铝材阳极氧化工艺手艺 特点、方式 及成长 近况 剖析

在现实工艺中，针对铝合金的阳极氧化，对照 多，可以利用在平常 生涯 中，觉得这类 工艺的特征 ，使铝件外面 发生 坚固 的回护层，可用于临盆 厨具等日用品。但锻造 铝的阳极氧化结果 欠好 ，外面 不但 良，还只能是黑色。铝合金型材就要好一点。

近十年来，我国的铝氧化着色工艺手艺 成长 较快，很多工场 已采取 了新的工艺手艺 ，而且 在现实 临盆 中积聚 了雄厚 的经验。已 成熟和正在成长 的铝及其合金阳极氧化工艺方式 很多，可以按照现实 临盆 需要，从中拔取 适合 的工艺。

　　在拔取 氧化工艺之前，应对铝或铝合金材质情形 有所领会，由于 ，材料质量的好坏 、所含成份的分歧 ，是会直接影响到铝成品 阳极氧化后的质量的。关于这一点，洪九德、范济同志已有专门论说 (参看《电镀与涂饰》1982年第2期P.27)。好比 ，铝材外面 若有 气泡、划痕、起皮、粗拙 等缺点 ，经阳极氧化后，所有疵病仍然 会显现 出来。而合金成份，对阳极氧化后的外面 外不雅 ，也发生 直接的影响。好比 ，含1～2%锰的铝合金，氧化后呈棕蓝色，随铝材中含锰量的增添 ，氧化后的外面 光彩 从棕蓝色到深棕色转化。含硅0.6～1.5%的铝合金，氧化后呈灰色，含硅3～6%时，呈白灰色。含锌的呈乳浊色，含铬的呈金黄至灰色的不平均 色调，含镍的呈淡黄色。一般而言，只有含镁和含钛量年夜 于5%的铝含金，经氧化后可以获得 无色透明且亮光 、光洁的外不雅 。

　　在选择好铝及铝合金材料后，天然 就要斟酌 到拔取 适合 的阳极氧化工艺。今朝 ，我国普遍 利用的硫酸氧化法、草酸氧化法及铬酸氧化法，均在手册、书刊上有过具体 的介绍，没必要 赘述。本文谨就今朝 在国内正在成长 中的一些新工艺，和 国外的一些方式 ，作简要 的介绍。

1、 国内已成长 的新工艺

　　(一)草酸-甲酸夹杂 液交换 快速氧化

　　采取 草酸-甲酸夹杂 液，是由于 斟酌 到甲酸是一种强氧化剂，在如许 的槽液中，甲酸起到对氧化膜内层(反对 层和障壁层)加快 消融 ，从而使成为多孔层(即氧化膜外层)的感化 。这类 槽液的导电率可以获得 提高(便可 提高电流密度)，使氧化膜能快速生成。与纯草酸氧化法比拟 ，这类 溶液能使临盆 率提高37.5%，削减 电耗量(草酸氧化法耗电量为3.32度/平方米，此法为2度/平方米)，节约电力40%。

　　工艺配方为:草酸4～5%、甲酸0.55%，三订交 换 44士2伏，电流密度2～2.5A/d㎡，温度30±2℃。

　　(二)夹杂 酸氧化

　　此法于1976年正式纳入日本国度 尺度 ，并为日本北星日轻家庭用品股份有限公司 所采取 。其特点是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐侵蚀 机能 都比通俗 的硫酸氧化法高，膜层呈雪白 色，合用 于印花、着色产物 。我国铝成品 德 业赴日考查 后，于1979年最先 保举 利用 。其保举 工艺配方为:H2SO4 10～20%，COOHCOOH·2H2O 1～2%，电压10～20V，电流密度1～3A/d㎡，温度15～30℃，时候 30分钟。

　　(三)瓷质氧化

　　瓷质氧化主要以铬酸、硼酸、草酸钛钾为电解质，用高电压和较高温度作电解处置惩罚 。其膜层外不雅 像磁器 上的釉，有高度的抗侵蚀 机能 ，耐磨机能 精良，膜层可用有机或无机的染料染色，使外不雅 有特殊的光泽和光彩 。今朝 多利用于铝炊具、打火机、金笔等产物 上，很受大众 爱好 。

　　(四)国防色氧化

　　国防色氧化主要利用在军用铝成品 的装潢 上，因此 要求有特殊的防护感化 。氧化膜呈军绿色、无光泽、耐磨耐用，防护机能 精良。工艺是:起首 进行草酸氧化，生成金黄色膜层后，再用高锰酸钾20g/l、H2SO41g/l的溶液进行阳极氧化处置惩罚 而成。沈阳铝成品 厂曾利用此工艺临盆 军用水壶及炊具用品。

　　(五)多色氧化

　　将已染色而未关闭 的阳极氧化层，用铬酸或草酸润湿，使CrO3铺展，已染色的成品 的部分 外面 在被CrO3润湿后退色 ，按需要在随便部分 用水将草酸或铬酸洗去，一般可以中断与图像 反映。然后再染第二次色或频频 进行CrO3揩拭、冲水、染色等法式 ，便可 以按照需要出现花朵、云彩等图案。今朝 多利用在金杯、水杯、茶盒、打火机等产物 。

　　(六)年夜 理石斑纹 染色工艺

　　把氧化后的成品 先染第一道底色后，经干燥，再浸入外面 浮有油脂的水中，再提起或浸入时，油脂和水别离天然 流挂，使膜层呈不划定规矩 的条纹状的油脂所沾污。当再染第二道色时，氧化膜受油脂沾污处就染不上色，没有油脂的部位则染上第二种色调，构成 如年夜 理石斑纹 状的不划定规矩 图案。此法可见诸广东国营阳江小刀厂周守禹同志的文章(《电镀与涂饰》1982年第2期)。

　　(七)化学蚀刻氧化

　　铝成品 经机械抛光及脱脂后，涂复遮掩 剂或感光，干燥落后 行化学刻蚀(氟化物或铁盐类的浸蚀剂)，构成 凹凸图案。再经电化学抛光及阳极氧化，出现 出主体感很强的外面 图案，能与不锈钢的外面 外不雅 相媲美。现多利用于金笔、茶盒及屏风等。

　　(八)常温快速阳极氧化

　　平常H2SO4氧化均需用降温装备 ，因此 花费年夜 量电力。插足α-羟基丙酸、丙三醇后，能按捺 氧化膜的消融 ，从而可在常温下进行氧化。与通俗 的硫酸氧化法比拟 ，膜层厚度可提高2倍。保举 的工艺配方为:

　　H2SO4　　　　　　　　　　　　　　　　150～160g/l

　　CH3CH(OH)COOH　　　　　　　　　　　　　　18ml/l

　　CH2OHCHOHCH2OH　　　　　　　　　　　　　 12ml/l

　　电流密度　　　　　　　　　　　　　　0.8～12A/d㎡

　　电压　　　　　　　　　　　　　　　　　　12～18伏

　　温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　18～22℃

　　(九)化学氧化法(又称导电氧化膜)

　　膜层的抗蚀机能 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年夜 而不克不及 导电。导电氧化膜的耐侵蚀 机能 比铝上镀铜、镀银或镀锡强很多 。瑕玷 是膜层上不克不及 锡焊，只可作点焊。保举 工艺配方为:CrO3　4g/l，K4Fe(CN)6·3H2O　0.5g/l，NaF　1g/l，温度20～40℃，时候 20～60秒。

铝材阳极氧化选用铝材时，还应留意 ：

1)选用的铝材外面 不该 有严重的划伤，组织缺点 和夹杂。它们会影响氧化膜层的外不雅 和抗蚀性。

2)某些铝合金应利用 公道 的规范进行热处置惩罚 。晶粒的年夜 小对氧化膜的布局和机能 有必然 影响。粗年夜 的晶粒在氧化进程 中反映不平均 ，常出现橘皮状外不雅 。是以 ，一般均进展 铝材有较细的晶粒布局。

2、 国外新工艺介绍

　　近几年来，国外在铝材外面 处置惩罚 方面成长 得很快，本来 的一些费人力、费电力和资本 的老工艺已获得 改造 ，一些新工艺、新手艺 已普遍 利用于工业临盆 。

　　(一)高速阳极氧化法

　　高速阳极氧化工艺主如果 经由过程 改变电解溶液的构成 ，下降 电解液的阻抗，从而使能采取 较高的电流密度进行高速阳极氧化。本来 旧工艺的溶液，采取 1A/d㎡的电流密度的成膜速度为0.2～0.25μ/分，采取 这类 新工艺溶液后，即便 仍用1A/d㎡的电流密度，成膜速度亦可增至0.4～0.5μ/分，年夜 年夜 缩短了处置惩罚 时候 ，提高了临盆 效力 。

　　(二)富田式(高速氧化)法

　　富田式法比旧工艺处置惩罚 时候 要短很多 ，临盆 效力 可提高33%以上。本法不仅合用 于通俗 阳极氧化膜，也合用 于硬膜氧化。

　　如要发生 硬质膜，则用下降 溶液温度的方式 来实现，其成膜速度年夜 体与上表所列沟通 。膜层硬度与溶液温度的关系以下 :

　　10℃——硬度500H，20℃——400H，30℃——30H

　　(三)红宝石膜

　　铝材外面 生成红宝石膜的工艺是一种新奇 的工艺，其膜层光彩 可以与人造红宝石的光彩 媲美，因此 装潢 性结果 极佳，抗侵蚀 机能 和耐磨机能 也精良。还可经由过程 溶液中所含金属氧化物之种类分歧 来制备超卓 彩各别 的外不雅 。该工艺方式 是:起首 用15%的硫酸进行阳极氧化，采取 的电流密度为1A/d㎡，时候 80分钟。掏出 后可按照色彩 深浅水平 要求，把工件浸入分歧 浓度的(NH4)2CrO4溶液中，温度40℃，时候 为30分钟，主如果 让金属离子进入多孔性的阳极氧化膜孔源中去。然后再放入硫酸氢钠(1克份子 量)、硫酸氢铵(1.5克份子 量)，温度170℃，电流密度1A/d㎡，经由 上述处置惩罚 后，可获得紫红色并闪灼 着萤光的红宝石膜。若是浸的是Fe2(CrO4)3、Na2CrO4，则生成的膜呈蓝色带深紫色萤光。

　　(四)浅田法电解着色

　　浅田法电解着色是在阳极氧化以后 ，经由过程 电流电解，使金属阳离子(镍盐、铜盐、钴盐等)穿入氧化膜的针孔底部，从而着出色彩 。这一工艺近些年 来成长 得较快，主如果 它能获得青铜色系和黑色，受建筑行业的迎接 。所着光彩 有很不乱 的耐光性，也本事 卑劣 天气 前提 。本工艺比天然 着色法能节约 电能。日本的建筑用铝型材几近 都已采取 此法着色。我国天津、营口、广东等地亦已引进了此种手艺 及全套装备 。广东有些单元 亦已实验 成功，利用于临盆 。

　　(五)天然 着色法

　　天然 着色法是一次电解完成着色的。溶液种类也有好几种，有效 磺基水杨酸和硫酸的，有效 磺基钛酸和硫酸的，也有效 磺基水杨酸和马来酸的。由于天然 着色法年夜 部分 都采取 有机酸，所以氧化膜对照 致密，膜层有良好的耐光性、耐磨性和耐蚀性。但此法的瑕玷 是:要获得 良好的色彩 ，必需 严酷节制 铝合金材料的成份才行。

1．硫酸阳极氧化

　　硫酸阳极氧化有以下特点：

　　(1)槽液本钱 低，成份 简单，操作保护 简捷，一般只需将硫酸稀释到必然 的浓度便可 ，无需添加其他化学药品，保举 利用 化学纯硫酸，杂质较少的工业级硫酸也可采取 ，所以本钱 特殊低。

　　(2)氧化膜透明度高。纯铝的硫酸阳极氧化膜，是无色透明的，对 铝合金，跟着 合金元素Si、Fe、Cu、Mn的增添 ，透明度会下降。相对其他电解液，硫酸阳极氧化膜的色彩 是最浅的。

　　(3)着色性高，硫酸氧化膜透明，多孔层吸附性强，易于染色和着色，着色艳丽 不容易 退去，有很强的装潢 感化 。

　　(4)硫酸阳极氧化操作前提 为：

　　H2SO4(体积) 10％～30％

　　温度℃ 18～22

　　Al/g.L-1 ≤20

　　电流密度/A.dm-2 0.6～3

　　时候 /min 10～60

　　2．草酸和铬酸阳极氧化

　　草酸阳极氧化在日本利用较普遍，草酸氧化膜的特点和硫酸氧化膜附近，孔隙率低于硫酸氧化膜，耐蚀性和硬度高于硫酸氧化膜。草酸的槽液本钱 和操作电压高于硫酸，有些合金的草酸氧化膜色彩 较深。草酸和硫酸阳极氧化都需要精良的冷却系统配套。

　　草酸阳极氧化操作前提 为：

　　草酸(体积分数) 2％～10％

　　温度/℃ 15～35

　　电流密度/A.dm-2 0.5～3

　　电压/V 40～60

　　铬酸阳极氧化膜特殊耐侵蚀 ，主要利用干飞机制造工业，铬酸氧化膜和油漆的附出力 强，也用于作油漆的底层，铬酸阳极氧化膜灰色不透明，一般不消 于装潢 。

　　铬酸阳极氧化操作前提 为：

　　Cr03/g.L-1 30～100

　　温度/℃ 40～70

　　电流密度/A.dm-2 0.1～3

　　电压/V O～100

　　时候 /min 35～60

　　3.硬质阳极氧化

　　在二世界年夜 战后期，为了提高阳极氧化膜的硬度和厚度，把硫酸氧化槽的温度下降 至0℃，电流密度提高至2.7～4.0A/dm2，获得了25～50μm的“硬质氧化膜”。用草酸加少许 硫酸可以在5～15℃获得 硬质氧化膜。有些专哄骗优化硫酸的浓度，加有机酸或其他添加剂，如苯六羧酸进行硬质阳极氧化。

　　在苏格兰，Campbell发现 了采取 交换 —直流叠加电源，电解液高速活动 ，0℃，电流密度25～35A/dm2，获得100μm的硬质阳极氧化膜。

　　如今 ，脉冲电流用于硬质阳极氧化时，特殊是高铜铝合金一般很难硬质阳极氧化，利用 脉冲电流可以免 “烧蚀”。还有很多 电源用于硬质阳极氧化，交换 加直流，各类 频率的单相或三相脉冲电流、反相电流等。传统的直流硬质阳极氧化，电流密度一般不克不及 跨越 4.0A/dm2，单相整流脉冲电源，电流的脉冲峰值可以很年夜 ，但连结 氧化膜厚度的平均 一致是主要 的问题。