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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。
表7－6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 | | 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。
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。
3.氧化膜的封闭处理 由于表面氧化膜具有较高的孔隙率和吸附性能，它很容易受到污染，所以阳极氧化后，应对膜层进行封闭处理，以提高膜层的耐蚀性，耐磨性以及绝缘性。常用的封闭方法有：
<1>沸水和蒸气封闭法：
其原理是：在较高温度下无水氧化铝的水化作用：
Al2O3 ＋ nH2O ---> Al2O3·nH2O
当密度为3.42的γ-AL2O3水化为一水化合物时，氧化物体积增加33％，而当它水化为三水化合物时，则氧化物体积增加310％，因此，当将氧化好的零件置于热水中时，阻挡层和多孔层内壁的氧化膜层首先被水化，经过一段时间后，孔底逐渐被水化膜所封闭，当整个孔穴被全部封闭时，孔隙的水就停止循环，膜层的表面层继续进行水化作用，直到整个孔隙的口部被水化膜堵塞为止。如采用蒸气，则可更有效地封闭所有孔隙，但蒸气法所用设备及成本都较沸水法高，除非特殊要求，应尽可能使用沸水法。
<2>重铬酸盐封闭法：此法适宜于封闭硫酸溶液中阳极氧化的膜层及化学氧化的膜层。用本法处理后的氧化膜显黄色，它的抗蚀性高，但不适用于装饰性使用。
其原理是：在较高温度下，氧化膜和重铬酸盐产生化学反应，反应产物碱式铬酸铝及重铬酸铝沉淀于膜孔中，同时热溶液使氧化膜层表面产生水化，加强了封闭作用。故可认为是填充及水化双重封闭作用。
通常使用的封闭溶液是5～10％的重铬酸盐水溶液，操作温度为90～95℃，封闭时间为30分钟，溶液中不得有氯化物或硫酸盐。 |
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发表于 2010-4-1 15:21
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