铝及铝合金制品的阳极氧化和着色机理分析
铝及铝合金制品的阳极氧化和着色机理分析
化 学 抛 光 是 一项 金 属 表 面 光 饰 加 工 技 术 。化 抛 时 ， 铝
制 品 表 面 沾 附 的 油 污 必 须 除 去 ， 否 则 将 影 响 Ｆ 工 道 序 。常 用 的是 碱 性 化 学 除 油 法 。 即 通 过 皂 化 及 乳化 作 用 分 别 将 动 、植 物 油 以及 矿 物 油 污 除 去 。
ＩＩ５ 学抛 光 ．．化
氧 化物气 体 的作用 。当含 量为７ ～ １％ ％ ０ 时，对氮 氧化物 气体
近年 来应用 的无氮氧 化物气体 （ 无黄烟 ）的新 型酸 性化
抛 液 ， 其 成 分 为 ： ＨＰ 。 Ｈ Ｏ， （Ｈ）Ｓ ＯＮ ２ 。０，ＨＳ ， Ｎ 。 Ｎ Ｏ，Ｃ （Ｈ）， Ｏ Ｃ Ｓ ＩＯ。它 们 的 作 用 及 影 响 ： ｕ Ｏ，Ａ Ｐ ＨＰ 是 化 抛 液 中起 切 削 和 溶 解 作 用 的 最 主 要 成 分 。 含 。０： 量 要 求 在 ７ ％ ８ ％ 间 ，若 过 低 ， 将 使 化 抛 速 度 减 慢 ， 制 品 ０￣ ０之 表 面不易得到较高的光亮度 。 ＨＳ 没有 它 ，虽 然 制 品 表 面 仍 可 得 到 光 泽 ，但 很 容 易 Ｏ： 产 生 点 蚀 ， 故 它 在 化 抛 液 中 的含 量 以５ ～ １％ 宜 。 ％ ０为 Ｈ Ｏ： 其 含 量 以 ３ ～ ８ 为 宜 ， 过 高 ， 会 使 制 品 表 面 出现 Ｎ ％ ％ 点 蚀 ， 而 且 当 温 度 较 高 时 极 易 生 成 乳 白 色 氧 化 膜 ；但 低 于 ２将大 大降低制品表面的光亮度 。 ％
铝 是 一 种 化 学 活 动 性 较 强 的 轻 金 属 元 素 。铝 及 铝 合 金 制 品表 面 能 在 大气 中 自然 地 生 成 一 层 厚 度 为０ ２ 的 ．５ １ ｕ１ Ｘ ０ １ １ 氧 化 膜 ，但 这 层 薄 膜 不 但 耐 蚀 性 和 耐 磨 性 都 很 差 ， 而且 制 品都 是 单 一 的 银 白色 ，所 以 ， 对 铝 及 铝 合 金 制 品 经 过 阳 极 氧 化 以提 高 其 耐 蚀 耐 磨 性 能 并 进 行 着 色 装 饰 ， 是 目前 广 泛 采 用 的 方 法 。 本 文 论 述 了铝 及 铝 合 金 制 品 阳 极 氧 化 及 着 色 方 法 主 要 工 艺 的作 用 机 理 ，这 对 于确 保 制 品 质 量 ，增 强 抗 蚀 能力 ， 延 长 使 用 寿 命 ，装 饰 美 化 外 观 ， 都 有 重 要 作 用 。
铝阳极氧化着色工艺及色彩原理
铝阳极氧化着色工艺及色彩原理铝阳极氧化着色工艺一般包括以下步骤：准备工作、阳极氧化、着色和封孔。
首先，需要对铝制品进行表面清洁，以去除杂质和油污等。
然后将铝制品浸入含有硫酸等化学物质的电解槽中，使其成为阳极，通过电解反应在表面生成一层氧化膜。
此时，铝制品外表形成了一层均匀的氧化膜，但颜色为银白色。
为了使其呈现出不同的颜色，需要使用着色剂，将铝制品浸入含有染料的溶液中。
染料的种类决定了最终颜色，可选用的着色剂有无机酸盐、有机颜料、金属颜料等。
着色剂通过渗透或吸附的方式颜色进入氧化膜内部，使其产生各种不同的颜色。
最后，通过封孔处理来增加氧化膜的密封性能，提高耐腐蚀性。
铝阳极氧化着色的色彩原理主要涉及到两个方面：氧化膜的结构与色彩特性、着色剂与颜色之间的相互作用。
首先，氧化膜是由氧化铝组成的多孔膜层，该膜层具有特定的孔隙结构，孔隙大小、形状以及其分布情况会影响光线的折射和散射。
这种孔隙结构会使光线在氧化膜内部发生多次的反射和干涉，导致不同波长的光波长在氧化膜中的传播路径不同，从而产生不同颜色。
其次，着色剂是通过渗透或吸附的方式进入氧化膜内部，并与其表面相互作用。
不同的着色剂具有不同的化学性质和吸附特性，对光线的吸收、反射和散射起到不同的作用，从而影响色彩的呈现。
铝阳极氧化着色工艺广泛应用于实际生产中的颜色选择上，可以通过控制氧化膜厚度和染料使用量来调节颜色的深浅。
一般来说，氧化膜越厚，颜色越深，颜色也会随着染料浓度的提高而加深。
同时，还可以通过改变氧化膜的孔隙结构来调节反射和干涉效果，从而改变颜色的亮度和饱和度。
总之，铝阳极氧化着色工艺通过氧化膜的结构和着色剂的相互作用，使铝制品呈现出多种各具特色的颜色。
这一工艺不仅能够提高铝制品的耐腐蚀性能，还能增加其美观度，满足不同领域对铝制品颜色的要求。
铝的阳极氧化与表面着色
实验3：铝的阳极氧化与表面着色【实验目的】1.掌握阳极氧化的基本原理，学习铝的阳极氧化与表面着色工艺，了解对金属表面处理的一般方法；2.了解和探讨铝在阳极氧化过程中影响氧化膜性能的各种因素，通过对比耐腐蚀性来评价氧化膜的质量。
【实验背景】1.铝的广泛应用：铝及铝合金具有密度小，比强度高，导电和导热性好，成型容易，无低温脆性等优点，是一种综合性能优良的轻金属材料。
目前，铝材在航空航天工业及建筑材料、交通工具、电子产品等领域中得到了广泛的应用。
2.铝氧化膜的性质：金属铝在大气中其表面总是被一层透明的氧化膜所覆盖，但是天然的铝氧化膜极薄且孔隙率大，机械强度低，抗蚀和耐磨性都不能满足防腐需要。
利用电化学方法，可使铝（或铝合金）表面生成致密的优质氧化膜，且膜较厚，其厚度可达几十至几百微米，能有效地提高铝的耐腐蚀性。
另外，由于所形成的氧化膜存在均匀的孔隙，故可用有机染料进行染色处理，经封密后色泽稳定，使铝材的应用更加广泛。
这种使铝表面氧化的电化学工艺称为铝的阳极氧化。
3.铝氧化膜分类：根据氧化膜用途可以在阳极氧化的同时，再进行其它工艺得到相应的氧化膜，如：防护性氧化膜；防护-装饰性氧化膜（氧化后再着色）；功能性氧化膜如硬质氧化膜；自润滑氧化膜；导电氧化膜；绝缘氧化膜、磁性氧化膜、光吸收氧化膜、催化膜等【实验原理】1.铝的阳极氧化1将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液，惰性电极为阴极。
其反应历程复杂。
现在以 Al为阳极，Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质介绍其反应原理：阴极：2H++2e-→H2↑阳极：Al-3e-→Al3+Al3++3H2O→Al(OH)3+3H+Al(OH)3→Al2O3+3H2O阳极上的Al被氧化，且在表面形成一层氧化铝膜的同时，由于阳极反应生成的H+和电解质H2SO4中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：Al2O3+6H+→Al3++3H2O当成膜和溶膜的速率决定了膜的厚度和致密度。
铝合金阳极氧化膜层着色问题及分析
第37卷第5期2017$10月冶金与材料Metallurgy and materialsVol.37 No.5October2017铝合金阳极氧化膜层着色问题及分析魏向禹，惠鑫刚，李广萍，梁智国(西北工 有限公司，陕西西安710000)摘要:铝及铝合金表面性能改善通常采用阳极氧化工艺，阳极化后的铝制品可以通过着色处理使其表面具有 丰富多彩的 ，从而 。
本文主要针对着色工艺中常见问题及原因进行分析，详细介绍问题产生原因，以便实际生产中加以借鉴。
关键词：阳极氧化;装饰性;着色工艺;常见问题;原因分析近年来，随着铝及其合金制品在航天、航空等领域的应用在逐渐增多，表面性能及[性要求也越来越高，阳氧化工艺不断；研究，表面 方面的研究也得 分发展。
铝阳极氧化 多孔 化学活性，很容易进行着色处理。
阳氧化工艺后氧化的着色工艺要求比较严格，不同的工艺及参数下得到的膜 颜色会 ，色 子在 孔隙存在位置不同，基本上可分为自然显色法、电色法、化学吸附着色法等三 型。
化学吸附着色法工艺过程 、耐 ，成本 ，在生产中应用比较广泛。
而采用的染料剂分，生产中以 色 色为主。
1着色机理硫酸阳极氧化就是铝及铝合金在特定浓度的 硫酸 中，施 电，使表面形成一有一定抗 以及硬度的氧化膜的过程，其颜色一般从无色透明到暗灰色，由于材料不同颜色会有 微小差异，氧化膜的表面是由多孔层构成的，其表 面积大，很高的化学活性，利用这一特点在阳极氧化膜表面可进行各种着色处理，可以提高产 品的 耐 ，同时 铝制品表面以各种功能性。
阳极化工艺过程如下$1.1法在一定的电解液和某种条件下，基体材料表 面阳极化与着色同时发生，染料在电解作用下发 生分解生成微小颗粒附着在氧化 孔壁，由图1于电解质溶液、含量以及材料本身组分和结构不 同而表现出不同颜色。
1.2电解着色将阳极化后的铝材置于含有Ni2+、Cu2+、Sn2+等离子的电 中发生电解作用，金属阳离子经过 积到多孔氧化层的 ，表现出不同的金属色。
铝氧化着色问题
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。
铝及其合金的氧化着色介绍
铝及铝合金阳极氧化
铝合金具有多种金属的优点，在日常生产及生活中，具有广泛的应用。其具有 较好的导电性和导热性，仅次于金、铜、银，延展性好、塑性高、可进行各种机 械加工。
铝及铝合金经阳极氧化后，铝表面形成厚度为几个至几百个微米的氧化膜，氧 化膜的表面形成多孔蜂窝状的，比铝合金的自然氧化及化学氧化具有更好的耐蚀 性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。采用不同的电解液及控制因素，可 得到不同蜂窝结构及大小的氧化膜。可用于不同的领域及功能性材料，例如建材、 航空材料、电子产业及纳米材料制备模板等领域。
目前封孔产品具有多样化，一般分为：含铬封孔剂、含镍封孔剂、无镍封孔剂 等产品。
铝及铝合金氧化的分类
铝及铝合金按氧化工艺可分为：化学氧化、阳极氧化及微弧氧化。化学氧化， 在一定的温度下，铝及其合金在在氧化溶液中，表面铝合金表面的铝离子与氧化 溶液中的氧进行相互作用，形成一层致密的氧化膜。化学氧化的氧化膜一般在 0.5-4微米之间，相对阳极氧化来说，耐磨性差、耐腐蚀性低，不适宜单独使用， 但是氧化表面的微孔结构，能够增大基体与涂层的结合力，一般做为喷漆及其他 涂层的底层使用。
微弧氧化过程包括电化学反应和等离子体化学反应。在外加电压未达到临界击 穿电压之前, 在阳极金属上发生普通的电化学反应, 生成一层很薄的非晶态氧化膜。 当外加电压达到临界击穿电压后, 膜层上最薄弱的部位首先被击穿, 随着电压继续 增加, 氧化膜表面出现微弧放电现象, 形成等离子体。微弧瞬间温度极高, 不仅使 微弧区的基体合金发生熔融, 也使周围的液体气化并产生极高的压力。在高温高 压作用下, 基体表面原有的氧化膜发生晶态转变。同时, 电解液中的氧离子和其他 离子也通过放电通道进入到微弧区, 和熔融的基体发生等离子化学反应, 反应产物 沉积在放电通道的内壁上。随着微弧继续在试样表面其他薄弱部位放电,均匀的氧 化膜逐渐形成。
铝的阳极氧化和着色(华南师范大学物化实验)资料
华南师范大学实验报告铝的阳极氧化和着色——添加柠檬酸对氧化膜性能的影响摘要铝及铝合金具有密度小、比强度高、导电和导热性好、成型容易等优点，是一种综合性能优良的轻金属材料。
目前，铝材在航空航天工业及建筑材料、交通工具、电子产品等领域中得到广泛使用。
另外由于铝所形成的氧化膜存在均匀的孔隙，可用于有机染料进行染色处理，孔径大小不同的氧化铝膜可应用于不同的领域。
使铝表面氧化的电化学工艺称为铝的阳极氧化，因此对改善阳极氧化膜性能的因素研究显得非常重要。
而在电解液中添加添加剂，可明显改善氧化膜性质，如硬度、厚度和耐蚀性能等。
本次探究以柠檬酸添加剂作为研究对象，探究其对阳极氧化铝绝缘性能、耐腐蚀性能以及着色能力的影响。
实验探究发现，往电解液中添加柠檬酸，可有效增加氧化膜厚度，并提高阳极氧化铝的绝缘性能和耐腐蚀性，但着色效果很差，几乎不能着色。
关键词：阳极氧化；柠檬酸；添加剂；绝缘性能；耐腐蚀性；着色；AbstractAluminum and aluminum alloy, which have strong advantages in low density, high strength and excellent quality in conducting electricity and heat, is a kind of integrated light metal material with excellent performance.Currently, the aluminum material are widely used in the aerospace industry, construction materials, transport, electronics and other fields.The film of the Alumina formed by the presence of porosity apertures so that it can be used for the organic dye. Alumina film with different sizes of aperture can be applied to different areas.The crafts to oxide of the aluminum surface in electricity way is called aluminum anodic oxide and it is very significant for researchers to study deeper. Based on the former study, when adding the additive in the electrolyte, the film properties can be significantly improve, such as hardness, thickness and corrosion resistance.The inquiry took citric acid as the additive, explore its impact on anodized aluminum insulation properties, corrosion resistance and coloring capabilities.It found that the addition of citric acid to the electrolyte solution can effectively increase the thickness, the insulating properties and corrosion resistance of the oxide film, but the coloring property is poor, hardly colored.Keywords ：anodizing；Citric acid；Additive；insulation function；Corrosion resistance；Coloration function一、研究进展1.1阳极氧化膜研究进展综述影响阳极氧化膜性能参数的主要因素包括有电解液种类、阳极氧化电压、电流密度、氧化温度、氧化时间和铝合金成分等。
铝阳极氧化着色工艺与色彩原理
铝阳极氧化着色工艺与色彩原理铝阳极氧化着色工艺是一种通过阳极氧化处理来改变铝合金表面颜色的工艺。
通过该工艺处理后的铝合金表面具有丰富多样的色彩，不仅美观大方，还具有较强的耐候性和耐腐蚀性。
以下将详细介绍铝阳极氧化着色工艺及其色彩原理。
1.铝阳极氧化工艺铝阳极氧化是指将铝合金材料作为阳极放入电解槽中，经过电解处理后，在铝表面形成氧化膜。
这一氧化膜具有一定的硬度和厚度，可有效提高铝合金材料的耐候性和耐腐蚀性。
铝阳极氧化可通过调整电解槽中的温度、电流密度、电解液成分等参数来改变氧化膜的特性。
2.铝阳极氧化着色工艺a.吸附着色吸附着色是指在阳极氧化膜表面通过吸附有机染料来着色。
这种方法可以产生丰富的色彩，色彩饱和度高，并且具有良好的光泽度。
常见的有机染料有染料黑、染料绿、染料棕等。
着色过程中，铝阳极氧化膜的孔隙可以吸附染料分子，并在孔隙的相互作用下形成染料分子吸附层，从而使铝膜颜色发生变化。
b.金属成分着色金属成分着色是指通过电解方法在阳极氧化膜表层沉积金属盐来实现着色。
这种方法产生的颜色相对较稳定，但颜色较少。
常见的金属盐有铁盐、钴盐等。
金属离子可通过电解那个法在阳极氧化膜表面的孔隙中沉积，从而改变铝膜的颜色。
沉积后的金属盐相对固定，不容易被移除。
3.色彩原理在吸附着色中，有机染料分子与阳极氧化膜孔隙表面的氧化铝之间通过物理吸附作用相互结合，产生色彩。
吸附染料分子的种类和分布与氧化膜孔隙的结构和尺寸有关，这些因素共同决定了氧化膜的色彩效果。
在金属成分着色中，金属离子通过电解沉积在氧化膜孔隙表面，形成了金属陶瓷的结构，从而改变了阳极氧化膜的光学特性。
金属成分可以吸收、反射和散射光线，改变了光线的传播路径和波长，从而产生不同的颜色。
总体而言，铝阳极氧化着色工艺可以通过调整工艺参数和选择合适的着色方法来实现多种色彩的效果。
这种工艺不仅能够提高铝合金材料的外观质感，还能改善其表面性能，增强其耐候性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、汽车、电子等领域。
铝及铝合金的阳极氧化
铝及铝合金的阳极氧化
•第一阶段 ： 无孔层的形成阶段，ab段，通电开始断 时间（几秒到几十秒）内电压剧增，达到临界电压， （电压的最大值）表明这时阳极表面形成了连续、无孔 的薄膜层。无孔层电阻较大，阻碍了膜的继续增厚，无 孔层的厚度与形成电压成正比，氧化膜在电解液中溶解 速度成反比。厚度约0.01～0.1微米
铝及铝合金的阳极氧化
铝及铝合金的阳极氧化
•1、什么使阳极氧化 •在适当的电解液中，以金属作为阳极，在 外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的 方法。
•通过控制反应条件（不同类型、不同浓度 的电解液、控制氧化时的工艺条件）可以 获得不同性质、不同厚度的阳极氧化膜， 在硫酸、铬酸、草酸电解液中，铝的自然 氧化膜厚度可以从0.01um---0.015um。
•阴极反应：2H+ 的同时还伴随着酸对铝及生成的三氧化二铝的氧化膜的溶解
•Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2 ↑
•Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O
•氧化膜的生成与溶解是同时进行的，氧化初期，膜的生成速度大于 溶解速度，使膜的厚度不断增加，随着膜厚度的增加，电阻逐渐增 大，膜的生成速度变慢，当膜的生成速度与溶解速度相等时，膜的 厚度就一定了。
铝及铝合金的阳极氧化
•（4）氧化膜的绝缘性，铝的阳极氧化膜的阻抗 较高，导热性也很低，稳定性可高达1500度， 热导率0.419W/(m•K)—1.26 W/(m•K)。所以电 解电容器的电介质层或电器制品的绝缘层。 •（5）氧化膜的结合力，氧化氧化膜于基体金属 的结合力很强，很难用机械的方法将它们分离， 即使膜层随金属弯曲，膜层仍于基体金属保持良 好的结合，但氧化膜的塑性小，脆性大，当膜层 受到较大的冲击负荷和弯曲变形时，会产生龟裂， 所以这种氧化膜不易在机械作用下使用，可以用 作油漆层的底层。
铝阳极氧化着色工艺及色彩原理
2.1染色温度 染色温度 染色速率随温度之上升而提高。 染色速率随温度之上升而提高。 2.2染色时间 染色时间 正常的染色时间为5~15分钟。 分钟。 正常的染色时间为 分钟 2.3PH值 值 染色的最佳PH值通常为 值通常为5~6。相当多的染料要求 染色的最佳 值通常为 。 相当多的染料要求PH 4~5以便 以便 积聚到微细孔内并达到令人满意的效果。一般而言，随着PH值降 积聚到微细孔内并达到令人满意的效果。一般而言，随着 值降 阳极氧化膜的吸附能力提高。 低 ， 阳极氧化膜的吸附能力提高 。 这是因为较高的氢离子浓度提 供较大面积的带正电荷的表面， 供较大面积的带正电荷的表面 ， 使带负电荷的阴离子染料被吸引 和吸附到这样的表面上去。 值有允许的下限 因为PH值低于 值有允许的下限， 值低于4 和吸附到这样的表面上去。PH值有允许的下限，因为 值低于 时氧化膜部份溶解。 时氧化膜部份溶解。 2.4染色浓度 染色浓度 必须选择好染料浓度，使之在工艺条件(PH、时间、温度 下能 必须选择好染料浓度，使之在工艺条件 、时间、温度)下能 获得指定的深度。 获得指定的深度 。 选择这些工作条件时应以铝材能在绝对最低的 染料浓度下染上色为标准。根据吸附原理，在一定的工作条件下， 染料浓度下染上色为标准 。 根据吸附原理 ， 在一定的工作条件下， 染料在阳极氧化膜上的吸附量随可提供的染料量增大而增大。 染料在阳极氧化膜上的吸附量随可提供的染料量增大而增大 。吸 附着色的生产成本不单只取决于染料浓度， 附着色的生产成本不单只取决于染料浓度 ， 还取决于被吸附到阳 极氧化膜上的染料相对量， 极氧化膜上的染料相对量 ， 以及清洗和槽液更新过程中的染料消 耗。
①、利用耐腐蚀的物料制造染色槽。 利用耐腐蚀的物料制造染色槽。 宜利用纯水配槽。 ②、宜利用纯水配槽。 ③、当槽液停止使用时，槽子要盖好。 当槽液停止使用时，槽子要盖好。 阳极氧化后要彻底清洗干净，避免污染染液。 ④、阳极氧化后要彻底清洗干净，避免污染染液。 在没有使用的情况下，染料要进行打风搅拌， ⑤、在没有使用的情况下，染料要进行打风搅拌，防止发 霉。 及时打捞掉槽的产品。 ⑥、及时打捞掉槽的产品。 染料发霉处理方法： 染料发霉处理方法： 微米的过滤布过滤染液。 ①、用10微米的过滤布过滤染液。 微米的过滤布过滤染液 ②、把染液加热到95-100℃，时间大约是一小时。 把染液加热到 ℃ 时间大约是一小时。 再次进行过滤。 ③、再次进行过滤。 如有需要，调整PH值后再使用 值后再使用。 ④、如有需要，调整 值后再使用。
铝的阳极氧化与表面着色物化实验报告
铝的阳极氧化和着色--氧化时间对氧化膜性能的影响1 研究进展铝由于其比重小;加工性能好;导电、热性能优良;塑性好;抗大气腐蚀能力强;易于成形;价格便宜等优点在轻工;建材;航天等领域广泛应用..铝在空气中可自然形成一层氧化膜;起到一定的防护作用;但这种在空气中自然形成的膜性能并不足以真正地保护铝基体..因而人们研究了各类方法以制得性能优良的氧化膜;阳极氧化法是其中最为常用的一种..阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能、很高的耐蚀性;同时还具有较强的吸附性;可对其进行着色处理获得诱人的装饰外观..铝阳极氧化的方法可以根据是电解液的不同分为硫酸法、草酸法、铬酸法、磷酸法、有机酸法和混合酸法等..阳极氧化使用的电源从开始时的直流电;发展到交流电、交直流叠加、方波脉冲电源等..用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化;是最为经典的方法;此法具有工艺简单、溶液稳定、操作简便和成本低等优点..硫酸具有强导电性;所以氧化时所需的电压低;而且它对新生成的氧化膜有较强的溶解作用;不宜长时间通电;通电10-15min即可获得厚度为5-20μm的氧化膜;膜的硬度高、孔隙多、吸附力强、易着色;将孔隙封闭后有较高的抗蚀能力..用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化时;铝的阳极氧化膜性能受到诸多因素的影响;主要包括电流密度、硫酸浓度、氧化时间、添加剂等..铝在阳极氧化时;电流密度对氧化膜的生长关系很大：在相同条件下;一定范围内提高电流密度;有利于氧化膜的生长;其膜厚随电流密度的增大而增大；提高电流密度有利于氧化膜的生长;但电流密度增大的同时;电流效率下降;微孔内的热效应加大;促使膜的孔隙率也增大;导致氧化膜的硬度和比耐蚀性下降..在工业生产上;铝的阳极氧化通常采用的电流密度为1.5-2.0A/dm 2..2 实验部分2.1 实验原理2.1.1铝的阳极氧化铝制品作阳极;以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化;形成较厚的Al 2O 3氧化膜：阴极：2H ＋＋2e －→H 2↑阳极：Al ＋3e －→Al 3＋Al 3＋＋3H 2O →AlOH 3＋3H ＋AlOH 3→Al 2O 3＋3H 2O由于酸的作用;生成的氧化膜的最弱点会发生局部溶解Al 2O 3＋6H ＋=2Al 3＋＋3H 2O;出现的孔隙使得铝与电解液接触;又重新氧化生成氧化膜..随着氧化时间的延长;膜不断溶解与修补;氧化反应不断纵深发展;从而使制品表面生成薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜..要使Al 2O 3氧化膜顺利形成;必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率;因此在铝的阳极氧化过程中;要控制好氧化条件..2.1.2铝氧化膜的着色由于氧化膜表面是由多孔层构成且比表面积大;具有很高的化学活性;因而可以对氧化膜进行表面着色..阳极氧化膜着色方法大体有三种类型：浸渍着色、电解着色和整体着色..本实验主要是浸渍着色翠绿着色..氧化膜对翠绿色有机着色液的物理吸附和化学吸附;其化学吸附是指氧化铝与有机着色液官能团发生络合反应..2.1.3氧化膜的封闭处理氧化膜的表面多孔;在这些孔隙中可以吸附染料也可以吸附结晶水..可以用沸水法将着色好的铝片进行封闭处理;其原理是利用无水Al 2O 3发生水化作用：Al 2O 3＋H 2O=Al 2O 3·H 2OAl 2O 3＋3H 2O=Al 2O 3·3H 2O由于氧化膜表面和孔壁的Al 2O 3水化结果;使氧化物体积增大;将孔隙封闭..2.2 实验方案设计2.2.1 探讨因素预处理、电解液的种类、电解液的浓度、氧化温度、氧化电压、超声波等在多孔氧化铝膜的制备过程中;都会对其成膜成孔产生影响..本次实验主要探讨以下的影响因素：1电解液的浓度对于酸性电解液来说;随着电解液的浓度的不断增大;氧化膜的极限厚度先增大而后减小..这种变化归根到底是H+的浓度的变化造成的..电解液中H +的浓度对氧化铝膜厚度有两方面的影响:一方面;H +的浓度增大;电解液的电导率增大;在相同电压下;电流密度升高;促进了氧化铝膜厚度的增加；另一方面;H+的浓度的增大也加速了氧化膜的溶解..随着H+的浓度升高;首先前者占主导;膜厚度增大；当其浓度升高到一定值时;后者开始占主导;此时膜厚度开始减小..电解液的浓度很低时;氧化铝膜不能形成；而其浓度过高时;酸液的腐蚀性也会将氧化层腐蚀掉..因此;在制备过程中;电解液的浓度应控制在一定的范围内..2阳极电流浓度氧化电压电流密度对多孔氧化铝膜的孔径及生长分布都有一定的影响..电压低时;阳极氧化反应比较缓慢;氧化膜在电解液中的溶解速率大于生长速率;由体积膨胀产生的应力较小;不足以使纳米孔有序分布;形成的纳米孔直径也较小..随着氧化电压的升高;阳极氧化电流密度增大;氧化铝膜的生成速率加快;多孔氧化铝膜的厚度增加；同时应力增大;孔径也随之增大;孔密度降低;纳米孔的排列也更加整齐..在孔洞生长过程中;由于自催化作用;孔洞之间相互竞争发展;部分小孔发展较快;成为大孔洞；而与之相邻的小孔生长速率变慢;逐渐停止发展..氧化电压也不宜过高;这是因为电压过高;反应放出的热量较多;氧化反应过于激烈;不利于纳米孔道的形成..3氧化时间随着氧化时间的延长;膜的不断溶解或修补;氧化反应得以向纵深发展;从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜..其内层阻挡层、介电层、活性层厚度至氧化结束基本都不变;位置却不断向深处推移；在一定的氧化时间内随时间而增厚..4添加剂与杂质的影响电解电压、电解质种类以及添加剂等因素对氧化铝多孔膜的形成过程有显着影响..添加剂可控制膜的弹性、均匀性、氧化速度、温度上限等..对提高阳极氧化工作温度的研究已有不少报道;如在硫酸电解液中添加镍盐、添加硅烷、添加二按酸、添加酒石酸等;都可扩大铝及其合金的阳极氧化温度范围;特别是提高温度丰限..根据实验室具体情况;选取不同的影响因素分组进行探讨;其它因素取文献中最佳工艺..①电解液的浓度；②阳极电流密度；③氧化时间；④添加剂与杂质的影响..由于实验时间和器材的限制;我们这一小组负责氧化时间对阳极氧化膜的影响..固定电解液的硫酸浓度为20%、电流密度为15mA/cm2、室温条件、无添加剂的情况下;探讨不同氧化时间对阳极氧化膜的影响：10min、20min、30min三个不同的氧化时间..2.2.2 表征手段①翠绿着色：对三个氧化时间下进行阳极氧化过的铝片分别进行翠绿着色10min;并作封闭处理；②耐腐蚀实验：分别在三个氧化时间下进行阳极氧化过的铝片的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液;观察气泡产生与液滴变绿的时间..③氧化膜厚度测定：对三个氧化时间下进行阳极氧化过的铝片分别作氧化膜厚度测定;测定公式为：m i -m s ×104δ=ρA式中;δ为膜的厚度;μm ；m i 为成膜后铝片的质量;g ；m s 为退膜后铝片的质量;g ；ρ为氧化膜的密度;2.7g/cm 3；A 为膜表面积;cm 2..测定方法：①将铝片置于分析天平上称重；②将铝片浸于363.2～373.2K 的溶膜液磷酸和CrO 3组成中煮10min ；③取出铝片用水冲洗;浸入无水乙醇中;再取出晾干；④再用天平称出铝片的质量m s ；⑤计算膜厚δ值..2.2.3 所需仪器药品1电极与试剂①电极：铝片1cm ×3cm;9片;铅网；②预处理试剂：去污粉、氢氧化钠溶液3mol/L;硝酸溶液2mol/L ； ③电解液：20%硫酸溶液；④着色试剂：翠绿着色液；⑤溶膜液；2仪器电解槽；WLS 稳流电源；分析天平；镊子；电炉；电吹风等..2.3 实验步骤2.3.1铝片的预处理1铝片的裁剪：剪下3组3片/组;未剪断共9片1cm ×3cm 的铝片； 2铝片的清洗：①用去污粉刷洗铝片;然后用自来水冲洗干净；②碱洗：3mol/L的氢氧化钠溶液浸洗15s；③酸洗：2mol/L的硝酸溶液浸洗1min；④水洗：去离子水清洗;洗后将铝片保存在去离子水中..2.3.2铝片的阳极氧化1以20%的硫酸为电解液;第1组的3片铝片为阳极只将有效面积内的铝片浸入电解液;铅网为阴极;调节WLS稳流电源上的电流为0.09A即电流密度为5mA/cm2;电解5min;然后调节稳流电源上的电流为0.27A;电解5min..2其他条件不变;阳极改为第2组的3片铝片;调节WLS稳流电源上的电流为0.09A即电流密度为5mA/cm2;电解5min;然后调节稳流电源上的电流为0.27A;电解15min..3其他条件不变;阳极改为第3组的3片铝片;调节WLS稳流电源上的电流为0.09A即电流密度为5mA/cm2;电解5min;然后调节稳流电源上的电流为0.27A;电解25min..注意：每组铝片进行阳极氧化的前五分钟;电流密度控制在 5 mA/cm2以下..2.3.3铝片的翠绿着色1分别取第1、2、3组阳极氧化完毕的铝片各一片;经自来水、去离子水冲洗干净后;放入翠绿着色液中着色10min；2将着色后的铝片表面染料冲洗干净;放入沸水中进行封闭处理10min..2.3.4铝片的质量检验比较：耐腐性实验：分别取第1、2、3组阳极氧化完毕的铝片各一片;放入沸水中进行封闭处理10min..然后在铝的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液;观察气泡产生与液滴变绿的时间..2.3.5铝片的膜厚测定：1分别取第1、2、3组阳极氧化完毕的铝片各一片;洗净后吹干;用分；析天平称重并记录mi2溶膜处理：将铝片分别浸于溶膜液磷酸和CrO组成中煮10 min；3；3取出铝片用水冲洗、吹干后用天平称出退膜后铝片的质量ms 4分别计算第1、2、3组铝片的膜厚δ值..3 结果与讨论3.1 实验结果包括数据处理;现象描述3.3.1铝片的预处理1铝片的裁剪：剪下3组3片/组共9片1cm×3cm的铝片：2铝片经过预处理之后;带着一点银白色;金属光泽比较黯淡..将铝片投入氢氧化钠的溶液中;可看到出现大量气泡;产生大量气体..投入硝酸之后;没有很明显的现象出现..铝片经清洗后表面变得洁净且呈银白色金属光泽;在阳光下可以看到闪闪发亮..3.3.2铝片的阳极氧化观察到三组氧化后的铝片在色泽上无明显区别;阳极氧化后的铝片表面的金属光泽消失;呈浅白色；三组条件下所得的铝氧化膜表面均匀细致..3.3.3铝片的翠绿着色着色后观察到铝片表面变为均匀的翠绿色;并且第1、2、3组的铝片颜色依次变深；但在进行封闭处理后;第1组铝片颜色变淡很多;几乎没有染色;2、3组铝片颜色无明显变化;稍微变淡..原因是第1组的铝片在氧化后掉在地上;被污染了..因此第1组的铝片没有染上翠绿色;可以看到铝片上沾满了灰尘;污染很严重..但根据2、3组铝片的染色情况;可推测第1、2、3组的铝片颜色应该是依次变深的..3.3.4铝片的膜厚测定1数据记录及处理表1 氧化膜膜厚记录及计算2计算公式m i -m s ×104δ= ρ=2.7g/cm 3ρA有上式可计算膜厚度δ..3.3.5铝片的耐腐蚀实验在耐腐蚀实验中;滴加重铬酸钾溶液后;因为冒气泡和变绿的时间都挺长;因此记录的时间都是大约的时间..实验现象如下：3.2 讨论3.2.1文献值参考通过查找文献;可知随着时间的增加>30min;膜层增厚;铝表面形成阻挡层;这个阶段氧化膜的形成速度远大于溶解速度;表现为硬度增加;硬度增加是因为在通电的初始阶段形成了致密的、连续的、无孔的氧化膜..但随着时间的延长;电解液开始对膜层溶解而形成孔隙;而时间延长电解液温度也升高;无孔层变成了多孔层;膜层变薄;硬度下降..3.2.2分析讨论对于三个组阳极氧化后的氧化膜;通过翠绿着色、膜厚测定和耐腐蚀实验三个表征手段;可知：1根据三组不同氧化时间的铝片的着色和膜厚度的表征;可以看到氧化时间越长;着色越好;膜厚度越厚..这说明了在本次实验中氧化时间10min、20min、30min;铝片的阳极氧化膜的性能较好..23组氧化后的铝片表面都是均匀而细致;金属光泽消失;呈银白色；但是在耐腐蚀实验中;滴加重铬酸钾溶液后;第1、2组的铝片在较长的时间都没有变色和冒气泡;而第3组的却在较短时间内变色和冒气泡..这是因为在本次实验中的失误..由于在实验过程中过于忙乱;组员不小心将封闭后的铝片投入溶膜液中并加热了..因此第3组的铝片在耐腐蚀实验中很快就变色和冒气泡..3关于耐腐蚀性的鉴定;第1、2组的铝片在30min之内三者都很接近;腐蚀液没有变色;铝片表面也没有气泡;所以无法做出比较..说明在这些条件下生成的氧化膜质量都比较高;耐腐蚀性能好..4在三个组中第3组即氧化时间为30min的氧化膜翠绿着色效果最佳且膜的厚度最厚耐腐蚀实验有失误;这说明了氧化时间为30min的条件是最佳的..但根据文献显示：随着时间的延长;电解液开始对膜层溶解而形成孔隙;而时间延长电解液温度也升高;无孔层变成了多孔层;膜层变薄;硬度下降..因此并不是氧化时间越长;氧化膜就会越厚;而是在这个实验中没有探究更长的氧化时间;以便确定氧化膜厚随氧化时间的变化出现最大值时的最佳氧化时间..讨论1：探讨实验结果可能的原因：13组氧化后的铝片表面都是均匀而细致;说明铝片的预处理做得好;氧化均匀;等到的氧化膜性能较好..但是在表征实验过程中手忙脚乱出现了失误;造成了实验结果的不准确..2理论上电流密度为15 mA/cm2时阳极氧化得到的氧化膜的电流密度为最佳的;但是在实际操作过程中并不是15 mA/cm2;一方面是恒流仪的电流难以控制为指定值;另一方面是所用的铝片的面积测量不是很准确..3在整个实验过程中;每组实验都没有换新的硫酸电解液;随着实验的进行;硫酸电解液的浓度不断下降;使结果出现偏差..3本组实验是探究氧化时间对氧化膜性能的影响;但是由于时间的限制;只做了三个不同的氧化时间;氧化时间个数太少;难以得到氧化时间对氧化膜影响的结果..4在做这个实验中最大的问题就是失误了..例如氧化后的铝片掉到地上;被污染导致着色表征结果有偏差；还有在耐腐蚀的实验中;铝片先被溶膜了..这些失误对结果造成了一定程度的影响..遇到问题时怎么应对也是一个问题;当时铝片溶膜后;实际上我们可以从另一片铝片剪一部分下来做耐腐蚀实验的..经过这个实验后;更加明白在做实验中要细心认真;遇到问题时要冷静并找到合适的方法;而且组员之间的合作起着很重要的作用..讨论2：在铝片的膜厚测定实验中;用了成膜后的铝片质量以及退膜后的质量来算氧化膜的质量;那为什么不能用氧化前铝片的质量以及成膜后的质量呢这是因为在铝制品作阳极;以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化的过程中;发生如下的反应：阴极：2H ＋＋2e －→H 2↑阳极：Al ＋3e －→Al 3＋Al 3＋＋3H 2O →AlOH 3＋3H ＋AlOH 3→Al 2O 3＋3H 2O在阳极中铝片会不断溶解生成铝离子;质量减小;但铝离子又重新生成氧化膜;这个反应的速率不一样..这个质量差可能会变小;质量的减小可能因为铝片溶解呈铝离子了;而不是氧化膜造成的..因此不能用氧化前铝片的质量以及成膜后的质量来算氧化膜的质量..4. 结果在固定电解液的硫酸浓度为20%、电流密度为15mA/cm2、室温条件、无添加剂的情况下;探讨10min;20min;30min三个氧化时间对阳极氧化膜的影响：氧化膜的膜厚会随着氧化时间的增加而增加;但经过查找文献可知;并不是氧化时间越长;氧化膜的性能就越好..。
铝合金的阳极氧化讲解
图2 三种着色阳极化膜的特征
注意：⑴某些染液中有硫酸存在，会使膜层着色不上。即使硫酸对染料无影响， 也会使染料的pH值下降，导致色调的变化。因此，着色前制品的清洗尤为重要。
⑵严禁油污进入染液中，否则着色表面容易出现条纹或污斑缺陷。 ⑶为保证着色均匀、色泽一致，铝件阳极氧化处理条件必须一致，染色条 件也应一致。
铝的阳极氧化与着色
主讲教师: 谭小平
一 实验目的
了解铝与铝合金阳极氧化及着色的原理 与方法。
掌握阳极氧化着色的基本操作规程，为今 后参加工业生产提供感性和理性认识。
二 实验原理
以经过预处理的铝试样作为阳极，在适当的电解液中，在外 加电流作用下生成氧化膜(Al2O3层）的过程称为铝的阳极氧化。 其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不 锈钢、铝等。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，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅 是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，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 水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态 的形式析出。同时该过程中伴随有铝的溶解、离子迁移，离子 在电极上放电以及其他反应过程。
4. 比较两种情况，并进行解释。
思考题： 1.阳极氧化着色效果与哪些因素有关？ 2.为什么每次工序后要水洗？ 3.封闭处理的作用是什么？
为了提高阳极膜的防护性能和经久保持膜的着色效果， 阳极氧化膜需要在热水中封闭。一般认为封闭过程是无定形 氧化铝的水合作用生成水合氧化铝(Al2O3 ·H2 O)晶体的化学 过程。热水为98~100℃，比电导不超过10Ms/cБайду номын сангаас的蒸馏水。 阳极氧化膜的封闭示意图见图3。
铝及铝合金硬质阳极化原理介绍及常见问题分析
作者简介：陈庆龙（1985-），男，硕士，工程师，主要研究方向为金属电沉积、金属腐蚀加工。
收稿日期：2023-04-14铝及铝合金硬质阳极化原理介绍及常见问题分析陈庆龙1，余辉2（1.中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，南京2011106；2.航空工业洪都航空集团，南昌330096）摘要：本文详细介绍了硬质阳极化膜的生成过程、膜层的生长原理。
综述了硬质阳极化生产过程中常见的故障，分析了膜层厚度不够、烧蚀、腐蚀斑、返修后光洁度下降、复合镀种漏膜等产生的原因，并提出了预防及改善措施。
关键词：铝合金；硬质阳极化；故障分析；预措施中图分类号：TG146.21，TG178.2文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）05-0064-04doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.05.130前言硬质阳极化是一种历史悠久的常见的表面处理方法。
作为一种特殊的阳极化方法，硬质阳极化主要用于提高铝合金的防腐能力和耐磨性，它既适用于一般的铝合金，也可能用于压铸造合金零件产品。
铝合金具有密度小的特点，但表面硬度及耐磨性不够，硬质阳极化正好能够弥补铝合金这一缺陷，它能够有效提高铝合金产品的表面硬度以及耐磨性。
硬质阳极化溶液配方一般以硫酸溶液为基础溶液，同时添加一些其他的辅助药品，如草酸、氨基磺酸等改性成份。
一般情况下，通过控制阳极化温度、硫酸浓度或氧化时间来控制硬质阳极化膜层厚度。
对于硅含量大于8%或铜含量大于5%的变形铝合金产品以及高硅的压铸造铝合金产品，还可以考虑增加一些阳极化的特殊措施[1]。
1硬质阳极化氧化膜的原理介绍1.1硬质阳极化氧化膜的电化学反应一般认为，硬质阳极化膜的生成是两种不同的反应同时进行的结果。
一种反应是电化学反应。
在电解溶液中通电的瞬间，铝合金的表面上立即生成一层A12O 3阻挡膜。
随着阳极化的不断进行，带负电的阴离子迁移到阳极表面失去电子而放电，而金属铝失去3个电子成为A13+，因而两者相结合生成氧化物，同时放出大量的热量，其化学反应式如下：2OH -一2e -→H 2O+O 2-2Al 3++3O 2-→Al 2O 3+Q （1424J/mol ）6OH -+2Al 3+→3H 2O +Al 2O 3+Q另一种是化学反应，即电解液对金属铝和氧化膜都具有溶解作用，且热量越大溶解速度越大。
铝及铝合金阳极氧化着色工艺规程
控制措施：调整工艺参数、 优化工艺流程、加强过程 控制等
质量标准：符合相关国家 标准和行业标准
检测频率：根据生产实际 情况确定检测频率
检测记录：记录检测结果， 便于追溯和分析
着色质量检测与控制
检测项目：颜色均匀性、光泽度、耐磨性等 检测方法：目测、色差仪、耐磨试验等 控制措施：调整工艺参数、更换原材料、加强过程管理等 质量标准：符合相关国家标准和行业标准
着色原理及方法
阳极氧化：在铝 及铝合金表面形 成氧化膜，提高 耐磨性和耐腐蚀 性
着色原理：利用 电解液中的金属 离子与氧化膜中 的氧离子发生化 学反应，形成有 色化合物
着色方法：根据 需要选择不同的 电解液和着色温 度，控制着色时 间和着色深度
着色效果：可以 获得各种颜色的 氧化膜，如黑色、 蓝色、红色等
PART 6
封闭处理工艺
封闭处理的作用及原理
封闭处理：在阳 极氧化过程中， 通过封闭处理， 使氧化膜表面形 成一层致密的保 护层，提高氧化 膜的耐腐蚀性和 耐磨性。
原理：封闭处理 是通过化学反应， 在氧化膜表面形 成一层致密的保 护层，阻止外界 环境对氧化膜的 侵蚀，提高氧化 膜的耐腐蚀性和 耐磨性。
工艺流程：水洗→脱脂→ 水洗→中和→水洗→干燥
脱脂剂：常用的有碱性脱 脂剂、酸性脱脂剂、中性 脱脂剂等
脱脂温度：根据工件材质 和脱脂剂种类确定，一般 在40-60℃之间
脱脂时间：根据工件材质 和脱脂剂种类确定，一般 在5-15分钟之间
脱脂效果检验：目测工件 表面无油脂、污垢等，水 洗后无泡沫产生
碱蚀处理
铝及铝合金阳极氧化着色原理
阳极氧化原理
阳极氧化是一种电 化学过程，通过电 解液中的电流作用， 使铝及铝合金表面 形成一层氧化膜。
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。
铝的阳极氧化实验报告
铝的阳极氧化实验报告篇一：铝的阳极氧化染色实验报告铝的阳极氧化染色实验报告【实验名称】铝的阳极氧化染色。
【实验目的】对铝进行阳极氧化，并进行染色处理。
【实验原理】以铝或铝合金制品为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理，使其表面形成氧化膜，这样形成的氧化膜比在空气中自然形成的氧化膜耐蚀能力更好。
氧化膜具有较强的吸附性，利于进行染色处理。
经过阳极氧化后，铝制品的耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。
（1）阳极氧化原理以铝或铝合金制品为阳极，硫酸为电解质溶液进行通电处理，铝被氧化形成无水的氧化膜。
阴极：2H+ + 2e-= H2↑阳极：2Al + 3H2O – 6e-= Al2O3 + 6H+氧化膜在生成的同时，又伴随着氧化膜被溶解的过程。
Al2O3 + 6H+ =2Al3+ + 3H2O溶解出现的孔隙使铝与电解液接触，又重新氧化生成氧化膜，循环往复。
控制一定的工艺条件（硫酸浓度和温度等）可使氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，利于氧化膜的生成。
（2）着色原理铝的阳极氧化膜多孔隙，对染料有良好的物理吸附和化学吸附性能，在铝阳极氧化膜上进行浸渍着色或电解着色，可达到耐蚀和装饰目的。
无机盐着色：将制品依次浸入两种无机盐溶液中，两种无机盐在氧化膜孔隙内反应生成有颜色的无机盐并沉积在孔隙中。
有机染料着色：阳极氧化膜对染料有物理吸附作用，有机染料官能团与氧化膜也会发生络合反应。
有机染色色种多且色泽艳丽，但耐磨、耐晒、耐光性能差。
（3）封闭原理铝阳极氧化膜必须进行封闭处理。
沸水法是常用的封闭方法。
在沸水中，氧化膜表面及孔壁的无水氧化膜水化，形成非常稳定的水合结晶膜，从而达到封闭孔隙的目的。
Al2O3 + H2O=Al2O3·H2O此外还有蒸汽封闭法、盐溶液封闭法和填充有机物封闭法等。
本实验将铝以硫酸为电解质溶液进行阳极氧化，用硫代硫酸钠溶液和高锰酸钾溶液进行浸渍着色，用沸水法封闭。
【实验用品】铝片、铜片、氢氧化钠、硫酸、高锰酸钾、硫代硫酸钠、水、天平、量筒、烧杯、玻璃棒、水槽、直流电源、电流表、鳄鱼夹、导线、砂纸。
铝的阳极氧化和着色
铝的阳极氧化和着色——电流对氧化膜性能的影响摘要:本文综述了铝的阳极氧化的发展历程以及硫酸电解液对阳极氧化影响的研究进展.在其他因素为最佳条件的前提下，设计实验探讨电解液浓度对阳极氧化的质量影响，并通过耐腐蚀性检测，氧化膜厚度检测以及着色效果表征了铝片经过不同条件氧化的性能质量，在最后得出结论：其他条件均为最佳的前提下，使用20%的电解液制得铝片氧化膜性能最佳.关键词:铝片；阳极氧化；电解液浓度；水封；着色；膜厚.1 研究进展铝及其合金阳极氧化处理后表面可得到多孔氧化膜 ,其硬度高 ,抗蚀性、绝缘性好 ,耐高温 ,具有较高的化学稳定性、吸附性 .自20世纪20年代开始,铝阳极氧化膜的使用价值, 越来越高.近10年来 ,随着研究手段的不断先进化 ,对铝阳极氧化形成多孔膜的机理及影响因素的认识也在不断深入.1953 年 Keller 等首先报道了用电化学方法制备氧化铝孔洞模板, 70年代Thompson 通过实验证明, 多孔层的形成主要是由于铝表面的显微不平引起电流分布不均,在表面突出的部位生长, 出现脊状的结构,脊状骨架之间的区域为氧化膜形成多孔结构创造了条件.1978 年 Heber提出在电流作用下使电解液产生对流,出现漩涡, 漩涡大小为微米级.Serebrennikova 等通过循环伏安法研究了银在多孔阳极氧化膜内的沉积过程． Nathan 等采用脉冲和交流沉积的方法在阳极氧化膜沉积得到铜纳米线．80年代徐源等研究了纯铝在铬酸中的恒流阳极氧化过程.目前国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等.硫酸阳极氧化形成的氧化膜较厚(约5～20μm) ,无色透明;孔隙率较高(平均为10 %～15 %) ;吸附力强;有利于染色;硬度高 ,抗蚀性、耐磨性、着色性好 ,但受硫酸浓度、温度、电流密度、氧化时间、搅拌、添加剂、铝合金成分等多种因素影响;处理工艺简单 ,操作方便 ,废液处理容易;能耗少 ,成本较低;氧化时间短 ,生产效率高.研究表明阳极氧化时 ,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程.当成膜速度大于溶解速度时 ,膜才得以形成和成长.对于酸性电解液来说, 随着电解液的浓度的不断增大,氧化膜的极限厚度先增大而后减小.电解液中H+的浓度对氧化铝膜厚度有两方面的影响:一方面, H+的浓度增大, 电解液的电导率增大,在相同电压下, 电流密度升高,促进了氧化铝膜厚度的增加; 另一方面, H+的浓度的增大也加速了氧化膜的溶解.随着H+的浓度升高,首先前者占主导,膜厚度增大; 当其浓度升高到一定值时, 后者开始占主导, 此时膜厚度开始减小.电解液的浓度对孔径的大小有很大的影响,酸度过低,孔径很小, 酸的浓度过高, 孔径增大,甚至会产生连孔现象,影响孔的有序性,所以要一定要使酸度适中.电解液的浓度很低时,氧化铝膜不能形成;而其浓度过高时, 酸液的腐蚀性也会将氧化层腐蚀掉.因此,在制备过程中,电解液的浓度应控制在一定的范围内.2 实验部分2.1 实验原理2.1.1 阳极氧化原理将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化，可形成较厚的氧化膜，膜的主要成分是Al2O3，其反应历程比较复杂.现在以Al为阳极， Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质介绍其反应原理.电解时的电极反应为：阴极： 2H+ + 2e- → H2↑阳极： Al - 3e-→ Al3+Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O (氧化膜形成 )阳极上的Al被氧化，且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时，由于阳极反应生成的 H+和电解质H2SO4中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：Al2O3 + 6H+ →Al3+ + 3H2O在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而又非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的.2.1.2 着色原理氧化膜的表面是由多孔层构成的，其比表面积大，具有很高的化学活性.利用这一特点，在阳极氧化膜表面可进行各种着色处理.可以提高提高产品的装饰性和耐蚀性，同时给铝制品表面以各种功能性.阳极氧化膜着色方法大体有三种类型：浸渍着色、电解着色和整体着色.本实验使用浸渍着色.浸渍着色的原理主要是氧化膜对色素体的物理吸附和化学吸附.无机盐浸渍着色主要是靠化学反应沉积在多空层.有机染料的着色通常认为既有物理吸附也包括有机染料官能团与氧化铝发生络合反应形成.2.1.3 封闭原理氧化膜的表面是多孔的，在这些孔隙中可吸附染料，也可吸附结晶水.由于吸附性强，如不及时处理，也可能吸附杂质而被污染，所以要及时进行填充处理，从而提高多孔膜的强度等性能.封闭处理的方法很多，如沸水法、高压蒸气法，浸渍金属盐法和填充有机物（油，合成树脂）等.本实验采用的是沸水法.沸水法是将铝片放入沸水中煮，其原理是利用无水三氧化二铝发生水化用.Al2O3 + H2O →Al2O3gH2OAl2O3 + 3H2O →Al2O3g3H2O由于氧化膜表面和孔壁的水化的结果，使氧化物体积增大，将孔隙封闭.沸水封闭时，水的pH值应控制在4.5～6.5之间，pH值太高会造成“碱蚀”.煮沸用去离子水，时间一般为１０min，煮沸后取出，放入无水酒精中数秒后再晾干.2.2 实验方案设计在铝的阳极氧化中，很多因素影响了膜的厚度和性能以及影响着色质量等，其中包括电解液浓度、阳极电流密度、电解槽温度、氧化时间、添加剂与杂质影响.除此之外，搅拌、电流波形等也会对氧化膜产生影响.由对于时间限制，我们分组探讨不同条件对氧化膜质量的影响，我们探讨的是电解液浓度对阳极氧化的影响.对于产品实验采用以下三个方面粗略地检测氧化膜的性能：耐腐蚀性、测定氧化膜厚度、着色情况.因此本实验安排如下：（１）对欲进行阳极氧化的铝片表面预处理；（２）由影响氧化膜形成的因素（电解液浓度）来设计具体实验内容，对铝进行阳极氧化处理；（３）对已氧化好的铝片进行后处理（水封或着色后水封）；（４）对已处理的、形成氧化膜的铝片进行质量检验及比较.2.2.1 探讨因素实验探究电解液浓度对阳极氧化生成氧化膜性能的影响，分别采用10%、20%、30%的硫酸溶液（无催化剂）进行实验.其他影响因素均采用最佳条件：电流密度为15 mA/cm2；通电时间为20 min左右；温度为室温下；无催化剂.三种条件分别进行阳极氧化，制成的产品再做质量检验和比较.2.2.2 表征手段2.2.2.1氧化膜着色和封闭氧化膜着色应在氧化结束后进行.将阳极氧化处理得到的新鲜氧化膜铝片直接用水冲洗干净，立即放入着色液中着色.着色时注意染料的纯度，水温约在313.2～333.2Ｋ，不能太高.pH值在4.5～7.0之间为宜，着色时间为10min.染色后的铝片经水冲洗干净后，再进行水封闭处理.如果无需着色，则必须对新鲜氧化膜进行封闭处理.本实验采用沸水法.将氧化后的铝片用去离子水冲洗干净放入沸水中煮，水的pH值应控制在4.5～6.5之间，时间为10min，煮沸后取出晾干.2.2.2.2 耐腐蚀性检测在铝的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液，观察气泡产生与液滴变绿的时间.2.2.2.3氧化膜厚度测定①铝片置于分析天平上称重；②将铝片浸于363.2～373.2Ｋ的溶膜液（磷酸和CrO3(固) 15g；H3PO4(液) 30cm3；H2O 20cm3组成）中煮10min；③取出铝片用水冲洗并用电吹风吹干；④再用天平称出铝片的质量ms ; ⑤计算膜厚δ值.测定公式为：式中，δ为膜的厚度（μm）；m为成膜后铝片的质量（g）;m为退膜后的质量（g）;ρ为氧化膜的密度（2.7g/cm3）；A为表面积(cm2).2.2.3 实验仪器与药品2.3.1.1仪器电解槽； WLS稳流电源；分析天平；镊子；万用电表；电炉；电吹风等.铝片，铅片或铂片2.3.1.2 药品铝片；铅电极板；去污粉；氢氧化钠溶液（3mol/L）；硝酸溶液（2mol/L）；硫酸溶液（10%，20%，30%）；翠绿着色剂；溶膜液；重铬酸钾腐蚀液；去离子水等.2.3 实验步骤2.3.1 实验操作步骤2.3.1.1 前期准备先剪裁出三片呈E字形状的铝片，预计浸入电解液中的深度（2cm），计算浸入面积，从而计算电流大小.2.3.1.2 铝片表面预处理用去污粉刷洗铝片，然后用自来水冲洗干净.将铝片放在3mol/L的氢氧化钠溶液中，浸30s，取出后用自来水冲洗，若油污已除净，铝片的表面不会挂水珠.再将铝片放在2mol/L 的硝酸溶液中浸60s，取出后用自来水冲洗干净，以除去碱处理时铝表面沉积的杂质及中各所吸附的碱.洗净的铝片存放于盛水的烧杯中待用.2.3.1.3 铝的阳极氧化实验中铝的阳极氧化采用用直流电流，铝始终是作阳极，铅极板作为负极.由于探究条件为电解液浓度，因此固定其他条件为：电流密度为15 mA/cm2；通电时间为20 min左右；温度为室温下；无催化剂.分别使用浓度为10%，20%，30%的硫酸溶液进行实验.2.3.1.4铝片后处理氧化结束后，剪出一片氧化完成的铝片1，直接用水冲洗干净，立即放入着色液中着色10min.染色后的铝片经水冲洗干净后，再进行水封闭处理.氧化结束后，剪出第二片氧化完成的铝片2，无需着色，直接进行水封，将氧化后的铝片用去离子水冲洗干净放入沸水中煮 10min，煮沸后取出晾干.氧化结束后，剪出第三片氧化完成的铝片3，直接用去离子水进行冲洗，无须着色和水封，直接吹干用于测定氧化膜厚度.2.3.1.5 耐腐蚀性检测在铝片2（即无着色，有水封）的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液，观察气泡产生与液滴变绿的时间.三个条件下的铝片均要进行.2.3.1.6氧化膜厚度测定①将铝片3（即无着色，无水封）洗净吹干后置于分析天平上称重质量记为m i；②将铝片浸于溶膜液（磷酸和CrO3(固) 15g；H3PO4(液) 30cm3；H2O 20cm3组成）中煮10min；③取出铝片用水冲洗并用电吹风吹干；④再用天平称出铝片的质量m s ; ⑤计算膜厚δ值.测定公式为：δ=(m i-m s)*104/(A*ρ)式中，δ为膜的厚度（μm）；m为成膜后铝片的质量（g）;m为退膜后的质量（g）;ρ为氧化膜的密度（2.7g/cm3）；A为表面积(cm2).3 结果与讨论电镀完的铝片表面覆盖一层薄膜，使得外观更加光亮，镀膜与未镀膜的部分有明显的分界；被溶膜的铝片则总体外观与第一片相似，但是有部分呈灰色；着色的铝片则呈翠绿色且有光泽。
铝合金阳极氧化及着色
1 前言铝及其合金材料由于其高的强度/重量比，易成型加工以及优异的物理、化学性能，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。
然而，铝合金材料硬度低、耐磨性差，常发生磨蚀破损，因此，铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少磨蚀，延长其使用寿命。
在工业上越来越广泛地采用阳极氧化的方法在铝表面形成厚而致密的氧化膜层，以显著改变铝合金的耐蚀性，提高硬度、耐磨性和装饰性能。
阳极氧化是国现代最基本和最通用的铝合金表面处理的方法。
阳极氧化可分为普通阳极氧化和硬质阳极氧化。
铝及铝合金电解着色所获得的色膜具有良好的耐磨、耐晒、耐热和耐蚀性，广泛应用于现代建筑铝型材的装饰防蚀。
然而，铝阳极氧化膜具有很高孔隙率和吸附能力，容易受污染和腐蚀介质侵蚀，心须进行封孔处理，以提高耐蚀性、抗污染能力和固定色素体。
2 铝及铝合金的阳极氧化2.1 普通阳极氧化铝及其合金经普通阳极氧化可在其表面形成一层Al2O3膜，使用不同的阳极氧化液，得到的Al2O3膜结构不同。
阳极氧化时，铝表面的氧化膜的成长包含两个过程：膜的电化学生成和化学溶解过程。
只有膜的成长速度大于溶解速度时，氧化膜才能成长、加厚。
普通阳极氧化主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化和磷酸阳极氧化等，以下介绍一些普通阳极氧化新工艺[骐骥导航：机械网址导航]。
2.1.1 宽温快速阳极氧化[1]硫酸阳极氧化电解液的温度要求在23℃以下，当溶液的温度高于25℃时，氧化膜变得疏松、厚度薄、硬度低、耐磨性差，因此在原硫酸溶液中加入氧化添加剂对原工艺进行改进，改进后的溶液配方为：硫酸（ρ＝1.84g／cm3）150－200g／L（最佳值160g／L）CK－LY添加剂20－35g／L （最佳值30g／L）铝离子 0.5－20g／L （最佳值5g／L）CK－LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐，前者能提高电解液的工作温度，抑制阳极氧化膜的化学溶解，在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作用；后者能增强电解液的导电性，提高电流密度，加快成膜速度。
铝的阳极氧化与着色实验方案
实验铝的阳极氧化与着色一．实验目的1、了解铝的阳极氧化的基本原理及方法。
2、了解铝阳极氧化后氧化膜着色的基本原理及方法。
二．实验用品仪器：烧杯，直流电源，导线，铜板（片），电炉。
试剂：NaOH(2.0mol L-1)，H2SO4(20%,约2.32mol L-1)，铝片，着色液（根据个人喜好，可用各种颜色墨水或染料稀释）。
三．实验原理铝在空气中形成的天然氧化膜很薄（4×10-3～5×10-3 μm），不可能有效地防止金属遭受腐蚀。
用电化学方法在铝或铝合金表面生成较厚的致密氧化膜，该过程称为阳极氧化。
阳极氧化使表面氧化膜加厚可达几十至几百微米，使铝的耐腐蚀性大大提高。
氧化膜具有很高的电绝缘性和耐磨性。
用染料将其染成各种颜色，还可大大提高其装饰效果。
由于阳极氧化后铝及铝合金具有这些优良性能，所以在许多工程技术中得到了广泛的应用。
以铜（或石墨）为阴极，铝为阳极，在H2SO4溶液中进行电解，两极反应如下：阴极2H+ + 2e- = H2阳极Al – 3e- = Al3+Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O电解过程中，H2SO4又可以使形成的Al2O3膜部分溶解，所以氧化膜的生长以来于金属氧化速度和Al2O3膜溶解速度。
要得到一定厚度的氧化膜，必须控制氧化条件，使氧化膜形成速度大于溶解速度。
四．实验内容1、铝板切所需大小的样片2、铝片的表面清洁取一块铝片，先用去污粉刷洗，然后用自来水冲洗。
再将铝片放入2.0mol L-1的NaOH溶液中浸泡1min，取出后先用自来水冲洗，再用去离子水淋洗。
油除净的铝片表面应不挂水珠。
经过清洗后的铝片不能用手接触待氧化的区域，以免沾污。
洗净的铝片可存放于盛有去离子水的烧杯中待用。
3、铝的阳极氧化将铝片作为阳极，铜片作为阴极，2.32mol L-1H2SO4为电解液（室温），按图接好线路，电压为30V。
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是在某些金属盐溶液中，利用金属盐被氧化膜吸附 后，发生水解作用，生成氢氧化物沉淀，填充在孔隙内达 到封闭的目的。常用作封闭的金属 盐有钴、镍盐类，其水 解反应为：
ＮＨ４＋盐和ＣＯ（ＮＨ２）２：具有抑制操作过程中放出氮氧化物气 体的作用。加入的比例是：ＮＨ４＋盐：ＣＯ（ＮＨ ）２ ２ ＝３：２。
Ｃｕ２＋：在制品表面起辅助阳极作用，对电解液具有活化 作用。含量一般为０．０２％。
Ａｌ３＋：不仅有助于加快铝的溶解，而且也有抑制产生氮 氧化物气体的作用。当含量为７％～１０％时，对氮氧化物气体 的消除以及化抛质量均有利，并且在取下限时还可延长化抛 液的使用寿命。 １．２ 阳极氧化膜的形成
经阳极氧化得到的新鲜氧化膜极易受到污染，故应立 即对其进行着色处理，以达到装饰目的。
根据着色物质和色素体在氧化膜中分布的不同，可把 氧化膜着色分为化学着色法和电化学着色法。 ２．１ 化学着色法
化学着色法是使染料吸附在膜层孔隙内着色的方法。 ２．１．１欲着色的氧化膜应具备的条件
首先，氧化膜应具有一定的厚度。对于不同厚度的 膜，着色的色调也不同：要得到深、暗的色泽，膜应厚 些；反之，则薄些。其次，膜本身应尽可能无色透明并有 一定的松孔和吸附性能。另外，氧化膜不能有明显的伤 痕、砂眼、点蚀和晶粒扩大、偏析等缺陷。 ２．１．２着色染料的选择
由于这些氢氧化物沉淀几乎是无色透明的，而且还能 与有机染料分子形成配合物，此法特别适用于防护装饰性 氧化膜经着色后的封闭处理［６］。
目前，铝及铝合金被越来越多地用来代替钢铁和各种 有色金属以及木材等非金属材料，并用来制成各种型材、 设备、零件及日用工业品［１］。
铝是一种化学活动性较强的轻金属元素。铝及铝合金 制品表面能在大气中自然地生成一层厚度为０．２５×１０２μｍ的 氧化膜，但这层薄膜不但耐蚀性和耐磨性都很差，而且制 品都是单一的银白色，所以，对铝及铝合金制品经过阳极 氧化以提高其耐蚀耐磨性能并进行着色装饰，是目前广泛 采用的方法［２］。
在沸水中，氧化膜表面及孔壁的无水Ａｌ２Ｏ３水化，体积 膨胀，从而达到封闭孔隙的目的。当无水Ａｌ２Ｏ３水化为一水 化合物时，体积比原来增加３３％，再进一步水化为三水化合 物时，体积将比原来增加１００％以上。利用蒸汽压力可使氧 化膜变得更加细密，以提高其耐蚀、耐磨等性能。 ３．２ 盐溶液封闭法 ３．２．１重铬酸盐封闭法（俗称填充法）
Ａｌ２Ｏ３的形成反应总是在作为阳极时发生［４］： 阳极（Ａｌ）：２Ａｌ＋６ＯＨ－－６ｅ＝Ａｌ ２Ｏ３＋３Ｈ ２Ｏ（主要）
４ＯＨ－－４ｅ＝２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２↑（次要） 通过实验观察与测定，氧化膜是由两层组成：内层为 纯度较高的Ａｌ２Ｏ３膜，质地细密而薄，紧贴在铝件上，厚约 ０．０１～０．０５μｍ，硬度高，又称阻挡层。外层为靠近电解液 一边的水化的、多松孔状的由Ａｌ２Ｏ３和Ａｌ２Ｏ３· Ｈ２Ｏ所形成的 膜，厚达几十至一百微米，硬度比较低。其结构示意图 ， ［５］ 见图１。
染料的选择是否合适，将直接影响制品的装饰效果。 选择时，既要考虑到着色的色光、耐晒和牢度，又要根据 氧化膜具有的特性。
由于氧化膜表面一般呈正电性，所以要选择一些带负 电性且易溶于水的阴离子型染料，比如，带亲水性的磺酸 基－ＳＯ３Ｎａ和羧酸基－ＣＯＯＮａ染料等。 ２．１．３用有机染料着色
用有机染料着色，是利用制品氧化膜具有物理吸附性 能和化学吸附性能而实现的。目前应用最多的是品种色彩 丰富的酸性染料、直接染料、茜素染料、活性染料及印地 科素还原性染料等。 ２．１．４用无机盐着色
Ｈ３ＰＯ４：是化抛液中起切削和溶解作用的最主要成分。含 量要求在７０％～８０％之间，若过低，将使化抛速度减慢，制品 表面不易得到较高的光亮度。
Ｈ２ＳＯ４：没有它，虽然制品表面仍可得到光泽，但很容易 产生点蚀，故它在化抛液中的含量以５％～１０％为宜。
ＨＮＯ３：其含量以３％～８％为宜，过高，会使制品表面出现 点蚀，而且当温度较高时极易生成乳白色氧化膜；但低于 ２％将大大降低制品表面的光亮度。
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中国西部科技 ２０１０年１２月（上旬）第０９卷第３４期总第２３１期
程，即制品表面（阳极）上析出的原子氧与铝作用而生成 Ａｌ２Ｏ３；另一个是氧化膜的化学溶解过程，即生成的氧化膜 被部分地溶解。溶解过程是必需的，否则，由于氧化膜的 电绝缘性能将阻止电流的通过而影响氧化膜的继续生成， 所以要选择有一定溶解氧化膜能力的电解液。显然，在阳 极氧化的开始阶段，氧化膜的生成速度要明显地大于溶解 速度，但同时还必须有一定的溶解速度，这样才能得到较 厚的氧化膜。
论
著
铝及铝合金制品的阳极氧化和着色机理分析
李红梅 王海君
（齐齐哈尔医学院，黑龙江 齐齐哈尔 １６１００６）
摘 要：本文分析了被广泛应用的铝及铝合金制品的防护与装饰方法—阳极氧化和着色主要工序中的机理以及影响制品 防护性能与着色质量的因素。 关键词：铝及铝合金；阳极氧化；氧化膜；着色；封闭 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１０．３４．００１
将制品依次浸入两种无机盐溶液中，利用两种无机盐 在氧化膜孔隙内的化学反应，生成新的有颜色的无机盐并 沉积在孔隙中即可着色。比如，着黄色：先将铝及铝合金 制品浸入醋酸铅［Ｐｂ（ＣＨ３ ＣＯＯ）２ ］溶液，取出后用水清洗，再 浸 入 重 铬 酸 钾 ［ Ｋ２Ｃ ｒ２Ｏ７］ 溶 液 ， 即 可 生 成 黄 色 的 重 铬 酸 铅
［ＰｂＣｒ２Ｏ７］新盐，沉淀于氧化膜孔隙中［２］ 。 ２．２ 电化学着色法
电化学着色是藉金属微粒对入射光的吸收和散射而产 生颜色，在特定介质下，色泽深浅由金属粒子沉积量决 定，而与氧化膜厚度无关。着色时是将铝及铝合金制品先 在硫酸溶液中制出洁净、透明多孔的阳极氧化膜，然后移 到酸性的金属盐溶液中，施以交流电处理，将金属微粒不 可逆地电沉积在氧化膜孔隙的底部，凡能由水溶液中电沉 积出来的金属，大部分都可用在电化学着色上，但其中只
层以及排列不整齐的晶粒等最先被溶解，从而使制件表面的 晶格排列更趋于整齐、晶粒将更加紧密和细小。铝的钝度越 高、晶粒越细，化抛的质量也就越高［３］。
近年来应用的无氮氧化物气体（无黄烟）的新型酸性化 抛液，其成分为：Ｈ３ＰＯ４，ＨＳ２ Ｏ，４ ＨＮＯ，３ （ＮＨ ４） ２ＳＯ ４，ＣＯ（ＮＨ２）２， ＣｕＳＯ４，ＡｌＰＯ４。它们的作用及影响：
温度对氧化过程的影响与浓度的影响基本相同。在 ４０℃范围内，电解液的温度越高，膜的最初溶解速度越 快，内层氧化膜就越薄，见图４。
图１ 铝氧化膜结构示意图 外层氧化膜的孔呈圆锥形，扩大的喇叭口朝外。孔的 生长过程是：在电解液中，水化了的Ａｌ２Ｏ３表面带负电荷， 周围紧贴有带正电荷的离子。在阳极氧化时，由于电位差 的影响，带电质点相对于固体壁形成电渗液流，即贴近孔 壁的带正电荷的液层向外部移动，外部的新鲜的电解液则 随之沿着孔的中心轴方向流入孔内，从而促使孔的加深和 扩大，见图２。可见，电渗液流的存在是氧化膜得以增长的 一个必要条件。
为得到较厚的氧化膜，可加高电压。因为当电压不足 以击穿内层时，原氧化膜则停止生长。影响铝氧化膜性能 的因素很多，但主要有以下几点。 １．２．１电解液的浓度
氧化膜的生长过程取决于膜的溶解与生成的比率。通 常，电解液的浓度越高，氧化膜的溶解速度越快；反之， 则越慢。因此，采用稀溶液有利于膜的生长。 １．２．２电解液的温度
制品表面沾附的油污必须除去，否则将影响下道工 序。常用的是碱性化学除油法。即通过皂化及乳化作用分 别将动、植物油以及矿物油污除去。 １．１．３化学抛光
化学抛光是一项金属表面光饰加工技术。化抛时，铝 以离子形式溶解而进入溶液并聚集在制品的表面附近，使 制品表面的溶液粘度增大，导致铝的溶解速度下降。由于 粘液的比重较大，易沉积于铝件的凹陷处，所以，制品表 面凹陷处近似于钝化状态；而表面凸出部分的粘液层非常 薄，故凸起部分易与新鲜溶液接触而被溶解。另外，制品 在溶解时，那些晶格较大、在机械抛光时产生的晶体变形
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论
著
且浓度较低的条件下，容易出现此种情况）。对此，可采 用随氧化过程的进行而逐渐升高电压的方法解决。
在一定范围内，增大电流密度可加快氧化膜的生长速 度；但若超出该范围，膜的生长速度非但不能加快，有时 反而趋于停止。所以，通常将电流密度控制在２～４Ａ／ｄｍ２范 围内。为提高氧化膜的外观质量，可采用以下方法：在氧 化开始的３０秒内，取电流密度为工作值的一半，以后再逐 渐增至正常值［６］。 ２ 氧化膜的着色
图 ３ 氧化过程中的电压－时间曲线
图２ 孔内的电渗液流示意图 图３示出了阳极氧化过程中的电压－时间曲线。结合图 ３，对氧化过程的机理作如下分析：当氧化过程开始时，即
图 ４ 温度对氧化膜溶解速度的影响
１．２．３电压和电流密度 阳极氧化的初始电压对氧化膜的结构有较大影响。当
电压较高时，氧化膜的孔隙直径增大，但孔隙数量却大大 减少；由于制品尖端部位的氧化膜容易被击穿，故尖端部 位的电流密度增大，使那里的制品表面变得十分粗糙，并 伴随析出大量氧气（在铝的纯度较低、电解液的温度较高
Abstract:Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｌｏｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ａｒｅ ａｌｓｅ ａｎａｌｙｓｅｄ． Key words:Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；Ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；Ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ；Ｃｏｌｏｒｉｎｇ；Ｃｌｏｓｕｒｅ
有几种金属盐具有实用价值，如锡、、钴盐和用得较少 的铜盐 。 ［２、６］ ３ 氧化膜的封闭