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。
铝及其合金的氧化着色介绍
化学氧化膜较薄。一本不宜单独使用。在汽车工业级一些装饰材料上，已铝合 金的本色氧化，然后进行喷漆或电泳，可有效的提高漆层与本基的结合力。由于 化学氧化具有工艺简单操作方便污染性小，在工业上已经得到较大的推广。
透明至灰色
与时间有关， 膜层生成快
高
NSS330h （高于硫酸
体系）
好
优于硫酸体系
液 类 型
草酸体系
与基材有关 系
可得到高厚 度氧化膜， 及硬质氧化
膜
高
好，有很强 的耐压性能
好，主用运 用于航空行
业
结合力好，对 CL的含量要求 严格，易产生
颜色干涉。
混和酸体系
与混酸类型 有关
厚度可以通 过时间控制
各有优缺点
高
性 质氧化时 间及工艺
有关
低
磷酸盐膜
与氧化时
间及工艺 有关
低
一般
结合力好
好
好
结合力好
一般
结合力好
化学氧化膜一般不单独使用，由于去具有较强的吸附能力，可用做涂层的前处 理工艺进行使用，可提高涂层与基材的结合力。因化学氧化膜层薄（0.5-4微米） 通过特殊工艺 可使厚度提高到5微米以上，但是氧化膜出现粉末及白点状。
铝合金表面处理原理讲解
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
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
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。
1.铝合金阳极氧化实用工艺及全参数理论指导
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。
铝及铝合金的阳极氧化
H2O －2e → [O] + 2H+ 2Al + 3[O] → A12O3 ＋ 1670kJ
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通过电子显微镜、示踪原于等现代测试方法，对氧化膜形 成过程提出了新的观点，在阳极上铝原子失去电子而氧化：
还提出有三层结构模型和胶体结构模型。
除磷酸氧化膜外，硫酸、铬酸和草酸阳极氧化膜也都具有 相似的结构，仅孔径、孔隙串等具体数值不同而已。不同类 型溶液取得的氧化膜性质，如表26—1所列。
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溶液
15% 硫酸 4％磷酸 3％铬酸 2％草酸
Al － 3e → Al3＋ 2Al3＋ ＋ 3O2－ → Al2O3 与铝结合的氧离子来自哪个原子团或离子尚不得而知，实 际上阳极反应过程是相当复杂的，一些问题仍在探索中。 在氧化膜／溶液界面上还发生氧化膜的化学溶解： Al2O3 ＋ 3H2SO4 → Al2(SO4)3 ＋ 3H2O
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表26－1 不同溶液所得氧化膜的性质
温度 形成电压 阻挡层厚度 孔径
/℃
/V
/nm·V－1
/nm
孔壁厚
孔数
孔体积
/nm·V-1 /×109·cm-2
％
10
15
25
60
40
40
25
60
1.00
12
0.80
77.0
7.5
1.19
33
1.10
4.1
铝及铝合金的阳极氧化
铝及铝合金的阳极(yángjí)氧化
•（2）氧化膜的耐磨性，纯氧化铝的硬度非常高，
HV=1960,普通阳极氧化铝的氧化膜硬度大约在196－
490HV，（因为氧化膜带有孔隙，所以硬度要低很 多），采用硬质阳极氧化工艺，氧化膜的硬度可达 1176－1470HV，因为硬度高，所以氧化膜的耐磨 性非常好，如果膜层吸附润滑剂，还能进一步提高 它的耐磨性。
•氯离子的浓度不能超过(chāoguò)0.4g/L，超过(chāoguò) 膜层就会出现腐蚀点。三价铝离子的浓度不能超 过(chāoguò)3g/L。
•阴极材料用炭精棒。
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铝及铝合金的阳极(yángjí)氧化
•按电流型式分有：直流电阳极(yángjí)氧化；交流电阳极(yángjí)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
•三、铝及铝合金的阳极氧化(yǎnghuà)工艺
•1、硫酸阳极氧化
•以稀硫酸作电解液，对铝及铝合金进行阳极氧化，膜的厚度可达 5um—20um，膜的吸附性好，无色透明，工艺简单，操作方便。
•硫酸阳极氧化的工艺规范
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铝及铝合金的阳极(yángjí)氧化
•2、影响因素
•（1）硫酸浓度，氧化(yǎnghuà)膜生长的过程，也是它溶解的 过程，硫酸浓度提高，溶解速度也会加快，这样生成的膜 就会比较薄，防护能力下降，但是膜的孔隙率高，吸附力 强，染色能力好，为了兼顾膜层的染色和防护，硫酸的浓 度应控制在170－20g/L，通常采用15％～20％ 。 •（2）温度的影响，膜的形成速度和溶解速度达到平衡时， 膜就不再增厚。如果提高温度，就会使膜的溶解速度加快， 膜层就会变薄，而且疏松多孔，硬度低。温度过低，膜的厚 度增大，硬度高，耐磨性好，但是孔隙率低，脆性较大。
铝及铝合金氧化处理(2)
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。
铝及铝合金的微弧氧化技术
铝及铝合金的微弧氧化技术1．技术内容及技术关键（1）微弧氧化技术的内容和工艺流程铝及铝合金材料的微弧氧化技术内容主要包括铝基材料的前处理；微弧氧化；后处理三部分。
其工艺流程如下:铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。
（2）微弧氧化电解液组成及工艺条件例1.电解液组成:K2SiO3 5～10g/L，Na2O2 4～6g/L，NaF 0.5～1g/L，CH3COONa 2～3g/L,Na3VO3 1~3g/L；溶液pH为11～13；温度为20～50℃；阴极材料为不锈钢板；电解方式为先将电压迅速上升至300V,并保持5～10s，然后将阳极氧化电压上升至450V，电解5～10min.例2两步电解法，第一步：将铝基工件在200g/L的K2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化5min；第二步:将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在70g/L的Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化15min.阴极材料为：不锈钢板；溶液温度为20～50℃。
(3)影响因素①合金材料及表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。
对工件表面状态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。
对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整;而对于粗糙度较低的工件，经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。
②电解质溶液及其组分的影响：微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键.不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。
微弧氧化电解液多采用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液(如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等)，其在溶液中的存在形式最好是胶体状态。
溶液的pH范围一般在9～13之间.根据膜层性质的需要,可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。
在相同的微弧电解电压下,电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之，成膜速度较慢，溶液温度上升较快.③氧化电压及电流密度的影响：微弧氧化电压和电流密度的控制对获取合格膜层同样至关重要。
铝制品的阳极氧化处理
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。
铝或铝合金阳极氧化的一般原理
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。
1.铝合金阳极氧化实用工艺及全参数理论指导
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-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。
铝及铝合金的化学氧化处理
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。
铝及铝合金的化学氧化
铝及铝合金的化学氧化
核心提示：新鲜的铝表面会很快生成一层氧化膜，但这层膜厚度只有4~5mm，防护性低，选择适当的溶液可以得到具有一定防护价值的化学氧化膜。
新鲜的铝表面会很快生成一层氧化膜，但这层膜厚度只有4~5mm，防护性低，选择适当的溶液可以得到具有一定防护价值的化学氧化膜。
铝浸在水中就会发生下列反应：
上述反应的结果，是生成一层薄的氧化膜。
要使膜层加厚，溶液必须能适当地溶解膜层。
当铝进人酸性或碱性溶液时，将同时发生膜的生成和溶解作用，得到一定厚度的膜层。
工业上的化学氧化处理采用碱性溶液加适当的抑制剂。
著名的化学氧化工艺法是几经改进而来的，配方见表5 ~ 4〔以软化水配液〕。
碱性化学氧化膜层组成为75%的加25%的。
以M.B. V 法为基础修改的配方有E.W法〔获得无色或浅色的膜）、L.W法(加入磷酸氢二钠）、Pylumin 法(加人重金属碳酸盐，如碱性碳酸铬〕和Alork法(与M.B.V法相似〕。
如果工件比较清洁，这类转化处理可不进行前处理，所产生的膜层经过水玻璃封孔(质量分数3%~5%的硅酸钠水溶液，90°C，15min)后具有较好的耐蚀性。
铝及铝合金的氧化处理1
7)搅拌和移动阳极 在阳极氧化过程中产生大量的生成热和焦 耳热会导致氧化膜质量下降．因此，必须 采取措施将热量排除．在生产中通常用蛇 形管通冷却剂冷却电解液或以阳极移动和 空气搅拌的方法，加速热量的扩散，以防 止局部过热． 8）电解液混浊度 阳极氧化时，电解液的混浊度对氧化膜表 面光亮度影响极大．混浊物来源于铝制件 前处理不良和清洗水质不净，或由于阴阳 极反应剧烈与溶液的对流作用使杂质不易 沉淀于缸底。
（二）阳极氧化工艺
铝和铝合金的装饰性阳极氧化工艺种类很多，应用最广的是 硫酸阳极氧化工艺，其次是草酸阳极氧化和铬酸阳极氧化工 艺。 (1)硫酸阳极氧化 其工艺特点铝及铝合金在10--20%的硫 酸电解液中通电进行阳极氧化处理，所获得的氧化膜具有强 吸附能力（孔隙率平均为10-15%）、较高的硬度（HV400左 右）、良好耐磨性和抗蚀性能，膜层无色透明，极易染成各 种美丽的色泽．特别经化学或电化学抛光的铝制件，通过硫 酸阳极氧化，可得到镜面状的光洁光亮表面。如氧化后进行 妥善的封闭处理．还能进一步提高膜层的抗蚀性和绝缘性。 硫酸阳极氧化还具有溶液稳定、允许杂质含量范围较大的 特点．与铬酸、草酸法比较，电能消耗少，操作方便，成本 低． 该工艺几乎适用于所有铝及铝合金的阳极氧化处理．
铝和铝合金装饰性氧化工艺种类很多，一般可 分为化学氧化法ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阳极氧化法两大类．因为阳极 氧化法所获得的氧化膜比一切化学氧化法所获得 的氧化膜性能更为优良，所以下面主要介绍阳极 氧化。 经过化学或电化学抛光后的铝及铝合金制件， 进行阳极氧化处理后，可得到光洁、光亮、透明 度较高的氧化膜层，再经染色，可得到各种色彩 鲜艳夺目的表面．如在某种特定的工艺条件下加 以氧化处理，在其表面还可形成仿釉膜层，从而 使铝制品表面获得特殊的装饰效果．
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铝与铝合金的氧化处理铝及铝合金在大气中虽能自然形成一层氧化膜，但膜薄（40- 50A）而疏松多孔，为非晶态的、不均匀也不连续的膜层，不能作为可靠的防护一装饰性膜层．随着铝制品加工工业的不断发展，在工业上越来越广泛地采用阳极氧化或化学氧化的方法，在铝及铝合金制件表面生成一层氧化膜，以达到防护一装饰的目的。
经化学氧化杜理获得的氧化膜，厚度一般为0.3～4um，质软、耐磨和抗蚀性能均低于阳极氧化膜．所以，除有特殊用途外，很少单独使用．但它有较好的吸附能力，在其表面再涂漆，可有效地提高铝制品的耐蚀性和装饰性。
经阳极氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在5-20v m，硬质阳极氧化膜厚度可达60- 2500m．其膜层还具有似下特性：，（I）硬度较高。
纯铝氧化膜的硬度比铝合金氧化膜的硬度高．通常，它的硬度大小与铝的合金成份、阳极氧化时电解液的工艺条件有关．阳极氧化膜不仅硬度较高，而且有较好的耐磨性．尤其是表面层多孔的氧化膜具有吸附润滑剂的能力，还可进一步改善表面的耐磨性能．(2)有较高的耐蚀性．这是由于阳极氧化膜有较高的化学稳定性．经测试，纯铝的阳极氧化膜比铝合金的阳极氧化膜耐蚀性好．这是由于合金成分夹杂或形成金属化合物不能被氧化或被溶解，而使氧化膜不连续或产生空隙，从而使氧化膜的耐蚀性大为降低．所以，一般经阳极氧化后所得的膜必须进行封闭处理，才能提高其耐蚀性能。
(3)有较强的吸附能力。
铝及铝合金的阳极氧化膜为多孔结构，具有很强的吸附能力，所以给孔内填充各种颜料、润滑剂、树脂等可进一步提高铝制品的防护、绝缘、耐磨和装饰性能．（4）有很好的绝缘性能．铝及铝合金的阳极氧化膜，已不具备金属的导电性质，而成为良好的绝缘材料． (5)绝热抗热性能强．这是因为阳极氧化膜的导热系数大大低于纯铝·阳极氧化膜可耐温15001C左右，而纯铝只能耐660℃．好综上所述，铝和铝合金经化学氧化处理，特别是阳极氧化处理后，在其表面形成的氧化膜具有良好的防护一装饰等特性．因此，被广泛应用于航空、电气、电子、机械制造和轻工工业等方面。
第一节装饰性氧化铝和铝合金装饰性氧化工艺种类很多，一般可分为化学氧化法和电化学氧化法即阳极氧化法两大类．其中，阳极氧化处理的应用较为广泛．这是因为阳极氧化法所获得的氧化膜比一切化学氧化法所获得的氧化膜性能更为优良。
经过化学或电化学抛光后的铝及铝合金制件，进行阳极氧化处理后，可得到光洁、光亮、透明度较高的氧化膜层，再经染色，可得到各种色彩鲜艳夺目的表面．如在某种特定的工艺条件下加以氧化处理，在其表面还可形成仿釉膜层，从而使铝制品表面获得特殊的装饰效果．据不完全统计，我国目前铝和铝合金的装饰性氧化工艺已发展到几十种之多，使我国铝制品加工工业的发展日新月异．一、化学氧化铝及铝合金的化学氧化处理，按其溶液的性质，可分为碱性和酸性溶液氧化处理两类，按其膜层的性质则可分为氧化物膜层、磷酸盐膜层、铬酸盐膜以及铬酸～磷酸盐膜等．（一）工艺规范．1．碱液化学氧化工艺规范．无水碳酸钠(Na2C03) 50g/L铬酸钠(Na2Cr04) 15g/L氢氧化钠（NaOH）25g/L温度80--100 'c时间10--20min氧化后，制件应立即清洗干净，在20g/L的铬酸溶液中和室温下钝化处理5～15秒，然后清洗，干工操．颜色为金黄色．膜厚为0.5～1um，适用于纯铝、铝镁、铝锰合金．2．磷酸盐一铬酸盐氧化工艺规范配方1：磷酸(H3P04) 50--60mL/L铬酸酐(Cr03) 20- 25g/L氟化氢铵(NHOHF2) 3～3.5g/L硼酸(H3B03) 1～1.2g/L温度 30-36'C时间3～6分钟此法使用磷酸较多，故又称磷化法．氧化膜颜色为无色到浅蓝色，膜厚约3- 49m．膜层致密，抗蚀性较高，氧化后零件尺寸无变化，适用于各种铝及其合金·为了进一步提高抗蚀能力，还可进行填充处理．招制件经氧化清洗后可在40 - 45g/L的重铬酸钾溶液中，温度为90--98℃，浸渍10分钟，然后经清洗在<=70℃的烘箱内干燥即可．适用于一般零件．也可在20- 30g/L 的硼酸溶液中，温度为90-98℃，浸渍10-15分钟，然后经清洗在70℃烘箱内干燥即可．适用于铝铆钉等．配方2：磷酸（H3P04）45g/L铬酸醉(Cr03）6g/L氟化钠(NaF）3g/L温度15～35℃时间10- 15min膜层较薄，韧性好，抗蚀能力较高，适用于氧化后需变形的铝和铝合金制件．’配方3：磷酸（H3P04）22g/L铬酸醉（Or03）2.--4g/L氟化钠(NaF）5g/L卿酸(H3BOO 2g/L温度室温时间15-60s此法又名化学导电氧化．氧化膜无色透明；膜层较薄，幻为0.3- 0.5um，导电性能良好,主要用于易变形的铝制电气零件。
3．铬酸盐法氧化工艺规范配方1：铬酸酐(Cr03）4N 6g/L氟化钠（Na-F）lg/L铁氰化钾［K3Fe（CN）6］0.5g/L温度 30-35 0C时间 20-60s氧化膜颜色为彩虹色，膜薄，导电性能良好，主要用于对导电性能有一定要求的铝制电气零件．配方2：铬酸醉(Cr03）3.5～6g/L重铬酸钠(NaZCrZO7）3～3．5g/L氟化钠（NaF）0.8g/LpH 1.5温度 25～30℃时间 3min膜层无色透明，具有良好导电性能和抗蚀性能，与有机涂层有良好的结合力．广泛用于航空、电气和各种机械制造业、日用品生产等方面．（二）工艺流程铝制件--机械抛光--化学除油及腐蚀--清洗--中和--清洗--化学氧化--清洗--热水烫（50℃）--压缩空气吹干--烘烤（70℃）--成品检验。
（三）溶液配制方法（以磷酸盐一铬酸盐氧化的配方1为例）根据容积计算好所需的化学试剂用量，除磷酸外，先分别用少量水溶解（硼酸需加热溶解）后加入槽中，然后加磷酸，加水至工作液面，搅拌均匀，经调试氧化合格后即可进行生产．（四）各种因索的影晌（以磷酸盐一铬酸盐氧化的配方1为例）1.磷酸成膜的主要成分，含量低于5OmL/L或大于80mL/L，膜层薄、抗蚀能力较低．2.铬酸酐溶液中的氧化剂，是促使氧化膜形成的必要成分．如不含铬酸酐，溶液的腐蚀性加强，很难形成膜层，当含量超过30g/L时，膜层变坏．3.氟化氢铵溶液中的活化剂，与磷酸，铬酸共同作用，能生成致密的氧化膜层几含量低于1.5g/L时，不能生成膜层；含量达到3g/L时，获得的膜层抗蚀性能最佳；过高，则氧化膜疏松．4.硼酸控制溶液的氧化反应速度和改善膜层的外观，使膜层致密．5.温度低于20C ,形成膜层薄，抗蚀能好力差；高于40 C，膜层疏松．6.时间氧化时间可根据溶液的氧化能力和温度来确定．温度低、氧化能力弱时，可适当延长氧化时间；温度高、氧化能力强时，可适当缩短氧化时间.二. 电化学氧化（一）阳极氧化过程机理1.阳极反应阳极氧化时，由于电解质是强酸性的：阳极电位较高，因此阳极反应首先是水的电解，产生初生态的[o]，氧原子立即在阳极对铝制件表面发生化学氧化反应，生成氧化铝，即薄而致密的阳极氧化膜．这一过程与初始电压、电流密度的大小有密切关系．生成的氧化膜在酸性一电解液中，产生化学溶解作用．部份氧化膜在电解液中的溶解又是必须的，否则由于膜的电绝缘性，将阻止电流的继续通过而影响氧化膜的继续生成．a.阴极反应阴极只是起导电作用和析氢反应．当铝合金的其他合金元素在阳极过程中溶解后，有可能在阴极上沉积析出．3.氧化膜的成长过程成长过程包含着二个相辅相成的方面：①膜的电化学生成过程．②膜的化学溶解过程．两者缺一不可，而且必须使膜层的生成速度恒大于溶解速度，这样才能获得较厚的氧化膜．为此，所选择的电解液性质及工艺规范都必须具备这些条件。
在阳极氧化过程中，由于电位差的作用，带电质点相对于固体壁发生电渗液流．电渗液流的存在，是阳极氧化膜得以增长的一个必要条件.（二）阳极氧化工艺铝和铝合金的装饰性阳极氧化工艺种类很多，应用最广的是硫酸阳极氧化工艺，其次是草酸阳极氧化和铬酸阳极氧化工艺。
1．硫酸阳极氧化工艺(1)硫酸阳极氧化工艺特点铝及铝合金在10--20%的硫酸电解液中通电进行阳极氧化处理，所获得的氧化膜具有强吸附能力（孔隙率平均为10-15%）、较高的硬度（HV400左右）、良好耐磨性和抗蚀性能，膜层无色透明，极易染成各种美丽的色泽．特别经化学或电化学抛光的铝制件，通过硫酸阳极氧化，可得到镜面状的光洁光亮表面。
如氧化后进行妥善的封闭处理．还能进一先提高膜层的抗蚀性和绝缘性。
硫酸阳极氧化还具有溶液稳定、允许杂质含量范围较大的特点．与铬酸、草酸法比较，电能消耗少，操作方便，成本低该工艺几平适用于所有铝及铝合金的阳极氧化处理．(2)硫酸阳极氧化工艺流程铝制件--机械抛光--除油--清洗--中和--清洗--化学抛光或电解抛光--清洗--阳极氧化--清洗--中和--清洗--染色--清洗--封闭--机械光亮--成品检验．（3）硫酸阳极氧化电解液配制方法根据电解槽的容积计算所需的硫酸量，在槽内先加入3/4容积的蒸馏水或去离子水，然后启动搅拌机，将硫酸在强烈的搅拌下缓缓加入，最后加水至规定容积，冷却至工艺要求，取样分析，试样合格后，即可生产．硫酸最好用试剂级的或电池硫酸，如用工业硫酸配制，则配制后需加双氧水1mL/L．也可先进行24小时以上电解处理，并在处理中将浮于液面的有色泡沫和杂物除去，直到溶液呈无色透明后即可投入生产。
注意切勿将水加入硫酸中．(4)影响氧化膜质量的诸因素1)硫酸浓度氧化膜的成长速度与电解液中硫酸浓度有密切关系．膜的增厚过程取决于膜的溶解和生长速度比，通常随着硫酸浓度的增高，氧化膜的溶解速度也增大；反之，浓度降低，溶解速度也减小·因此，采用稀硫酸有利于膜的成长．在氧化开始时，氧化膜的成长速度是浓溶液比稀溶液大，但是随着氧化时间的增加，在浓溶液中成长速度就比在稀溶液中的速度小．实践证阴。
当使用浓度较高的硫酸溶液进行氧化时，初始阶段由于氧化膜的成长速度较大，氧化膜的孔隙率高，因此容易染色，但膜的硬度、耐磨性能等均较差。
而在稀硫酸溶液中所获得的阳极氧化膜，坚硬而耐磨，反光性能好，但孔隙率较低，适宜于染成各种较浅的淡色．综上所述，应根据对氧化膜的要求来选择硫酸浓度，要想获得吸附能力强而富有弹性的氧化膜，可用硫酸浓度的上限值，要获取硬而厚的耐磨性好的氧化膜，可采用硫酸浓度的下限值．2)温度电解液的温度变化对氧化膜的影响与硫酸浓度的变化的影响基本相同。
溶液温度升高，氧化膜的溶解速度升高，膜的生长速度减少，氧化膜的厚度必然减少。
同时，温度的变化对氧化膜的厚度和耐磨性也会产生严重的影响。
一般温度控制在18--20℃时获得的氧化膜多孔、吸附性能好、富有弹性、抗蚀能力较好，但耐磨性能较差．在装饰性硫酸阳极氧化工艺中，温度控制在。