1铝合金阳极氧化工艺及参数理论指导

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。

铝及铝合金阳极氧化过程机理：2.1

a.膜的电化学生成过程

b.膜的化学溶解过程。必须使膜的生成速度大于溶解速度。

2.2阳极氧化膜的结构：

a. 多孔的外层氧化膜外层主要是由非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成，此外还含有电解液的阴离子。当电解液为硫酸时，膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所决定，与阳极氧化条件密切相关。

b. 阻挡层阻挡层是由无水的Al2O3所组成, 厚约0.03-0.05μm，为总膜厚的

0.5%-2.0%，薄而致密, 具有高的硬度和阻止电流通过的作用。

3 铝及铝合金阳极氧化膜的特点

3.1.硬度较高：普通氧化膜在300HV左右，硬质氧化膜达500HV

3.2.较高的耐蚀性：经阳极氧化后得到的膜必须进行封闭处理

3.3.较好的吸附能力：阳极氧化膜为多孔结构

3.4.很好的绝缘性能：绝缘击穿电压大于30V/μm

3.5.绝热抗热性能强：阳极氧化膜可耐温1500℃左右，纯铝为660℃

3.6.有机涂层和电镀层附着性强

3.7.功能性好：利用阳极氧化膜的多孔性，在微孔中沉积功能性微粒，可以得到各种功能性材料

4 铝及铝合金阳极氧化的工艺

按照使用性质分类，可以分为普通阳极氧化（着色）工艺、光亮阳极氧化（加着色）工艺、硬质阳极氧化

4.1 普通阳极氧化工艺：

铝工件→上挂具→脱脂→水洗→阳极氧化→水洗（去离子水洗）→{染色或电解着色→水洗→去离子水洗}→封孔→水洗→下挂具。

备注：普通阳极氧化脱脂水洗后如果铝工件表面氧化严重，可以增加碱蚀水洗工序再进行阳极氧化，不过这道工序本身会对铝制品有腐蚀作用，特别是碱腐更加严重些；对新出来的铝工件样品，如没必要（铝制品表面自然氧化膜少），最好可不做。

4.2 光亮阳极氧化加着色工艺：

机械抛光→上挂→化学除油→热水清洗→清洗(三道)→-硫酸中和→

清洗(三道)→化学抛光→清洗（三道）→出光→清洗→阳极氧化→清洗→封闭染

色→清洗→封孔→水洗→干燥→检查

硬质阳极氧化工艺4.3

硬质阳极氧化在工艺工序中并没有明显改变，只是在某些工艺工序的参数中做了不一样的改变。

4.4以上工序辅助工艺点备注：

1)机械抛光：喷砂、研磨、滚磨，机械加工处理工件表面较大缺陷或整平工作

2)化学除油：碱洗脱脂清除表面有机油脂和无机碳化物，清洁作用。

工艺要求：氢氧化钠：50～70g/L 添加适量的表面活性剂

温度：50～70℃

时间：0.5～2min

碱洗时间应视工件表面油污除净为止

3)热水清洗：热水清洗的作用主要是脱脂和清洗碱液。

碱洗后的冲洗最好先用热水冲洗，有利于洗净工件表面上的碱性物质。有盲孔、狭缝的工件要加强对该部位的冲洗，并甩净其中的残留溶液,为后序清水作准备。

4)硫酸中和：酸洗本身的作用是腐蚀、溶解金属表层、与表面疏松的氧化物发生还原反应，同时它还具有强脱脂和酸碱中和作用

工艺要求：10-20℅的硫酸常温2-10S

5)化学抛光：在特定的溶剂中，利用化学浸蚀的作用，使产品达到整平、光亮的效果。

工艺要求：

硫酸：10-15℅、时间：3-7分钟

磷酸：70-80℅、温度：90-110度

硝酸：5-6℅

6)出光：硝酸出光清除表面的氧化皮或不溶物，使表面露出结晶层。

工艺要求：硝酸：200～300ml/L

温度：室温

时间：视黑膜退净为止（正常5-10S）

若处理杂铝、铸铝还应在此配方的基础上添加50ml/L氢氟酸，以加速除去碱洗

时粘附在铝件表面的不溶物。

7) 清洗：以上清洗作用，清洗产品表面因前工序所携带的酸碱跟随离子,避免带入后工序槽中破坏槽液成分平衡，导致不良现象产生，在酸洗后最好是用超声波清洗，特是在钝化后的清洗，超声波清洗时要注意一个频率的问题，铝材是比较柔软的材料，频率过大或次数过多都很容易被打伤，如有打伤在钝化后非常明显，须机械加工才能掩盖其缺陷。

8)氧化：经前处理后要立即转入氧化工序，以防因工件在大气中搁置过久而又生成自然氧化膜而影响氧化层的质量。再度浸泡在清水中虽优于曝露在大气中，但也不宜浸泡过久。

氧化过程中溶液的温度是至关重要的工艺条件，溶液温度过高，成膜速度加快，氧化膜容易出现粉化；溶液温度过低，成膜速度缓慢，所生成的膜色调偏淡，附着力差。

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