铝及其合金表面氧化处理-金属表面着色

膜厚可用下式计算出来: H=0.4WTI÷F (um)
F:面积，dm2； I:总电流，A； T:时间，min； W:阳极效率，平均为0.65。
硫酸阳极氧化工艺简单，溶液稳定，操作方 便，允许杂质含量范围较宽，电能消耗少， 成本低，且几乎可以适用于铝及各种铝合金 的加工，所以在国内已得到了广泛的应用。
液中，使电解液微量混浊，以褐色粉状物吸
附于膜上。
⑥搅拌和移动：可促使电解液对流，强化冷 却效果，保证溶液温度的均匀性，不会造成 因金属局部升温而导致氧化膜的质量下降。
⑦铝合金成分：一般来说,铝金属中的其它元 素使膜的质量下降，且得到的氧化膜没有纯 铝上得到的厚,硬度也低，不同成分的铝合金, 在进行阳极氧化处理时要注意不能同槽进行。
中可能存在的杂质有Clˉ、Fˉ、NO3ˉ、Cu2＋、 Al3+、Fe2+等。其中 Clˉ、Fˉ、NO3ˉ使膜的
孔隙率增加，表面粗糙和疏松。若其含量超
过极限值,甚至会使制件发生腐蚀穿孔（Clˉ应 小于0.05g/L,Fˉ应小于0.01g/L）；当电解液 中Al3+含量超过一定值时，往往使工件表面
出现白点或斑状白块，并使膜的吸附性能下 降，染色困难（Al3+应小于20g/L）；当Cu2＋ 含量达0.02g/L时，氧化膜上会出现暗色条纹 或黑色斑点；Si2+ 常以悬浮状态存在于电解
交流法
100-150 ＜25 15-25 2-4
16-20 60 压缩空气 1.5：1
18-30 20-40 压缩空气 1 ：1
影响氧化膜质量的因素主要有： ①硫酸浓度：通常采用15％～20％。浓度升 高，膜的溶解速度加大，膜的生长速度降低， 膜的孔隙率高，吸附力强，富有弹性，染色 性好（易于染深色），但硬度，耐磨性略差； 而降低硫酸浓度，则氧化膜生长速度加快， 膜的孔隙少，硬度高，耐磨性好。
4.3 铝及其合金的氧化处理
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。
因此，生产时必须严格控制电解液的温度。要制取 厚而硬的氧化膜时，必须降低操作温度，在氧化过 程中采用压缩空气搅拌和比较低的温度，通常在零 度左右进行硬质氧化。
③电流密度：在一定限度内，电流密度升高，膜生长 速度升高，氧化时间缩短，生成膜的孔隙多，易于 着色，且硬度和耐磨性升高；电流密度过高，则会 因焦耳热的影响，使零件表面过热和局部溶液温度 升高，膜的溶解速度升高，且有烧毁零件的可能； 电流密度过低，则膜生长速度缓慢，但生成的膜较 致密，硬度和耐磨性降低。
④氧化时间：氧化时间的选择，取决于电解液浓度， 温度，阳极电流密度和所需要的膜厚。相同条件下， 当电流密度恒定时，膜的生长速度与氧化时间成正 比；但当膜生长到一定厚度时，由于膜电阻升高， 影响导电能力，而且由于温升，膜的溶解速度增大， 所以膜的生长速度会逐渐降低，到最后不再增加。
⑤ 电解液中的杂质：在铝阳极氧化所用电解液
4.3.2铝和铝合金的阳极氧化（电化学氧 化处理）
铝是比较活泼的金属，标准电位-1.66V，在空气中 能自然形成一层厚度约为0.01～0.1微米的氧化膜， 这层氧化膜是非晶态的，薄而多孔，耐蚀性差。但 是，若将铝及其合金置于适当的电解液中，以铝制 品为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化 膜，这种方法称为阳极氧化。
<2>铬酸阳极氧化：
铬酸阳极氧化是指用5～10%的铬酸电解液对 铝及其合金进行阳极氧化的技术。
用此法得到的氧化膜具有如下特点:①较薄 (与硫酸和草酸氧化膜比)，约2～5微米，可 保持工件原有精度和粗糙度；②质软弹性高, 几乎没有气孔，耐蚀性强于硫酸阳极氧化膜； ③不透明,颜色由灰白至深灰色,甚至彩虹色， 故不易染色；④由于孔隙少,膜层不用封闭处 理就可使用；⑤与有机物的结合力好,因此常 用作油漆的底层；⑥与硫酸阳极氧化比,成本 较高,使用受到一定限制。
H2O－2e ---> O ＋ 2H+ 2Al＋3O ---> Al2O3 在阴极发生下列反应：
2H+ ＋2e ---> H2 同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应
为： 2Al ＋ 6H+ ---> 2Al3+ ＋3H2 Al2O3 ＋ 6H+ ---> 2AL3+ ＋ 3H2O
氧化膜的生长过程就是氧化膜不断生成和不断溶解的 过程。
所以，用于防护，装饰及纯装饰加工时，多 使用允许浓度的上限，即20%浓度的硫酸做 电解液。
②电解液温度：电解液温度对氧化膜质量影响很大。 温度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低。当温度 为22～30℃时，所得到的膜是柔软的，吸附能力好， 但耐磨性相当差；当温度大于30℃时，膜就变得疏 松且不均匀，有时甚至不连续，且硬度低，因而失 去使用价值；当温度在10～20℃之间时，所生成的 氧化膜多孔，吸附能力强，并富有弹性，适宜染色， 但膜的硬度低，耐磨性差；当温度低于10℃，氧化 膜的厚度增大，硬度高，耐磨性好，但孔隙率较低。
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图4－1 阳极氧化特性曲线与氧化膜生长过程 示意图
2.铝及铝合金的阳极氧化工艺 铝及其铝合金阳极氧化的方法很多，常用的 有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极 氧化、硬质阳极氧化和瓷质阳极氧化。
<1>硫酸阳极氧化：在稀硫酸电解液中通以直 流和交流电对铝及其合金进行阳极氧化处理， 可获得5～20微米厚，吸附性较好的无色透明 氧化膜。
硫酸阳极氧化的配方及工艺条件
配方及工艺条件 直流法
1
硫酸（g/L） 50-200
铝离子Al（g/L） ＜20
温度（℃)
15-25
阳极电流密度 0.8-1.5 （A/dm2）
电压（V）
18-25
时间（min） 20-40
搅拌
压缩空气
阴极面积/阳极面积 1.5：1
2 160-170 ＜15 0-3 0.4-6
通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制 氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度 约为几十至几百微米的阳极氧化膜，其耐蚀性，耐 磨性和装饰性等都有明显改善和提高。
1.氧化膜的形成与生长
Al及铝合金的阳极氧化所用的电解液一般为中等溶 解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用。 铝及其合金进行阳极氧化时，在阳极发生下列反应：