腐、防护、装饰及具有耐磨性、绝缘性（当膜厚度为35µm时，其击穿电压为450V，如采用酚醛树脂封孔，其击穿电压可提高1～2倍，绝缘电阻值为500～1000KΩ）。

因而广泛应用于工业（如汽缸筒、活塞）和电子（如超声高频焊头）、电器产品上。

又由于氧化膜具有良好吸附性与涂层及有机层能牢固结合，因而常用作于家庭不粘厨具、煲类及煎锅类产品上；其好处是：１防静电．；２表面镁光！；３赖磨。

在酸性电解液中，以铝为阳极，经过电解使铝表面产生氧化膜的材料保护技术。

铝的阳极氧化有多种电解液，但基本上是以硫酸、铬酸、乙二酸或硼酸为主要组分配制的。

其中最常用的是硫酸基的。

电源可采用直流、交流或交变直流的。

电压在5～25伏间，温度低于25℃。

电解过程中，氧的阴离子与铝作用产生氧化膜。

这种膜初形成时还不够细密，有一定的电阻，使电解液中的负氧离子仍能到达铝表面继续形成氧化膜。

随着膜厚度的增长，电阻变大，电解电流变小，而与电解液接触的外层氧化膜同时发生化学溶解，在铝表面形成氧化物的速度渐与化学溶解的速度平衡时，这一氧化膜便可达到这一电解参数下的最大厚度。

铝的阳极氧化膜的结构与其他转化膜有所不同,靠近基体金属部分的是0.01～0.1微米的致密层，其上是许多空心六角柱体所构成的蜂房状层，总厚度为2～100微米不等。

由各种电解液产生的阳极氧化膜色调不一，有的是整体着色的，多用于建筑工业，有的可以染料着色或利用水解和复分解的方法，使形成的颜料沉积在六角柱的空心部分，增加美感。

最后还需要进行封闭和烘干。

有阳极氧化铝膜的铝材，抗蚀性有时优于经过铬酸盐处理的铝材。

这种铝材除在建筑工业和日用五金产品方面广泛使用外，也用于飞机、汽车、民用船舶。