手机外壳阳极氧化工艺原理与常见故障分析

• ②温度：随温度降低，膜层硬度和耐磨性将 逐渐提高，温度公差控制在±2℃时，氧化膜 质量较高；在高电压作用下，随生产时间加 长，槽液温度逐渐上升，所以必须增加强制 冷却和强烈搅拌。
蚀黑斑等。有时向电解液中添加自来水，水经漂白 粉处理且Cl-含量超标或有时盛装过HCl的容器未经 彻底清洗又盛装硫酸，都会使阳极氧化电解液中混 入超量的Cl-，从而导致铝合金零件阳极氧化产生点 状腐蚀使产品报废等。
• 使用，必须彻底退除其表面氧化膜，确保良好接触。工夹具 既要保证足够导电接触面积，又要尽量减少夹具印痕。如果 接触面太小，会导致烧损熔蚀阳极氧化零件。
B、槽液液面上的漂浮物和油 污应及时清除，脱落在槽 液中的铝工件和杂物应及 时捞起。
C、氧化槽液沉淀物较少，一 般只需一年倒槽清底一 次，
此时应刷洗或更换阴极板。
(三)氧化膜的影响因素：
2、温度： 一般情况下，电解液温度控制比较严格，有的 需用保持在±1℃范围内，溶液温度高，氧化膜 溶解速度大，生成的速度减小，生成的膜疏松。 若温度过低，氧化膜发脆易裂。当控制温度 在18-22℃时，得到的氧化膜多孔，吸附性强，
2、电化学氧化： A.定义：
将铝及其合金置于某种
适当的电解液中作为阳极， 在外电流作用下，使其表面 生成氧化膜的过程称为阳极 氧化，又称电化学氧化。
B、阳极氧化膜的性质（与化学氧 化膜相比）： ①氧化膜结构的多孔性; ②氧化膜的耐磨性; ③氧化膜的抗蚀性； ④氧化膜的电绝缘性； ⑤氧化膜的绝热性； ⑥氧化膜的结合力； ⑦氧化膜的硬度高； ⑧氧化膜的装饰性。
(四）常见故障及分析: (1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后,发生局部无氧化膜,呈现肉眼可见的黑
斑或条纹,氧化膜有鼓瘤或孔穴现象.此类故障虽不多见但也有发生. 上述故障原因,一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关，或者
与电解液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化 学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝 镁合金的氧化膜容易生成，膜的质量也较佳。而铝硅合金或含铜量较高 的铝合金，氧化膜则较难生成，且生成的膜发暗、发灰、光泽性不好。
取厚而密的高硬度膜层；
• 2、性质特点：
• ①氧化膜较厚（可达250um~300um）一般工
业上通常膜厚通常在20~30um;
• ②氧化膜硬度高，耐磨性好，铝
• ③耐蚀性能好，长达数百小时盐雾试验，厚 膜甚至可达1000um以上；
• ④氧化膜熔点高达2050℃，耐蚀和隔热性能 极佳；
• ⑤氧化膜电阻率大，绝缘性能好，击穿电压 最高可达2000V；
。 阶段结束，阳极氧化进入稳态阶段
三、硫酸阳极氧化： (一)特性：
与草酸、铬酸相比、具有以下特点；
1、溶液稳定； 2、允许杂质含量范围大； 3、电能消耗少； 4、操作方便； 5、成本低； 6、要求温度低，须冷冻.
（二）工艺参数及操作条件：
H2SO4：10%-20% 160-200g/L AL 3+：3-15g/L 温度：视具体情况而定 15℃-26℃ 电压：视具体情况而定
以限制，因为阳极电流密度过高，温升剧烈，氧化
膜也易疏松呈粉状或砂粒状，对氧化膜质量十分不
利。
(4)偶然发生铝合金硫酸阳极氧化后氧化膜暗淡无光,有 时产生点状腐蚀,严重时黑色点状腐蚀显著,导致零件 报废,引起较大损失.
这类故障往往是偶然发生并有特殊原因造成的.在铝合 金阳极氧化过程中,中途断电又重新给电,往往会使氧 化膜暗淡无光,而中途停电零件在清洗槽停留过久,清 洗水槽酸度过高,水质不净,含悬浮物、泥砂等较多， 往往会使铝合金制件发生电化学腐蚀，发生点状腐
AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O
E、H2SO4物理性质：
①98.3%的浓H2SO4，是无色粘稠 状液体,沸点338度,是一种难挥发 性的酸 ②化学性质： a.强酸性； b.易与活泼金属反应； c.浓H2SO4具有吸水性，结合水后 放出大量的热，常温下， 浓 H2SO4遇铁、铝合金发生钝化。
6V、8V、10V、13V、15V、17V 时间：视具体情况而定 10分-50分 搅拌：压缩空气搅拌
电源：直流电/交流电
注意事项： 1、硫酸电解液的配制； A.根据槽体的容积和硫酸浓度计算所需硫酸量 B.在槽内加3/4体积纯水,并打风搅拌； C.将硫酸缓缓加入槽内，并补充纯水至规定体
积(注意切勿将水加入硫酸中） D.冷却至工艺条件温度； E.化验室取样分析,OK后即可投入生产
C、阳极氧化分类： ①硫酸阳极氧化； ②草酸阳极氧化； ③铬酸阳极氧化； ④磷酸阳极氧化； ⑤瓷质阳极氧化； ⑥硬质阳极氧化; ⑦微弧阳极氧化。
D、阳极氧化机理
1、电极反应：
阳极：H2O—2E→2H++[O] 2AL+3[3O] →AL2O3+1670.5J
阴极: 2H++2E →H2↑
膜的溶解：
6、Al3+含量： 电解液中Al3+含量控制在0.5~5g/L时,有助于
氧化膜的抗蚀性和耐磨性, Al3+含量在5g/L以下 时，膜层对染色吸附能力下降， Al3+含量在 5~15g/L时，氧化膜吸附能力基本保持稳定， Al3+含量超出15g/L时，氧化膜会出现不规则现
象，且皮膜色泽发黄，膜层性能下降。因此， 为了染色色泽均匀， Al3+含量必须控制在 5~12g/L之间。
5、杂质离子影响： 可能存在的杂质离子：CLˉ、F ˉ、NO3 ˉ、AL3﹢、CN2 ﹢ 、 Fe 2 ﹢ 、Si 2 ﹢等
A、 CLˉ、F ˉ、NO3 ˉ等阴离子含量高时，氧化膜孔隙增加表面粗糙、疏松。 CLˉ﹤0.05g/L F ˉ ﹤0.01g/L
B、 AL3﹢、CN2 ﹢ 、Si 2 ﹢主要影响氧化膜色泽，透明度和抗蚀性。
7、电流密度： 电流密度越大，膜较硬，耐磨性好，
但电流密度过高，则会因焦耳热影响， 使膜层溶解作用增加，电流密度过高， 膜层氧化时间过长，膜疏松，硬度降低， 对于需染色或电解着色的氧化膜，电流 密度宜取1.5A/dm2~2.0A/dm2,装饰性阳 极氧化膜电流密度宜取0.5~0.8A/dm2;
• 8、搅拌影响：
• 因氧化膜电阻较大,在电流 作用下产生很高的焦耳热,如不 及时扩散,工件易被烧损,即使 不烧烂,生成的膜多疏松,甚至 粉化。一般采用压缩空气搅拌,
用于搅拌电解液的压缩空气必
须经过油水分离器净化,以免污 染槽液;
• 9、材质影响： • 所谓材质不仅仅指合金成
分,还包括组织状态(热处理状 态)和表面加工状态。铝越纯, 生成氧化膜透明光亮,否则,氧 化膜透明度和光亮度越低,且抗 蚀力越差,组织状态或加工不同， 形成氧化膜不均匀。
• (3)硫酸阳极氧化溶液的温度必须严格控制,最佳温度范围是 15-25℃.硫酸阳极氧化工艺过程中需采用压缩空气搅拌,并应 配备制冷装置.在无制冷装置的情况下,在硫酸电解液中加入 1.5%-2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸，可以使阳极氧化 溶液温度范围超过35 ℃而避免或减少氧化膜的疏松或粉化。 一些工艺试验和生产实践已证实，在硫酸阳极氧化电解液中
2、硫酸的纯度要求： Fra Baidu bibliotek好用试剂，我们通常用CP（化学纯）
硫酸。
3、槽液维护
A、对槽液要定期进行分析，一般只分析 游离硫酸和铝含量。槽液在使用过程中， 游离硫酸浓度会逐渐下降，而铝含量上 升，当游离硫酸浓度降到规定浓度下限， 铝含量尚未升到上限时，只需计量添加 硫酸，但当铝含量超过规定上限时，应 排放部分（1/4~1/3）槽液，然后再计量 添加硫酸和去离子水。排放的硫酸溶液 可用耐酸泵抽入硫酸脱脂槽内二次利用。 降低氧化槽内的铝含量也可用硫酸回收 设备。
• ⑥氧化膜缺点是会显著降低铝合金 零件的疲
劳性能
• 3、配制方法： • ①硫酸电解液； • ②混合酸电解液：
• 一种是硫酸为主的混合酸电解 液；
• 另一种是以有机酸为主的混合 酸电解
• 4、工艺条件及影响因素： • ①硫酸浓度：浓度越低，氧化膜硬度越高，
但对含Cu、Si较高铝合金不宜采用低浓度电 解液，否则易烧毁零件，故电解依据材质而 定；加入有机酸主要是提高氧化温度、降低 生产难度，硫酸混合电解液主要改变电解液 导电性和化学溶解能力。
富有弹性，抗蚀性好，但耐磨性较差；
3、电压： A、电压高，氧化膜生长速度提高，孔隙增多，易染色，硬度和耐磨性提高。 B、电压低，生成氧化膜的速度慢，膜层较致密。 4、氧化时间： 根据硫酸浓度，溶液温度、电压，膜厚而定，其它条件不变，时间越长，膜厚越
厚，但达到一定厚度时，膜厚将不会增加（即膜的溶解速度与生长速度相等）。
• 酸阳极氧化槽,往往处理1-2槽零件后,疏松粉化现象 就会出现,明显地影响氧化膜的质量.
• 由于铝合金阳极氧化膜电阻很大,在阳极氧化工艺过 程中会产生大量焦耳热,槽电压越高产生热量越大, 从而导致电解液温度不断上升.所以在阳极氧化过程 中,必须采用搅拌或冷却装置使电解液温度保持在一 定范围.一般情况下,温度应控制在15-24℃,氧化膜质 量较佳.若电解液温度超过30 ℃,氧化膜会产生疏松 粉化,膜层质量低劣,严重时发生“烧焦”现象。另 外，当电解液温度恒定时，阳极电流密度也必须予
加入适量羧酸或丙三醇可有效减少反应热效应的不良影响， 可以在不降低氧
四、草酸阳极氧化： • 草酸阳极氧化膜的耐蚀性和耐磨性比硫
酸阳极氧化均有所提高，且富有弹性，孔隙 率小，绝缘性好，且装饰性优于硫酸阳极氧 化，另生产成本是硫酸阳极氧化的3-5倍； • 性质：氧化膜颜色称黄褐色，且随膜厚增加，
颜色逐渐加深。
C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解，
。 凹处逐渐变成孔穴，凸处变成孔壁，阻挡层向多孔层转移
D.多孔膜形成过程： 1.阳极氧化初期，电流密度一般均超出临界电流密度，形成均匀的壁垒型膜； 2.壁垒型膜逐渐成长。当电流密度低于临界值时，铝离子不能再形成新膜物
质，膜的表面暴露在电解液中受到浸蚀；
2、氧化膜的生长过程： 总体上说包含两个方面：
一是膜的生成过程； 二是膜的电化学溶解过程.
A
B
C
AL2O3.H2O
多孔层 阻挡层 铝基体
A.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一层致密无孔 的阻挡层,其厚度取决于槽电压。 B.由于氧化铝原子体积大，故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平， 造成电流分布不均匀，凹处电阻小，电流大，凸处相反。
• Cl-≤0.04g/L.
4、操作注意事项： （1）零件在小电流密度下带电入槽，呈阶梯式
逐步升高电压，防止烧穿或氧化膜不均；
（2）电压不宜超过120V，保持在110V，且电 压自然下降；
（3）强性冷却保持电解液温度恒定。
五、硬质阳极氧化
（也称膜厚阳极氧化）
• 1、工艺：低温、高压、强烈搅拌以
获
3.进一步阳极氧化，溶液对膜的浸蚀变得不均匀； 4.形成的空洞之间存在发展竞争。这种发展有“自催化”作用； 5.发展较快的空洞(主空洞)在向膜深处和横向发展 6.主空洞继续沿纵向和横向发展，相邻主空洞之间互相靠近，主空洞之间的
小空洞停止生长；
7.空洞停止横向发展，仅沿纵向深入，孔径固定。此时，空洞的产生及发展
1、工艺：
草酸（C2H2O4.2H2O）：40~60g/L 温度：20~30℃ 电流密度：1.5~4.5A/dm2
电压:90~150V 时间:40~60分钟
2、槽液配制：
用4/5工作体积用的去离子水或蒸馏水加热至70~80℃，在搅拌条件下加入 所需量草酸；
• 3、电解维护：
• 因草酸在阳极能被还原为羟基乙酸，阳极上 被氧化成二氧化碳，故稳定性较差，约每 1A ·h通电消耗草酸0.13g-0.14g,草酸铝生成; 约1A ·h大约有0.08g~0.9g铝与草酸结合生成 草酸铝,可按铝溶解量的5倍补加草酸,电解液 对Al3+、Cl-等杂质较敏感，故Al3+≤2g/L
铝合金手机外壳阳极氧化原理 及常见故障分析
一、氧化目的：
使产品有耐腐蚀、耐 磨性的效果，并且有一定 的装饰性，从而满足客户 的需求。
二、氧化种类： 1、化学氧化： A.定义：将铝及其合金置于某种适当的 化学药液中进行化学反应的过程称化学 氧化。 B.性质：氧化膜较薄(厚度为0.5-4um)多 孔有良好的吸附能力,质软不耐磨、抗蚀 性低于阳极氧化膜，一般作为涂装的底 层（如白色钝化、金黄色钝化）。