铝合金阳极氧化工艺对氧化膜层性能的影响

离子 洗净 后进 行 电化 学抛光 （ 电化 学抛 光液 成 分 ： Ｎ ａ Ｃ Ｏ 。 ２ ． ４ ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ， Ｎ ａ ３ Ｐ ０ ４ ０ ． １ ６ ｍ ｏ ｌ ／ Ｄ， 其工艺条件为： 槽 电压 １ ５ Ｖ ， 温度 ８ ０ ℃， 抛光 时间 １ ５ ｍ ｉ ｎ ， 采用不锈钢 （ １ Ｃ ｒ ｌ ８ Ｎ ｉ ９ Ｔ ｉ ） 为辅 助 电极 。将前 处理 后 的铝板 样 品采 用草 酸 、 磷酸 及 混合 酸 电解液 进行 阳极 氧化 。实验采 用 两步 氧化 法 ， 第 一次 阳极氧化 后将试样放 在含有磷 酸 （ ０ ． ６ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ） 、 铬 酸
【 关键 词】铝型材； 清洁生产
１ 铝型材生产现状和能耗排污情况
广 东省 是我 国重要 的铝 加 工产业 基 地 ， 尤其 是 铝型
材加 工在 国 内 占有 举足 轻重 的地 位 ， 其 生产 量和 消 费量
１ ． １ ． １ 能源消耗现状
目前 ， 铝 型材 企业 耗 能种类 主 要包 括 电力 、 原煤、 柴
油、 燃料 油 、 天然气 和 液化石 油 气 。 目前 ， 铝 型材 企 业 能 耗 偏高 主要 的原 因有 ： 熔铸 炉 、 加热 炉 能耗 较高 ； 熔 铸 炉 和 加 热炉 余 热 利 用 不够 充 分 ；挤 压 机 节 电器 安 装 率较 低， 致使 空 载损耗 较大 ， 能源计 量 统计 不充 分 ， 考 核管 理 不 到位 等情 况 。
纳米 级孔 径 、 高度有 序 且厚度 可 达 到几 个至 几 百微 米 的
氧 化膜 ， 该铝 合 金 材料 广 泛 应用 于 建 筑 型材 ， 同时 经着 色 及封 闭处 理 后 可进 一 步 提 高材 料 的 耐腐 蚀 性 及 装饰
发新 型分 离膜及 制 备新 型功 能材料 奠 定实验 基础 。
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａ ｎ ｏ ｌ ｉ ｇ ｏ ｍ ｅ ｒ ｓ ｂ ｙ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｉ ａ ｌ —
［ ７ ］ 郭鹤 桐 ， 王 为 ． 铝 阳极 氧 化 的 回顾 与 展 望 ［ Ｊ ］ ．材 料 保 护 ，
化 工艺对 多孔氧化 铝膜 的形貌 影 响很 大 ， 要 制备 出高度
有序的、 适 当长 径 比的 多孔 阳极氧 化 膜 ， 必须 对 氧 化 工
艺进行研 究 。
，
且 在干 燥 空 气 中铝 的表 面 仅 能 自发 氧 化 形成 厚 约
本文 着 重研 究 了铝合金 阳极氧 化 工艺 参数 、 电解液
［ ８ ］Ｉ ．Ｖ ｒ ｕ ｂ ｌ ｅ ｖ ｓ ｋ ｙ ，Ｖ ．Ｐ ａ ｒ ｋ ｏ ｕ ｎ ，Ｊ ．Ｓ ｃ ｈ ｒ ｅ ｃ ｋ ｅ ｎ ｂ ａ ｃ ｈ ．Ａ ｎ ａ ｌ ｙ —
ｓ ｉ Ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｆ ｉ Ｉ ｍ ｇ ｒ ｏ ｗ ｔ ｈ ｏ ｎ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ｉ ｎ ｐ ｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ｏ — ｒ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ Ｕ Ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ — ａ ｎ ｏ ｄ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ． Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
广东 建材 ２ ０ １ ４ 年第 ８ 期
工艺与设备
铝合 金 阳极 氧化 工艺 对 氧化 膜层 性 能 的影 响
杨 勇
（ 中国电子科技集 团第 ４ ３ 研究所）
【 摘 要】 采用电化学阳极氧化工艺， 在酸性电解液中精确控制工艺参数， 在铝合金表面有序制备
纳米级有序多孔氧化铝膜 ， 并在特定的溶液中将 多孔膜层剥离分析其结构特性： 。 结合扫描 电镜 （ ｇ Ｅ Ｍ ） 、 原子力显微镜 （ Ａ Ｆ Ｍ ） 对 多孑 Ｌ 氧 化 铝 薄 膜 进 行 观 察 和表 征 。 实验 结果 表 明 ： 多孔 阳极 氧 化 铝 膜 层 的 结 构 特性受不 同工艺参数的影响： 一定工艺条件下草酸体系中制各 的多孔膜孔径与氧化电压呈反 比； 适 当 比例的磷酸和草酸的混合 酸制备 的多孔膜性能较佳； 磷酸体系下提高 电解液浓度膜孔有序度降低 ， 升 高 电解液温度不利于膜层 质量 ；两步 阳极氧化法制备 的多孔氧 化铝 模板 的有序性显著优于 一步氧化 法 。通过分析 ， 得 出电解液体系是影响膜层性能的主导因素， 从而决定了经氧化后铝合金 的耐腐蚀 性
体 系等 工艺 条件对 膜 孔结 构及 其序 性 的影 响规 律 ， 同时
５ ｎ ｍ的 致密 氧化 膜 ，该氧 化膜 在 潮湿 大 气 中容 易 腐蚀 ，
因而 很难 满足 建筑 材料 高装 饰性 和强 耐侯 的要 求 。 为 了
为 了深 入分 析 多孔氧 化膜 层 内部 结构 ， 通 过大 量 实验研 究， 探 究 得 到 多种 膜 层 的 剥离 方 法 ， 如 逆 电解 剥 离 和 化 学 剥离 。 根据 不 同 的作用 原理 ， 实现 了制 备大 面积 、 有序 膜 层 的阳极 氧化 及膜 层剥 离工 艺 ， 从而 对 进一 步研 究 多
ｃ ｌ ｅ ｓ — ｄ ｅ ｃ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ａ Ａ Ｏ ｔ ｅ ｍ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ． Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ， ？ Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ
２ ０ ０ ７ ，６ １ （ １ ） ：９ ７ — １ ０ ０ ．
［ ３ ］ Ｍ ｏ ｈ ａ ｍ ｍ ｅ ｄ Ａ ｉ ｄ ｅ ｒ ， Ｓ ｅ ｒ ｇ ｅ Ｂ ｒ ｕ ｎ ｅ ｔ ， Ｌ ａ ｕ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｂ ａ ｚ ｉ ｎ ｅ ｔ ．
统工 艺 ， 开发 新工 艺流程 ， 走 可持 续发 展道 路 ［ １ ］ 。
１ ． １ ． ２ 污染物排放情况
（ １ ） 废气 排放
１ ． １ 铝型材行业能耗和排污现状
［ ２ ］Ｃ ． Ｌ ． Ｃ ｈ ｕ ，Ｒ ． Ｍ ．Ｗ ａ ｎ ｇ ，Ｌ ． Ｈ ．Ｙ ｉ ｎ ，Ｙ ． Ｐ ．Ｐ ｕ ，Ｐ ． Ｈ ．Ｌ ｉ ｎ ，Ｙ ．
性； 在 其他 领 域 ， 如 光 电 子元 件 、 磁性薄膜、 选 择 性 吸收 ２ 实 验 膜、 催化 剂 载体 等众 多领 域亦 有 广泛 的应用 ［ １ ＿ ２ ｊ ； 同时充 分利 用膜 的 纳米级 有序 孔作 为 模板 应用 ， 在 孔 内沉 积 出
各 种 不 同性 质 的物 质 （ 如金属、 半导体、 高 分 子材 料 、 磁
及装饰性能 。
【 关键 词】 铝阳极氧化； 扫描电镜（ Ｓ Ｅ Ｍ ） ； 多孔层； 耐腐蚀性；
１ 前言
铝 合金 建 筑 型材 是 当今 门窗和 幕 墙 主 要 的结 构 材 料， 在 世界 范 围 内广 泛应 用 。纯 铝及 铝合 金 材料 外观 单
一
件 如 电压 、 温度、 浓度（ 踟 等 Βιβλιοθήκη Baidu影 响着 膜层 的质 量 。阳极氧
２ ． １ 试验 方法
实验 采 用 铝 合 金薄 板 （ ９ ９ ． ９ ９ ９ ％ ， ０ ． ０ ９ ａ ｒ ｍ ） ， 经５ ０ ０ ℃ 退火 ４ ｈ随炉冷 却 ，然 后裁 剪成 ２ ０ ×７ ０ ｍ ｍ为试验 电极 。 电 极 经 丙 酮 中超 声 清 洗 ｌ Ｏ ｍ ｉ ｎ 、碱洗 １ ０ ｓ（ Ｎ ａ Ｏ Ｈ
【 摘 要】 广东省铝型材行业在高速发展的同时， 能耗和排污问题也目 益突出。清洁生产是一种全
新的生产模式 ， 是广东省铝 型材企业转型升级的唯一手段。 本文阐述 了铝 型材 企业节能减排 中存在的 问题， 并 列 举 了铝 型材 企业 新型 清 洁 生 产 技 术 ， 指 出 了清 洁 生 产 管 理 方 法 。
均 已达到 国内生产 和 消费总 量 的近 ５ ０ ％ 。已经 形成 了以
珠江 三角 洲 为 中心 的建 筑铝 型材 产业 群 ， 并 开始 向周边
地 区扩散 。铝 型材 企业 不仅 是 资源 消耗 大户 ， 同时 也是 环境 污染 大户 ， 未来 铝 型材企 业 的发 展 必须 依靠 技 术进 步， 降低 消耗 和成 本 ， 减 少污 染 ， 提高效率， 淘 汰 落后 传
孔 膜层 内部 结构 及性 能有 着 重要 的意 义 ， 同时也将 为研
提 高装 饰 效 果 、 增 强抗 腐 蚀 性及 延 长 使 用寿 命 ， 铝 型材
一
般 都需 进行表 面 处理 。 电化 学 阳极氧 化 作为 铝表 面处
理重 要工 艺手 段 ， 经 阳极氧化 处 理后 铝表 面 可生 成 具有
Ｓ ．Ｄ ｏ ｎ ｇ ，Ｃ ． Ｙ ．Ｃ ｈ ｕ ｎ ｇ ，Ｋ ． Ｗ ． Ｋ ．Ｙ ｅ ｕ ｎ ｇ ，Ｐ ． Ｋ ．Ｃ ｈ ｕ ．Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ｏ ｄ ｉ ｃ ｏ ｘｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｈ ２ Ｓ Ｏ ４ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂｉ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｔ ｉ —
２ ． ２ ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ） ， 再化 学 （ Ｈ Ｎ Ｏ ： １ ． １ ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ） 抛光 ２ ０ ｍ ｉ ｎ ， 用 去
性材 料等 ） ， 可研 制 开发 多种新 型功 能材 料 ］ 。
铝合 金 作为 建筑 型材使 用 ， 其 耐腐 蚀性 及装 饰 性 直 接 决 定 了材 料 的质量 ，研 究表 明 多孔 氧 化膜 层 的质 量 （ 膜孔 的形貌 、 长径 比 、 有 序 性 及 均匀 性 ） 的 高低 直 接 决 定 了其 耐腐 蚀性 能及 装饰 性 能 的好坏 。 目前 ， 铝合 金 阳 极 氧化 工 艺所 用 的 电解 液 体系 种类 较 多 ［ ７ ］ ，主要 有 草
铝 型材 行业废 气 主要 来源 于 ： ① 各 热 工设 备产 生 的 燃 烧废气 ， 铝型材 厂 热工 设备包 括 有熔 铝 炉 、 铸造炉、 挤
Ｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ， ？ Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ２ ０ ０ ７ ，６ １ ，（ ２ ９ ） ：５ ０ ９ ８ — ５ １ ０ １ ． ［ ６ ］Ｋ ａ ｉ ｌ ｕ Ｙ ｕ ，Ｇ ｕ ｏ ｉ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｕ ａ ｎ ，Ｙ ｕ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｂ ｅ ｎ ，Ｊ ｉ Ｊ ｕ ｎ Ｚ ｏ ｕ ．
酸、 硫酸 、 磷 酸及 混合 酸液 体系 ， 不 同电解 液体 系所 制 备 的膜层 性 能存在 差异 。 同一 电解 液 体系 下不 同的工 艺条
一
６ ７ ～
广东 建材 ２ ０ １ ４ 年第 ８ 期
综合论述
清洁生产是铝型材企业 可持续发展 的必经之路
周 沫
（ 广东方 圆标志企业管理服 务有 限公司）
２ ０ ０ ０ ， ３ ３（ １ ） ： ４ ３ — ４ ５ ．
ｙ ｓ ｉ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｆ ｉ Ｉ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ（ Ｅ Ｄ Ｕ Ｆ ）ａ ｎ ｄ ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ
ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｉ ａ １ ｙ ｔ ｉ ｃ ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ Ｓ ｃｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，
Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ Ｓ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ Ｐ ｔ ｎ ａ ｎ ｏ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ －
ｂ ｉ １ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｎ ｉ Ｔ ｉ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ：ｍ ｅ ｍ ｏ ｒ ｙ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ． ［ Ｊ ］ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ Ｌ ｅ ｔ — ｔ ｅ ｒ ｓ ， ２ ０ ０ ８ ， ６ ２ （ ２ ０ ） ： ３ ５ １ ２ — ３ ５ ｌ ４ ．