铝合金阳极氧化
所谓铝的阳极氧化是一种电解氧化过程，在该过程中，铝和铝合金的表面通常转化为一层氧化膜，这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。从这个定义出发的铝的阳极氧化，只包括生成阳极氧化膜这一部分工艺过程。阳极氧化（anodic oxidation），金属或合金的电化学氧化。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用下，在铝制品（阳极）上形成一层氧化膜的过程。阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环，而阳极氧化技术是目前应用最广且最成功的。
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。
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。 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：
2Al --->6e- + 2Al3+
在阴极发生下列反应：
6H2O +6e- --->3H2 + 6OH-
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。
第一段a（曲线ab段）：无孔层形成。通电刚开始的几秒到几十秒时间内，铝表面立即生成一层致密的、具有高绝缘性能的氧化膜，厚度约0.01～0.1微米，为一层连续的、无孔的薄膜层，称为无孔层或阻挡层，此膜的出现阻碍了电流的通过和膜层的继续增厚。无孔层的厚度与形成电压成正比，与氧化膜在电解液中的溶解速度成反比。因此，曲线ab段的电压就表现出由零急剧增至最大值。
第二段b（曲线bc段）：多孔层形成。随着氧化膜的生成，电解液对膜的溶解作用也就开始了。由于生成的氧化膜并不均匀，在膜最薄的地方将首先被溶解出空穴来，电解液就可以通过这些空穴到达铝的新鲜表面，电化学反应得以继续进行，电阻减小，电压随之下降（下降幅度为最高值的10～15%），膜上出现多孔层。
第三段c（曲线cd段）：多孔层增厚。阳极氧化约20s后，电压进入比较平稳而缓慢的上升阶段。表明无孔层在不断地被溶解形成多孔层的同时，新的无孔层又在生长，也就是说氧化膜中无孔层的生成速度与溶解速度基本上达到了平衡，故无孔层的厚度不再增加，电压变化也很小。但是，此时在孔的底部氧化膜的生成与溶解并没有停止，他们仍在不断进行着，结果使孔的底部逐渐向金属基体内部移动。随着氧化时间的延续，孔穴加深形成孔隙，具有孔隙的膜层逐渐加厚。当膜生成速度和溶解速度达到动态平衡时，即使再延长氧化时间，氧化膜的厚度也不会再增加，此时应停止阳极氧化过程。阳极氧化特性曲线与氧化膜生长过程如下图所示。 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。
下表为几种典型的阳极氧化工艺： 配方及工艺条件 直流法 交流法 1 2 3 硫酸（g/L） 50～200 160～170 100～150 铝离子Al3+（g/L） <20 <15 <25 温度（℃) 15～25 0～3 15～25 阳极电流密度（A/dm2） 0.8～1.5 0.4～6 2～4 电压（V） 18～25 16～20 18～30 时间（min） 20～40 60 20～40 搅拌 压缩空气 压缩空气 压缩空气 阴极面积/阳极面积 1.5：1 1.5：1 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。
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。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。
⑥电解液中的杂质：在铝阳极氧化所用电解液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液中,使电解液微量混浊,以褐色粉状物吸附于膜上。
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。 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。
下表是几种铬酸阳极氧化工艺： 配方及工艺条件 1 2 3 铬酸（g/L） 90～100 50～55 30～35 温度（℃） 37±2 39±2 40±2 电流密度（A/dm2） 0.3～2.5 0.3～0.7 0.2～0.6 电压（V） 0～40 0～40 0～40 氧化时间（min） 35 60 60 阴极材料 铝板和石墨 草酸阳极氧化是用2%～10%的草酸电解液通以直流或交流电进行的氧化工艺。
当使用直流电进行阳极氧化时，所得膜层硬度及抗蚀力不亚于H2SO4阳极氧化膜，而且由于草酸溶液对铝及氧化膜的溶解度小，所以可得到比硫酸溶液中更厚的氧化膜层；若用交流电进行氧化,可得较软、弹性好的膜层。草酸阳极氧化的膜层一般为8～20微米，最厚可达60微米。
氧化过程中只要改变工艺条件(如草酸浓度,温度,电流密度,波形等),便可得到银白色、金黄色至棕色等装饰性膜层,不需要再进行染色处理。
草酸阳极氧化电解液对氯离子非常敏感，其质量浓度超过0.04g/L膜层就会出现腐蚀斑点。三价铝离子的质量浓度也不允许超过3g/L。
但草酸阳极氧化成本较高,耗能多(因为草酸电解液的电阻比硫酸,铬酸大),溶液有毒性,且电解液稳定性差。草酸阳极氧化几种工艺如下表所示。 配方及工艺条件 1 2 3 草酸（g/L) 30 ± 3 50 ± 5 50 ± 10 温度（℃) 18 ± 3 30 ± 3 30 ± 3 电流密度（A/dm2) 1～2 1～2 2～3 电压 （V） 110～120 30～35 40～60 氧化时间（min) 120 30～60 30～60 阴极材料 碳棒 碳棒 电源 直流 直流 交流 在电解液中加入某些物质，使其在形成氧化膜的同时被吸附在膜层中，从而获得光滑，有光泽,均匀不透明的类似瓷釉和搪瓷色泽的氧化膜，称“瓷质阳极氧化膜”或“瓷质氧化膜”。这种氧化膜弹性好，抗蚀性好，染色以后可得到具有塑料感的外观。所得膜厚约6～25微米。
下面是瓷质氧化的两种方法：
①在硫酸或草酸溶液中加入某些稀有金属元素（如钛，钍等）的盐类：氧化过程中，由于这些盐类的水解作用产生发色物质沉积于氧化膜孔隙中，形成类似瓷釉的膜层，硬度高，可以保持零件的高精度和高光洁程度，但成本昂贵，溶液使用周期短，工艺条件要求严。
②以铬酐和硼酸的混合液为阳极氧化液:成分简单，成本低，氧化膜弹性好，但硬度较前一种低，可用于一般装饰性瓷质氧化表面处理。瓷质阳极氧化溶液及工艺条件如下表所示。 配方编号 电解液组成 质量浓度/ g·L 温度 /℃ 电流密度 /
A/dm2 电压 /
V 时间/
min 说 明 1 铬酐
草酸
硼酸 35～40
5～12
5～7 45～55 0.5～1.0 25～40 40～50 1.膜层为乳白色，可以染色 2.膜厚10～ 16μm
3.适用于一般装饰性零件 2 铬酐
硼酸 30～40
1～3 40～50 起始： 2～3
终止：0.1～0.6 逐渐升高
90～110
保持
40～80 升压时间<5 保持：35～55
总时间：40～60 1.溶液稳定性好，操作方便，2.膜层为灰色 3.厚度10～15μm
4.适用于一般装饰性零件，成本低 3 草酸钛钾
硼酸
草酸
柠檬酸 35～45
8～10
2～5
1～1.5 24～28 起始：2～3
终止：0.6～1.2 逐渐升高
90～110
保持
90～110 升压时间
5～10 保持：25～30
总时间：40～60 1.膜层为灰白色，硬度高 2.膜厚8～16μm 3.适用于耐磨的高精度零件装饰4.成本高，溶液使用寿命短 注：阴极材料可用纯铝，铅板或不锈钢板。
在氧化溶液中，各种组分的变化将对氧化膜的色泽起决定作用:如随铬酐的升高,膜层颜色向不透明灰色方向转化；随硼酸升高,膜层颜色向乳白色方向转化；而随草酸的升高,膜层颜色向黄色方向转化。
铝材阳极氧化工艺流程：
机械抛光——除油——水洗——化学抛光——水洗——阳极氧化——水洗——封闭—机械光亮.
化学抛光商品：铝材碱性抛光液 阳极氧化商品：铝材阳极氧化液 封闭商品：铝材着色封闭液 铝材阳极氧化和染色工艺
经过染色法处理的铝制品，颜色美观、鲜艳、抗腐蚀性、耐磨性及绝缘性高于一般的铝制品。将铝的工件悬于适当的电解质溶液内，以此作阳极进行电解。在电解过程中，水中的氢氧根离子在阳极放出电子成为水和新生态的氧，它使铝氧化成较厚的氧化铝膜，因为这个过程是金属制品作阳极被氧化的，所以叫做阳极氧化。铝制品经阳极氧化后，再经着色、封闭、处理即成染色品。
一、染色工艺
1.预处理:
铝制件在多次机械加工过程中，沾有较多的油脂、少量磨料、灰尘及有缺陷的氧化膜等，这些物质导电性差，不能进行阳极氧化，故需预先处理。方法是用四氯化碳、三氯乙烯、汽油或甲苯作清洗剂，将铝件浸入，用毛刷刷洗，然后风干，再浸入水中，多次清洗。油去尽后，立即用热水冲洗。如果表面生成一层黑色的膜，还要放在32%的硝酸溶液浸泡20秒钟，以便除去黑膜，最后用冷水冲洗干净。浸入蒸馏水中，备作制氧化膜用。
2.阳极氧化:
⑴硫酸电解液的配制:由硫酸18-20公斤和去离子水80-82公斤混合而成，此时溶液比重约为1.125-1.140。有时为了获得防护性能好的氧极氧化膜，通常往硫酸电解液中添加少量草酸。
⑵氧化工艺:将线路仪表安装好，将要染色铝件作阳极并全部浸入电解液中，然后接通电源，按下列工艺条件控制。
电解液温度控制在12-25℃，阳极电流密度1-2安/分米2，槽中电压13-23伏之间。时间30-40分钟左右。
按上述工艺操作完毕，随时将铝件从电解液中取出，把所沾的酸液用清水冲洗干净，低凹部分更应注意，否则会有白斑出现。酸液清洗干净后，浸入清洁水中备用。
3.染色:
铝件经过阳极氧化后，表面形成了能吸附，以共价键或氢键等键型键合而成有色络合物，出现色泽。
⑴染料选择:染料分无机染料和有机染料两种。无机染料多为无机盐组成，染色时将铝件分别在甲、乙两种化合物溶液中浸泡，生成带色化合物，达到染色目的。
无机染色溶液。
染料颜色 溶液甲 溶液乙 染色化合物名称 名称 浓度 名称 浓度 ：
蓝或浅蓝 亚铁氰化钾10-50氯化铁10-100普鲁士蓝 褐色 铁氰化钾10-50硫酸铜10-100铁氰化铜 黑色 醋酸钴50-100高锰酸钾15-25氧化钴 黄色 重铬酸钾50-100醋酸铅100-200重铬酸铅 金黄色 大苏打10-50高锰酸铅10-50三氧化二锰 白色 醋酸铅10-50硫酸钠10-50硫酸铅 橙黄色 铅酸铝5-10硝酸银50-100铬酸银
有机染料品种繁多，现将常用染料，染液浓度，所呈色泽列表介绍如下，以供参考。
染料色泽 染料名称 染液浓度 备注
黄色 酸性媒介RH直接黄棕D3G醇溶黄GR直接冻黄G0.7-11-50.5-11-2
凡是酸性染料都应加入冰醋酸1-2毫升调整pH用酒精作溶剂:黄色 茜素黄印地素桔黄,酸性橙H 1-211-2
该染料染色须加亚硝酸钠10克，温水一升配成染色液，染色时间30分钟，再在硫酸25毫升温水一升中显色一分钟。
红色 直接耐晒桃红G酸性大红GR茜素红S 2-55-105-10 红色 碱性玫瑰精酸性橙Ⅱ 0.753 两种染料分别溶解后合并为一升 草绿 直接耐晒翠绿直接绿B 3-52-5
蓝色 直接耐晒翠蓝GL活性艳蓝酸性湖蓝V酸性湖蓝A 2-5522-5
黑色 酸性毛元ATT酸性皮元NBC 10-1510-15
二、染色操作:
①染单色法:将经阳极氧化，用清水洗净的铝制品，立即浸入40-60℃的着色液中浸泡。浸泡时间:浅色30秒钟-3分钟；深色、黑色3-10分钟。染后取出，用清水洗净。
②染多色法:若在同一铝件上染两种或多种不同颜色、或印出山水、花鸟、人物、文字时，则其手续甚繁，有涂料掩蔽法、直接印染法、泡沫塑料扑染法等。上述各法操作不同，但原理一致。现将涂料掩蔽法介绍如下:此法主要是将快干易清洗的清漆薄而均匀地涂刷在真正需要的黄色上，把它掩蔽起来。待漆膜干后，将铝件全部浸入稀铬酸溶液中，以退去未涂刷清漆部分的黄色，取出，用清水洗去酸液，低温烘干后，再染红色，如欲染第三、四色可照上法操作。 4.封闭:经染色的铝件用水洗净后，立即放入90-100℃的蒸馏水中煮30分钟。经过这样处理后，表面变得均匀无孔，形成致密的氧化膜。着色所涂的染料就沉淀在氧化膜内，再也擦不掉了，被封闭后的氧化膜不再具有吸附性，并且耐磨、耐温、绝缘性都得到加强。
将经过封闭处理的铝件的表面擦干，再用软布擦亮，就能得到美丽鲜艳的铝制品，如染多色，封闭处理后，应将铝件上所涂的保护剂除去，小面积用棉花沾丙酮揩去，大面积可将染色铝件浸入丙酮内把漆洗去。
三、注意事项
1.铝件洗油处理后，应立即进行氧化，不应放置过久。铝件制作氧化膜时，要全部浸入电解液中，槽电压从头至尾要平稳一致，同一批产品，必须完全一致，这一点即使在染色时亦应遵循。
2.在阳极氧化过程中，电解质中溶液的铝、铜、铁等不断增加，影响铝的光泽等。当铝含量大于24克/升，铜大于0.02克/升，铁含量大于2.5克/升时，电解液应考虑更换。
3.购买原料与染料要选择纯度高的产品，因一般杂质稍多或掺有元明粉、糊精时，染色效果不佳。
4.大量染色时，染液初浓后淡，染出颜色即会出现深浅不一，故应注意适时掺兑稍浓染液，尽可能保持染液浓度的一致性。
5.染多色时，应先染浅色后染深色，由黄、红、蓝、棕、黑顺序染色。染第二色前，喷漆应干燥，使涂料紧贴铝面，否则染料会浸入，出现毛边界限不明等。
相关名词：阳极氧化铝板,氧化铝,铝材,铝制品,铝板,着色阳极氧化
1.通用工艺流程：
铝工件→上挂具→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→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→封闭→水洗→下挂具
2.高光亮度的铝制品工艺流程：
铝工件→机械抛光→脱脂→水洗→中和→水洗→化学或电化学抛光→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→封闭→水洗→机械光亮
扩展资料：
阳极氧化（anodic oxidation），金属或合金的电化学氧化。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用下，在铝制品（阳极）上形成一层氧化膜的过程。阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。
为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环，而阳极氧化技术是目前应用最广且最成功的。
所谓铝的阳极氧化是一种电解氧化过程，在该过程中，铝和铝合金的表面通常转化为一层氧化膜，这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。从这个定义出发的铝的阳极氧化，只包括生成阳极氧化膜这一部分工艺过程。
将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。
阳极的铝或其合金氧化 ，表面上形成氧化铝薄层 ，其厚度为5～30微米 ，硬质阳极氧化膜可达25～150微米 。阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250～500千克/平方毫米，良好的耐热性 ，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K ，优良的绝缘性 ，耐击穿电压高达2000V ，增强了抗腐蚀性能 ，在ω=0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。
氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。
一般来讲阳极都是用铝或者铝合金当作阳极，阴极则选取铅板，把铝和铅板一起放在水溶液，这里面有硫酸、草酸、铬酸等，进行电解，让铝和铅板的表面形成一种氧化膜。在这些酸中，最为广泛的是用硫酸进行的阳极氧化。
参考资料：百度百科-阳极氧化
膜层的抗蚀性能接近于硫酸阳极氧化膜。导电氧化膜层接触电阻较小而能导电、而H2SO4阳极氧化膜因接触电阻极大而不能导电。导电氧化膜的耐腐蚀性能比铝上镀铜、镀银或镀锡强得多。缺点是膜层上不能锡焊，只可作点焊。推荐工艺配方为:CrO3 4g/l，K4Fe(CN)6·3H2O 0.5g/l，NaF 1g/l，温度20～40℃，时间20～60秒。
以铝或铝合金制品为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理， 利用电解作用使其表面形成氧化铝薄膜的过程, 称为铝及铝合金的阳极氧化处理。经过阳极氧化处理，铝表面能生成几个微米-几百个微米的氧化膜。比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。
为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。
扩展资料
1、阳极氧化膜的结构 阳极氧化膜由两层组成, 外层称为多孔层，较厚、疏松多孔、电阻低。 内层称为阻挡层，较薄、致密、电阻高。 多孔的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的。
2、除金属外，其他物质做阳极所引起的氧化作用，也称为“阳极氧化”。
在现实工艺中，针对铝合金的阳极氧化，比较多，可以应用在日常生活中，以为这种工艺的特性，使铝件表面产生坚硬的保护层，可用于生产厨具等日用品。但铸造铝的阳极氧化效果不好，表面不光亮，还只能是黑色。铝合金型材就要好一点。
参考资料来源：百度百科-铝阳极氧化
参考资料来源：百度百科-阳极氧化
