阳极氧化染色原理

阳极氧化染色原理

随着人们生活水平的提高，对家居装饰的要求也越来越高，不仅要求有良好的性能，同时又

要有亮丽的色彩。粉末喷涂方兴未艾，既有良好的性能，又有让人们满意的色彩。但是，厚厚的

粉末遮住了金属应有的光泽而略显遗憾。阳极氧化染料正好弥补了这点遗憾，既保持了金属光泽，又有极其艳丽的色彩，不仅可以用在家用电器、汽车、铭牌标识等，也是家居装饰的不错选择。

本文主要针对硫酸阳极氧化染色，是作者在工作积累的一些经验，与大家一同探讨。

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。

氧化温度，控制在20℃左右，氧化槽液的温度对染色的影响非常显著，过低的温度致使氧化

膜的膜孔致密，染色速度显著减缓；温度过高，氧化膜蔬松，容易粉化，不利于染色的控制，氧

化槽的温差变化应在2℃以内为宜。

电流密度，控制在120—180a／m2。电流密度过大，在膜厚一定的情况下，就要相应地缩短

铝制品在槽中的电解时间，这样，氧化膜在溶液中的溶解减少，膜孔致密，染色时间加长。同时，膜层容易粉化。

膜厚，染色要求氧化膜厚度一般在10µm以上冲溶液。膜厚过低，染色容易出现不均

匀现象，同时在要求染深色颜色(如黑色)时，因为膜厚不够，导致染料的沉积量有限，无法达到

要求的颜色深度。

总而言之，阳极氧化作为染色的前工序，是染色的基础。阳极氧化的问题在染色之前，我们

很难看到或者根本无法看到，一旦染上色之后，我们会清晰地看到诸如颜色不均匀的现象。而此

时，生产工作者往往会把问题的原因归于染色的不正常，而忽略在氧化工艺上寻找原因。我在刚

接触氧化染色时就常犯这些错误。

3 染色

3．1 染色前的水洗

阳极氧化之后，氧化膜的膜孔中残留有硫酸溶液，因此，染色之前必须将铝制品彻底清洗干净。避免给染色槽带人杂质离子，尤其是磷酸根离子、氟离子等，在染色槽之前设立纯水清洗，

并且要对水质进行监控是十分必要的。

3．2 染色槽的配制

在染色所用的染料中，大多数是有机染料，有机染料容易发霉。为有效地防止槽液发霉，配

制槽液前，可以用漂白粉，苯酚一类的药物将槽体消毒。配制槽液时，加人防霉剂可以有效地延

长染色液的使用时间。槽液配好之后要存放数小时，才能投入使用，为保证ph值稳定，可以加

入醋酸——醋酸钠缓

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上成长起来的，

后者称为阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究，膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表

面垂直的管状孔，它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密

的氧化铝构成一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。阻挡层是又无

水的氧化铝所组成，薄而致密，具有高的硬度和阻止电流通过的作用。阻挡层厚约0.03-0.05μm，为总膜后的0.5%-2.0%。氧化膜多孔的外层主要是又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阳离子。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觉决定的，它们都与阳极氧化条件密

切相关

铝合金阳极氧化常见故障及分析

(1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后，发生局部无氧化摸，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。如果表面产生金属相

的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或者热处理不当所造成各部分组织不均匀等，则易产生选择性

氧化或选择性溶解。若铝合金中局部硅含量偏析，则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局

部选择性溶解产生空穴等。另外，如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁等金属杂质离子含量过高，往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹，影响氧化膜的抗蚀防护性能。 (2)同槽处理的阳极氧

化零件，有的无氧化膜或膜层轻薄或不完整，有的在夹具和零件接触处有烧损熔蚀现象。这类故

障在流酸阳极氧化工艺实践中往往较多发生，严重影响铝合金阳极氧化质量。

由于铝氧化膜的绝缘性较好，所以铝合金制件在阳极氧化处理前必须牢固地装挂在通用或专

用夹具上，以保证良好的导电性。导电棒应选用铜或铜合金材料并要保证足够接触面积。夹具与

零件接触处，既要保证电流自由通过，又要尽可能减少夹具和零件间的接触印痕。接触面积过小，电流密度太大，会产生过热易烧损零件和夹具。无氧化膜或膜层不完整等现象，主要是由于夹具

和制件接触不好，导电不良或者是由于夹具上氧化膜层未彻底清除所致。

(3)铝合金硫酸阳极氧化处理后，氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉，特别是填充封闭后，制

件表面出现严重粉层，抗蚀性低劣。这一类故障多发生在夏季，尤其是没有冷却装置的硫酸阳极

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。