铝及其合金的氧化着色介绍

铝的阳极氧化和着色--.作者:日期:铝的阳极氧化和着色-添加剂甘油对氧化膜性能的影响摘要电解质种类、电流密度、通电时间、温度以及添加剂等因素对氧化铝多孔膜 的形成过程有显著影响。

在电解液中加入甘油作为添加剂 ，不但可以增加阳极氧 化形成的多孔膜的厚度，而且有利于增强氧化膜的韧性。

本文在固定其它因素为 文献最优值的情况下，探究甘油用量对铝的阳极氧化的影响。

采用高纯铝作阳极， 铅网作为阴极，在硫酸溶液中进行恒压阳极氧化，以铝片的着色效果、耐腐性、膜 厚测定为表征手段。

结果发现，表明添加一定量的甘油能增强氧化膜的性能，但 添加量多了反而会减低氧化膜性能。

量的变化程度有待近一步探究。

关键词：氧化铝多孔膜 阳极氧化的防护作用。

但该层氧化膜孔隙率大，机械强度低，抗蚀和耐磨性都不能满足防腐蚀要求，从而真正地保护铝基体。

对于氧化膜不同的性能方面随甘油添加剂用有机添加剂甘油A bstra ctThe propertie s o f al u mina mem b r a ne a re af f ecte d by m any factor s , in c ludi ng the ki nd of elect r o ly t e , cur r e n t d en sit y ， p o we r o n time, temp e r a tu r e, add i tiv e and so on . Gly ce rol add e d as an ad dit iv e ， which can not o nl y i nc r e a se the ickness of a l umi n a me mb ra n e, but also e n hancing the toug h n e ss l u m i n a m embra ne. Thi s p ap er d iscus se s the inf l uenc ewas t h of a glyc e ro l additi o n on the anodi c ox i dation ofalu m in i um, based ono th erfacto rs un der t he con d iti on of op t i m alvalue. We S el e c t theh ig h p ur e alumi num as anode a ndl ead net as t h e c a thoAta n a dd in g a ce r ta i n a m ou n t of gl y ce rol can en hanc e tpr o p erties of alu min a m e m bra n e, b ut ad d ing t he proper ti Keywo r d s: addit ive 1研究进展铝对氧具有较强的化学亲和力，表面极易生成一层极薄的氧化膜 e s of it.a l umina m embra n e an odi c g ly cerolm ore c an oxidat i on reduc eorgan i c,起到一定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。

铝的阳极氧化和电解着色原理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。

后者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。

用电化学方法即阳极氧化处理后，可以在其表面上获得厚达几十到几百微米的氧化膜。

后者的耐蚀能力很好。

硫酸阳极氧化法所得的氧化膜厚度在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。

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”这对矛盾中发生和发展的。

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 ~ 0.015 m，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。

必须注意，氧化膜的生成和成长过程是由于氧离子穿过无孔层与铝离子结合成氧化膜的，与电镀过程恰恰相反，电极反应是在氧化膜与金属铝的交界处进行，膜向内侧面生长。

铝阳极氧化膜的生长和溶解规律可用其电压－时间曲线来说明。

见图一、图二。

A区：在最初10秒钟内曲线直线上升，电压激剧增高，说明生成了无孔层电阻增大，这时成膜占主导，阻碍了反应继续进行。

当外电压高时，[O2-]能穿过薄的地方继续反应。

故无孔层的厚度取决于电压，即电压高时，无孔层相应增厚，反之亦然。

让我们来给自己DIY的铝合金零件穿上漂亮的外衣经过染色法处理的铝制品，颜色美观、鲜艳、抗腐蚀性、耐磨性及绝缘性高于一般的铝制品。

将铝的工件悬于适当的电解质溶液内，以此作阳极进行电解。

在电解过程中，水中的氢氧根离子在阳极放出电子成为水和新生态的氧，它使铝氧化成较厚的氧化铝膜，因为这个过程是金属制品作阳极被氧化的，所以叫做阳极氧化。

铝制品经阳极氧化后，再经着色、封闭、处理即成染色品。

一、染色工艺1.预处理:铝制件在多次机械加工过程中，沾有较多的油脂、少量磨料、灰尘及有缺陷的氧化膜等，这些物质导电性差，不能进行阳极氧化，故需预先处理。

方法是用四氯化碳、三氯乙烯、汽油或甲苯作清洗剂，将铝件浸入，用毛刷刷洗，然后风干，再浸入水中，多次清洗。

油去尽后，立即用热水冲洗。

如果表面生成一层黑色的膜，还要放在32%的硝酸溶液浸泡20秒钟，以便除去黑膜，最后用冷水冲洗干净。

浸入蒸馏水中，备作制氧化膜用。

2.阳极氧化:⑴硫酸电解液的配制:由硫酸(按100%计)18-20公斤和去离子水80-82公斤混合而成，此时溶液比重约为1.125-1.140(波美度约16.5-18.0)。

有时为了获得防护性能好的氧极氧化膜，通常往硫酸电解液中添加少量草酸(每升溶液加入5-6克)。

⑵氧化工艺:将线路仪表安装好，将要染色铝件作阳极并全部浸入电解液中，然后接通电源，按下列工艺条件控制。

电解液温度控制在12-25℃，阳极电流密度1-2安/分米2，槽中电压13-23伏之间。

时间30-40分钟左右。

按上述工艺操作完毕，随时将铝件从电解液中取出，把所沾的酸液用清水冲洗干净，低凹部分更应注意，否则会有白斑出现。

酸液清洗干净后，浸入清洁水中备用。

3.染色:铝件经过阳极氧化后，表面形成了能吸附，以共价键或氢键等键型键合而成有色络合物，出现色泽。

⑴染料选择:染料分无机染料和有机染料两种。

无机染料多为无机盐组成，染色时将铝件分别在甲、乙两种化合物溶液(见下表)中浸泡，生成带色化合物，达到染色目的。

表面技术概论实验指导书之一实验一铝阳极氧化膜与着色技术实验一、实验目的1．了解转化膜与着色技术的实际意义。

2．了解铝的阳极氧化和着色的原理。

3．掌握铝阳极氧化膜与着色技术工艺方法。

二、实验原理表面转化膜与着色技术是材料表面工程技术中的重要分支之一，应用非常广泛。

转化膜技术是通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观的一类技术，其形成方法是：将金属工件浸渍于处理溶液中，通过化学或电化学反应，使被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应，在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。

转化膜以“基体金属发生溶解、参与反应”，形成的是“难溶的化合物膜层”及“不改变金属外观”区别于电镀层、化学镀层或有机涂层等其它表面处理层。

（一）铝的阳极氧化轻金属材料的阳极氧化属于表面转化膜技术中的分支之一。

轻金属材料重量轻、导电导热性好，但这些材料耐腐蚀性差，容易产生晶间腐蚀，耐磨性比较低。

通过阳极氧化处理，可在其表面生成一层厚度达几十到数百微米的氧化膜。

根据不同用途，阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。

铝在大气中会自然形成非晶态的氧化铝膜，厚度为4～5μm。

这层膜不致密，耐腐蚀性差。

人工形成阳极氧化膜是在一定的电解池中进行的。

将铝制件作为阳极，其它材料(如铅、铝等)作为阴极置于电解池(如以硫酸溶液作为电解液)中，通上直流电，这时可以观察到在阳极上和阴极上都有气体析出。

阳极析出氧气，阴极析出氢气。

而阳极上析出的氧大部分与铝作用生成了Al203(氧化膜) (见图1)。

氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果：一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成从Al203，另一个是化学过程，生成的Al203膜被电解液溶解成为多孔层。

没有溶解过程，Al203膜就不能导电，反应不能继续。

其次，氧化膜的生成速度必须大于溶解速度，否则膜层不能增厚。

铝阳极氧化过程的电极反应可简单地描述如下：硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为阳极氧化一开始，铝表面立即生成一层致密的氧化膜。

铝氧化着色问题一、铝氧化着色分为化学氧化和阳极氧化两种。

化学着色法工艺简单、控制容易、效率高、成本低、但是它的防腐力较差，多数是为了做其他表面前结合力的增加才进行化学氧化处理。

铝阳极氧化膜的化学着色是基于多孔膜层有吸附染料能力而得以进行的。

通常以硫酸法阳极氧化最为广泛。

硫酸阳极氧化就是铝及铝合金在一定浓度的硫酸溶液中，在给定的工作条件下受到外加直流电的作用，表面形成一层抗腐蚀的氧化膜的过程，其所获得的氧化膜具有无色透明，孔隙多，吸附性好易于染色等优点。

着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。

很多朋友反映说颜色不一，不好做。

其实我觉得只要做到上挂力底一至，产品的亮度一至，氧化时间，温度，浓度一至，不会有多大的差别了。

二、有机染料的选择世面有机染料品种繁多如酸性染料、活性染料、碱性染料等等，我就不一一说了。

对于很多刚入行的朋友来说，染料都是不好选择的，进口的价钱太高，国产的又怕质量不好。

其实进口和国产的最明显的区别：1、国产染料与进口染料，最明显的区别，并不是盐的含量高低，是化学合成的制造技术高低。

2、染料并不是颜料，单一型的染料并不是只有黄、红、蓝。

单一型的染料还有橙、青铜、黄棕、红棕、绿、紫、红紫、蓝紫、黑。

3、溶解染料，严禁用100℃的纯水，因为大部分的染料都不耐高温溶解，虽然这样溶解很快、很完全，但是染料的使用率会降低，建议60℃以下溶解。

三、染料的添加计算出所需要做染色槽的体积，按照标准浓度用去离子水添加（如黑色为10~15g/L其它彩色在4~~8g/L)首先取少去离子水烧至沸腾，在缓缓的倒入染料，不停止的搅拌，促使染料完全溶解后，保证无疙瘩。

待溶液冷却后用过滤机滤去不溶物颗粒和容液上漂浮的油状物质才可加入槽里，最后测量PH值，有冰醋酸或氨水调整PH值到工艺要求。

就可使用了（PH为4.8~~5.4）。

四、染色过程的注意事项1.加强染色前的清洗，产品由氧化槽中取出后要充分清洗，特别是工件的夹缝，盲孔处,否则残留的酸在染色时会缓慢流出来，让染色容液的PH偏离正常范围，并使其部位的颜色和其它地方有明显的差别，甚至腐蚀氧化膜。

铝合金的阳极氧化及电解着色工艺铝合金阳极氧化电解着色是铝合金表面处理中重要的方法之一。

将铝合金置于适当的电解液中作为阳极通电处理，表面会生成厚度为几个至几十个微米的阳极氧化膜，氧化膜的表面是多孔蜂窝状的。

上世纪60年代，人们开始利用氧化膜的多孔性，将阳极氧化和电沉积技术相结合发明了电解着色技术。

铝合金阳极氧化电解着色技术最初起源于欧洲，由于该工艺操作简便、工艺简单、成本低廉，广泛应用于汽车、航空、造船、机械、建筑和日常生活等多方面。

我国的电解着色技术开始于上世纪80年代，一直以来都是镍盐、锡盐电解着色工艺，由于颜色单一、着色液的稳定性和分散性差等问题一直没有得到很好解决，而且随着时代的进步，工业上对电解着色的工艺条件和应用要求越来越高，为了满足市场的需要，鑫申金属研究人员一直在做着不懈的努力。

1.1铝的性能和用途铝(Afuminum)是自然界中分布最广，储量最多的元素之一，广泛分布于岩石、泥土和动、植物体内，其含量约占地壳总质量的8.2%，仅次于氧和硅，比铁(约占2.1%)、镁(约占2.1%)和钛(约占0.6%)的总和还要多川。

1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通人氯气后加热得到NaCI，AIC13复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。

这时的铝生产工艺复杂，成本高，应用非常有限，直到1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。

一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。

它的化合物用途非常广泛，不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。

纯的铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝和轧成箔片，大量用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。

桂林电子科技大学艺术与设计学院实验报告实验名称铝及其合金氧化着色（实验五）任课老师王志远老师学生姓名莫小燕学号 1200410310 实验地点艺术与设计学院实践中心时间 2015/4/26实验目的、实验内容、实验结果与体会（可包含效果图、图片等）一、实验目的通过本实验让学生掌握铝的氧化染色工艺过程。

培养学生实动手能力；让学生了解氧化染色的效果及作用。

二、实验内容1、实验设备和所用药品：a 直流电源——硅可控整流器；b 阳极氧化槽、夹具、染色槽；c 铝合金板、硫酸、无水硫酸钠、蒸馏水、冰醋酸；2、阳极氧化处理：a 根据氧化处理溶液的配制及工作条件——根据氧化槽容量来计算硫酸和蒸馏水所需量；在氧化槽内放入3/4体积的蒸馏水，然后再搅拌下慢慢加入硫酸，待槽液冷却后再加入蒸馏水至所需的体积；加入少许无水硫酸钠，增加溶液导电率；按照实验指导书的配方所需；按照实验指导书中的工作条件来完成实验。

b 阳极氧化——铝板预处理：表面活性剂去油、机械抛光、化学抛光；上夹具夹紧，预防导电；将铝板放入氧化槽；氧化很好后，应带电出槽。

出槽迅速并且用清水冲洗干净；使用过的夹具上的氧化膜用碱液退除。

3、化学染色：a 染色溶液配制：水溶性有机染料2-12克，冰醋酸1毫升，蒸馏水1000毫升；b 工作条件：室温（或45-55℃），时间是15-30min；三、思考1.分析自己所做样品的效果。

答：厚薄的程度自己不是很好的可以掌握，并且由于腐蚀的水里面放有了铁丝所以腐蚀时间达到了30分钟之久，上色的时候干涂比较难把握，会出现不均匀的现象。

2.通过实验，你认为在铝的氧化着色工艺中应该注意哪些地方？答：1.抛光液温度不可太高，否则无法氧化。

2.夹具一定要预处理。

3.染色溶液的配制不可使用蒸馏水，使用自来水后质量很受影响。

4.染色完毕后冲水要彻底，否则封闭后工件表面有斑纹。

5.染色过程中，工件不可再器皿表面叠加。

四、实验结果与体会上色的时候要注意干涂效果会比较好，涂多次，但是我们都会涂得比较好，不能很好的掌握厚薄。

铝及铝合金阳极氧化着色工艺流程及原辅材料铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程1、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2、装挂：装挂前的准备。

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。

准备好导电用的铝片和铝丝。

检查气动工具及相关设备是否正常。

核对流转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。

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水平宽度的倍左右，白料间距控制在型材宽度的1倍左右。

选择合适的挂具，确保正、副挂具的挂钩数与型材的装挂支数一致。

装挂：装挂时应先挂最上面一支，再固定最下面一支，然后将其余型材均匀排布在中间、并旋紧所有铝螺丝。

装挂前在型材与铝螺丝间夹放铝片，以防型材与挂具间的导电不良而影响氧化、着色或电泳。

装挂时，严禁将型材全部装挂在挂具的下部或上部。

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）。

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。

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。

选用副杆挂具时，优先选用插杆，采用铝丝绑扎时，一定要间隔均匀，露头应小于25mm。

截面大小、形状悬殊的型材严禁装挂在同一排上。

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。

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。

剔除不合格型材后，必须按订单支数及时补足。

装挂区的型材不宜存放太久，以防废气腐蚀型材表面。

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。

实验一铝阳极氧化与染色技术一、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 脱脂及主要工艺有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂，常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。

有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。

表面活性剂是一些在很低的浓度下，能显著降低液体表面张力的物质。

常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。

碱性脱脂溶液的配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用，溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。

油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。

电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。

在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀镍钢板。

其在铝及铝合金表面处理中不常用。

乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液，并添加有降低表面张力及对各相均有亲和力的去污剂。

（二）碱蚀剂碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。

其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。