金属的腐蚀与防护：第7章 表面处理与涂镀层技术

由于铝在铬酸氧化液中不易溶解，形成 氧化膜后，仍能保持原来零件的精度和表面 粗糙度，因此铬酸阳极氧化工艺适用于容差 小，表面粗糙度低的零件以及铸件、铆接件 和点焊件等，不适用于含铜量大于4%和含硅 量较高的铝合金零件。
c．硬质阳极氧化
硬质阳极氧化是一种厚层阳极氧化工艺，氧 化膜最大厚度可达250～300μ m，镀层硬度很高， 在铝合金上纤维硬度(HV)可达2452～4903MPa，而 在纯铝上可达11768～14710MPa，且其内层硬度大 于外层。因膜层有孔隙，可吸附各种润滑剂，增加 了减磨能力。膜层导热性很差，其熔点高达2323K。 电阻系数较大，经过封孔处理(浸绝缘油漆或石蜡)， 击穿电压高达2000V，在大气中有较强的抗蚀能力。
2)混合酸硬质阳极氧化工艺特点 混合酸硬质阳极氧化是在硫酸或草酸溶
液的基础上，加入一定量的有机酸或少量无 机盐，如丙二酸、乳酸、苹果酸、甘油、酒 石酸、硼酸、硫酸锰等。这样就可以在常温 获得较厚的硬质阳极氧化膜，而且氧化膜质 量有所提高。
4．瓷质阳极氧化 瓷质阳极氧化得到的氧化膜为不透明的浅灰白
为8～20μm，最厚达60μm，弹性好，具有良好的 电绝缘性。但是成本高、电力消耗大，需要冷却 装置，因此在应用方面受到限制。
金属的腐蚀与防护
教学课件
石油工程学院海工教研室
第七章 表面处理 与涂镀层技术
表面处理与涂镀层技术是从金属 材料与腐蚀介质的界面处着手，从而 得到防腐蚀的目的，主要包括金属表 面处理、金属涂镀层和非金属涂层。
§7.1 金属表面处理
主要包括铝及铝合金的氧化、钢铁的氧化和磷 化以及不锈钢的钝化等三部分。 一、铝及铝合金的氧化
(3)有较强的吸附能力。铝及铝合金的阳极氧 化膜为多孔结构，具有很强的吸附能力，所以 给孔内填充各种颜料、润滑剂、树脂等进一步 提高铝制品的防护、绝缘、耐磨和装饰性能。
(4)有很好的绝缘性能。铝及铝合金的阳极 氧化膜，已不具备金属的导电性质，而成为良 好的绝缘材料。
(5)绝热抗热性能好。这是因为阳极氧化膜的 导热系数大大低于纯铝。阳极氧化膜可耐 l773K，而纯铝只能耐933K。 综上所述，铝及铝合金经化学氧化处理， 特别是阳极氧化处理后，其表面形成的氧化 膜具有良好的防护装饰等特性。因此被广泛 用于航空、电器、机械制造和轻工业等方面， 汽车工业也趋于采用轻质的铝及铝合金。
因此，在国防工业和各种机械制造工业上获得广泛应用， 其中主要用于要求耐磨、耐热、绝缘的铝合金零件上，如活 塞、汽缸、轴承、飞机货轮的地板、滚棒、导轨等。其缺点 是当膜厚度大时，对铝合金的疲劳强度有影响。
获得硬质阳极氧化膜的溶液很多，如硫酸、草酸、丙二 酸、磺基水杨酸及其他无机酸和有机酸等。所用电源有直流、 交流、交流直流叠加以及各种脉冲电流，其中以直流、低温 硫酸硬质阳极氧化工艺应用最广，其次是混合酸硬质阳极氧 化。下面分别作简单介绍。
2、阳极氧化处理
经阳极氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在5～ 20μm，硬质阳极氧化膜厚度可达60～250μm，膜层具 有以下特性：
(1)硬度较高。纯铝氧化膜的硬度比铝合金氧化膜的硬 度高。通常它的硬度大小与铝合金的成分、电解液 组成及阳极氧化时的工艺条件有关。阳极氧化膜不 仅硬度高，而且具有较好的耐磨性，尤其是表面层 多孔的氧化膜具有吸附润滑剂的能力，可进一步改 善表面的润滑性能。
下面介绍几种阳极氧化的工艺特点。
a．硫酸阳极氧化 硫酸阳极氧化工艺获得的铝氧化膜外观
呈无色透明状，厚度约为5～20μm，硬度较 高，孔隙较多(一般孔隙率在10%～15%)，吸 附力强，有利于染色。经封闭处理后，具有 较高的抗蚀能力，主要用于防护和装饰目的。
硫酸阳极氧化工艺简单，操作方便；溶液 稳定，成本低廉；不需要高压电源，电能消耗 较少；氧化时间短，氧化效率高；适用范围广。 除不适合松孔度大的铸件、点焊件和铆接组合 件外，对其他铝合金都适用。
表5-1 几种材料的硬度比较
(2)有较高的耐蚀性。这是由于阳极氧化膜有 较高的化学稳定性。经测试，纯铝的阳极氧 化膜比铝合金的阳极氧化膜耐蚀性好。这是 由于合金成分夹杂或形成金属化合物不能被 氧化或被溶解，使得氧化膜不连续或产生空 隙，从而导致氧化膜耐蚀性降低。所以一般 经阳极氧化后所得膜必须进行封闭处理，才 能提高其耐蚀性。
该工艺的缺点：氧化过程中产生大量的热， 槽温升高太快，生产时需要降温装置。
b．铬酸阳极氧化 铬酸阳极氧化得到的氧化膜较薄，一般1～5μm，膜层
质地较软，弹性高，具有不透明的灰白色至深灰色外观。 氧化膜孔隙极少，染色困难。其耐磨性不如硫酸阳极氧化 膜，但在同样厚度条件下，它的抗蚀能力比不经封闭处理 的硫酸阳极氧化膜高。铬酸阳极氧化可以用来检查铝及铝 合金材料的晶粒度、纤维方向、表面裂纹等冶金缺陷。该 膜层与有机涂料的结合力良好，是油漆等有机涂料的良好 底层。
1)硫酸硬质阳极氧化工艺特点 硫酸硬ห้องสมุดไป่ตู้阳极氧化工艺具有溶液成分简单、
稳定、操作方便、成本低、能用于多种铝材等优 点，它与普通硫酸阳极氧化基本相同。所不同的 是，在氧化过程中零件和镀液保持低温，一般在 －10℃～10℃，这样得到的氧化膜镀层厚、硬度 高。为此需要采取人工强制冷却和用压缩空气强 力搅拌等办法。
色，外观与搪瓷釉层相似，所以称为仿釉阳极氧 化。膜层致密，具有较高的硬度、耐磨性和良好 的热电绝缘性，其抗蚀性比硫酸阳极氧化膜高。 膜具有吸附力，能染色，色泽美观，有良好的装 饰效果。可用于各种仪表及电子仪器零件表面的 防护和日用品、食品用具的表面精饰。
5、草酸阳极氧化 另外草酸阳极氧化获得的氧化膜较厚，一般
铝及铝合金在大气中虽然能够自然形成一层氧 化膜，但膜薄 (4～5nm)而疏松多孔，为非晶态、不 均匀、不连续的膜层，不能作为可靠的防护-装饰性 薄膜。
1、化学氧化处理
经化学氧化处理获得的氧化膜，厚度一 般在0.3～4μm，质地柔软，耐磨和抗蚀性能 均低于阳极氧化膜。所以，除有特殊用途外， 很少单独使用。但因为它多孔且具有较好的 吸附能力，在其表面再涂漆，可以有效地提 高铝及铝合金制品的耐蚀性和装饰性。