铝表面阳极氧化处理方法

铝表面阳极氧化处理方法（一）一、表而预处理无论采用何种方法加工得铝材及制品,表而上都会不同程度地存在着污垢与缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然得或高温下形成得氧化铝薄膜）、残留汕污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分就是脂肪酸与含氮得化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微得划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学与物理得方法对制品表面进行必要得清洗，使英裸露纯净得金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结介牢固、色泽与厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能得人工膜、（―）脱脂铝及铝合金表而脱脂有有机溶剂脱脂、表而活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种脱脂方法及主要工艺列于表一1。在这些方法中，以碱性溶液特别就是热氢氧化钠溶液得脱脂最为有效。表一1脱脂及主要工艺脱脂方法溶液组成用Mg/L温度/度时间min后处理备注有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适呈:常温或蒸汽适当无浸蚀表而活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-80适当。水清洗无浸蚀碱性溶液NaOH50-20040-800。5-3水洗后用100-500g/L硝酸溶液中与及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化，硝酸可用稀硫酸+洛酸代替十二水磷酸钠NaOH硅酸钠40—608-1225—3060—703—5水清洗NaOH可用40—50g/L碳酸钠代替，总碱度按NaOH计算为1.6%-2o5%多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠匍萄糖酸液体润湿剂15、64o84、84、80.3ml0o1ml6012-15水清洗使用前搅拌4个小时十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂50-7025-353-575-853-5水清洗碳酸钠磷酸钠25-4025-4075-85适当水清洗磷酸钠碳酸钠NaOH2010645-653—5水清洗强碱阻化除油剂40-60705水清洗除油不净可延长处理时间酸性溶液硫酸50-30060-801-3水清洗硝酸162-354常温3-5水清洗松化处理磷酸硫酸表面活性剂3075 50-605-6水清洗磷酸（85%）丁醇异丙醇水100%40%30%20甲常温5-10水清洗溶液组成以体积记电解溶液阳极氧化用电解质常温适当交流电或阴极电流电解NaOH100-200常温0、5-3水清洗后中与铝制品为阴极，电流密度为4—8A/dm2乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水8、0$0.25%0、5%2.25%89%常温适当水清洗溶液组成以体积记有机溶剂就是利用油脂易溶于有机溶剂得特点进行脱脂，常用得溶剂有汽油、煤汕、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有机溶剂仅用于小批量小型得或极污秽得制品脱脂处理、表而活性剂就是一些在很低得浓度下，能显著降低液体表而张力得物质、常用于脱脂得表而活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等、碱性脱脂溶液得配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠与硅酸钠，其中磷酸钠与硅酸钠有缓蚀、润湿、稳左作用，溶液加热与搅拌有助于获得最好得脱脂效果。油脂在酸得存在下也能进行水解反应生成甘油与相应得高级脂肪酸。电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀银钢板。其在铝及铝合金表而处理中不常用、乳化脱脂所用得溶液为互不溶解得水与有机溶剂组成得两相或多相溶液，并添加有降低表面张力及对各相均有亲与力得去污剂。（二）碱蚀剂碱蚀剂就是铝制品在添加或不添加其她物质得氢氧化钠溶液中进行表而清洗得过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用就是作为制品经某些脱脂方法脱脂后得补充处理，以便进一步清理表而附着得油污饶物;清除制品表而得自然氧化膜及轻微得划擦伤。从而使制品露出纯净得金属基体，利于阳极膜得生成并获得较高质量得膜层。此外，通过改变溶液得组成、温度、处理时间及英她操作条件，可得到平滑或缎而无光或光泽等不同状态得蚀洗表而。蚀洗溶液得基本组成就是氢氧化钠，另外还添加调巧剂（NaF、硝酸钠），结垢抑制剂、（匍萄糖酸盐、庚酸盐、洒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷酸盐）、去污剂。碱洗溶液组成往往依铝制品得用途来确定几种碱洗方法列于表一2、表一2碱蚀洗溶液组成及工艺溶液组成用量鸟温度/度时间min备注NaOII3o5-950—703—10腐蚀M10-55g/m2,铝离子含量〉30-80g/LNaOH匍萄糖酸钠或柠檬酸钠4、5-5。50。1555±18—10腐蚀量20um,铝含M5—25g/LNaOH庚酸钠润湿剂50。10.255-701-10通常清洗用NaOHNaF多聚磷酸钠润湿剂1020、20、255-701-10表而无光浸蚀NaOII硝酸钠庚酸钠540、1 55-601-10表而平滑清洗NaOII磷酸钠3—7、55-10常温适当加入氟化钠获光泽白色表而铝表面阳极氧化处理方法（二）（三）中与与水清洗铝制品蚀洗后表而附着得灰色或黑色挂灰在冷得或热得清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中，所以经热碱溶液蚀洗得制品都得进行旨在除去挂灰与残留碱液，以^出光亮基本金属表而得酸浸清洗这种过程称为中与、光泽或出光处理。其工艺过程就是制品在300-400g/L硝酸（1420kg/立方米）溶液中，室温下浸洗，浸洗时间随金属组成得不同而有差异,一般浸洗时间3-5分钟、含硅或镭得铝合金制品上得挂灰，可用硝酸与氢氟酸体积比为3:1得混合液,于室温下处理5—15秒。中与处理还可以在含硝酸300-400g/L与氧化锯5-15g/L得溶液或氧化貉100g/L加硫酸（1840kg/立方米）10mI/L溶液中于室温下进行、务道工序间得水清洗，目得在于彻底除去制品表而得残留液与可溶于水得反应产物，使下道工序槽液免遭污染，确保处理效率与质量、清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后得制品普遍采用热水紧接着就是冷水得二重清洗。热水得温度为40-60度。中与处理后得制品经水清洗就可以进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真，以防止清洁得表而受污染。否则前几道工序得有效处理可能会因最后得清洗不当而前功尽弃、经中与、水清洗后得制品应与上进行氧化处理。在空气中停留得时间不宜过长,如停留30-40分钟，制品就需要重新蚀洗与中与。二、阳极化处理铝制品表而得自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要就是应用化学氧化与阳极氧化。化学氧化就就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表而得自然氧化膜增厚或产生其她一些钝化膜得处理过程，常用得化学氧化膜有貉酸膜与磷酸膜,它们既薄吸附性又好，可进行着色与封孔处理，表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性与硬度比较低,而且不易着色，着色后得耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。表一3铝制品化学氧化工艺序号溶液组成用量g/L温度/度时间min应用范围、膜色备注1碳酸钠珞酸钠氢氧化钠4514285-10010-20纯铝、A1—Mg.AI—Mn合金、灰色膜层较疏松2磷酸辂酊氟化钠硼酸551531室温10—15各种铝合金、注绿色膜层较1得好3重珞酸钠珞肝氟化钠3、5-43-3.50.8室温2-3各种铝合金、深黄或棕色溶液pH二1、5膜层较1得好4碳酸钠珞酸钠321590-1003-5纯铝及含Mg、Mn与Si得合金、也可用于含Cu量少得合金、灰色可做汕漆底层5碳酸钠珞酸钠硅酸钠47140。06-190—10010-15纯铝、Al—Mn（淡透明银色）、Al-Mg-Si硬状态、硬得Al-Si与Al—Mg合金，鲜明金属色空隙少，不能很好得着色，不宜做油漆底层6珞酸钠氢氧化胺0、129、670-8020—50各种铝合金、灰色有斑点膜层似檐瓷7碳酸钠重珞酸钾20、4590-10010-18各•种铝合金、灰色可在酸溶液中发白铝表面阳极氧化处理方法（三）（一）阳极氧化处理得一般概念1、阳极氧化膜生成得一般原理以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜得过程，称为铝及铝合金得阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳左性高得材料，如铅、不锈钢、铝等、铝阳极氧化得原理实质上就就是水电解得原理。当电流通过时，在阴极上，放出氢气;在阳极上,析出得氧不仅就是分子态得氧，还包括原子氧（O）与离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极得铝被英上析出得氧所氧化，形成无水得氧化铝膜，生成得氧并不就是全部与铝作用，一部分以气态得形式析出。2、阳极氧化电解溶液得选择阳极氧化膜生长得一个先决条件就是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用得电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成得氧化膜性质相同、适用于阳极氧化处理得酸性电解液见表一4。表-4氧化处理得酸性电解液酸类电离常数形成电压基膜颜色硫酸2x10—2（第二次电离得H+） 12-20透明、无色珞酸30-40不透明、带白色磺基水杨酸40-70透明带灰色氨基磺酸30-40带灰色磷酸1。1xl0-2（第一次）7.5xl0-8（第二次）4、8“0—13（第三次）30-40透明带白色焦磷酸1、4X10—1（第一次）1。lx10-2（第二次）2、9x10-7（第三次）3。6x10—4（第四次）70-100带白色磷钮酸100以上阻挡层硼酸6.4x10-100-600阻挡层草酸6、5x10-2（第一次）6。1xlO—5（第二次）40-60带黄色丙二酸1.6lx10-3（第一次）2。1x10-6（第二次）80-110带褐色丁二酸6。6x10-5（第一次）2.8x10-6（第二次）120以上白色到黄色顺式丁烯二酸1、5x10—5（第一次）2。6x10-7（第二次）150—225灰黄色柠檬酸8。4x10-1（第一次）1、8乂10-5（第二次）4.0><10—6（第三次）120以上黄褐色洒石酸1.1x10—3（第一次）6.9"0-5（第二次）120以上黄褐色苯二酸1.26x10—3（第一次）3、1x10-6（第二次）100以上阻挡层亚甲基丁二酸麻蚀，40干涉膜乙醇酸（疑基醋酸）1、54x10-4麻蚀苹果酸（疑基丁二酸）4x10-4（第一次）9x10-6（第二次）麻蚀,40干涉膜3、阳极氧化得种类阳极氧化按电流形式分为:直流电阳极氧化，交流电阳极氧化，脉冲电流阳极氧化。按电解液分有:硫酸、草酸、珞酸、混合酸与以磺基有机酸为主溶液得自然着色阳极氧化。按膜层性子分有:普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用得阻挡层等阳极氧化。铝及铝合金常用阳极氧化方法与工艺条件见表一5、其中以直流电硫酸阳极氧化法得应用最为普遍。表-5铝及铝合金常用阳极氧化方法系列女且称电解液组成电流密度A/dm2电压V温度/度时间min颜色膜厚小“备注硫酸Alumilite（美）硫酸，10%-20%DC1-210-2020-3010-30透明5—30易着色，耐蚀硫酸交流法硫酸，12%—15%AC3-4.517—2813-2520-40透明10—25作油漆底层硫酸硬质膜硫酸，10%—20%DC2-4。523-100±260以上灰色34-150耐磨隔热草酸英美法草酸,5%—10%DC1—1、550-65 30 10-30半透明15氧化铝膜（日）草酸,5%—10%AC1—280—12020-2920-60黄褐色6-18日用品装饰，耐蚀，耐磨DC0、5-125—30半透明EIoxalGxh（德）草酸,3%-5%DC1-240-6018-2040-60黄色10-20用于纯铝耐磨Eloxa1Gxh（德）DC1-2 30-453520-30几乎无色6-10膜薄、软，易着色E1oxalWx（德）AC2-340-6025-3540-60淡黄色10—20适用于铝线E1oxalWGx（德）AC2—330-6020—3015-30淡黄色6-20Al-Mn合金DC1-240-60硬质厚膜草酸AC1-2080-2003-560以上黄褐色约20以上较硫酸膜厚约在600pm下高耐磨DC1-2040-604、阳极氧化膜结构、性质阳极氧化膜由两层组成，多孔得厚得外层就是在具有介电性质得致密得内层上上成长起来得，后者称为阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究，膜层得纵横而几乎全都呈现与金属表面垂直得管状孔，它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界而得阻挡层。以各孔隙为主轴周囤就是致密得氧化铝构成一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层就是又无数个这样得晶胞组成。阻挡层就是又无水得氧化铝所组成，薄而致密，具有高得硬度与阻止电流通过得作用。阻挡层厚约0、03-0、05pm,为总膜后得0.5%-2。0%。氧化膜多孔得外层主要就是又非晶型得氧化铝及小疑得水合氧化铝所组成，此外还含有电解液得阳离子、当电解液为硫酸时，膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%—17%、氧化膜得大部分优良特性都就是由多孔外层得厚度及孔隙率所觉决定得,它们都与阳极氧化条件密切相关。（二） 直流电硫酸阳极氧化1、氧化膜成长机理在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极得铝制品，在阳极化初始得短暂时间内，其表而受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密得膜，由于硫酸溶液得作用，膜得最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙得电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成得氧离子则用来氧化新得金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合,在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解得旧膜如同得到'’修补〃似得、随着氧化时间得延长，膜得不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又薄而致密得内层与厚而多孔得外层所组成得氧化膜、英内层（阻挡层、介电层、活性层）厚度至氧化结束基本都不变，位苣却不断向深处推移;而外早一泄得氧化时间内随时间而增厚。2、氧化膜厚度计算阳极氧化生成得氧化膜厚度从理论上可按法拉第第二沱律推导得公式进行计算。o=Kit式中o为阳极氧化膜厚度（pm）,I为电流密度（A/dm2）,t为氧化时间（m^）,K为系数（当氧化铝密度Y=kg/立方米则K=0o309）、上述公式汁算得前提就是以认为通过得电疑全用于氧化铝析出，同时也把氧化铝及膜得密度视为纯净得氧化铝密集得值、但实际情况并非完全如此，为了使K值更切合实际，应将电流效率与在这种工艺条件下所生成膜得密度或孔隙度考虑在内，即：K=1。57r）/Y式中n为电流效率（电极上实际析出得物质量与又总电量换算出得析出物质量之比）。k实值务国取值大小各异，美国有取0。328、0、285-0。355,日本有取0.352、0.364、0、25,中国、俄罗斯取0.25。铝表面阳极氧化处理方法（四）（三） 英她阳极氧化1、草酸阳极氧化对硫酸阳极氧化影响得大部分因素也适用于草酸阳极氧化，草酸阳极氧化可采用直流电、交流电或者交直流电迭加、用交流电氧化比宜流电在相同条件下获得膜层软、弹性较小;用直流电氧化易出现孔蚀，采用交流电氧化则可防I上,随着交流成分得增加，膜得抗蚀性提高，但颜色加深，着色性比硫酸膜差、电解液中游离草酸浓度为3%—10%,—般为3%—5%,在氧化过程中每A?h约消耗O.13-0、14g,同时每A?h有0、08—0°09g得铝溶于电解液生成草酸铝，需要消耗5倍于铝量得草酸、溶液中得铝离子浓度控制在20畀L以下，当含30g/L铝时，溶液则失效、草酸电解液对氯化物十分敏感，阳极氧化纯铝或铝合金时，氯化物得含量分别不应超过0.04—0。02g/L,溶液最好用纯水配制。电解液温度升高，膜层减薄。为得到厚得膜，则应提高溶液得PH值。直流电阳极氧化用铅、石墨或不锈钢做阴极，其与阳极得而积比为（1:2）—（1:1）之间。草酸就是弱酸，溶解能力低，铝氧化时，必须冷却制品及电解液。草酸膜层得厚度及颜色依合金成分而不同，纯铝得膜厚呈淡黄或银白色，合金则膜薄色深如黄色、黄铜色、氧化后膜层经清洗，若不染色可用3.43x10得4次方Pa压力得蒸汽封孔30-60分钟。2、铭酸阳极氧化^酸阳极氧化工艺见表一4。氧化过程中应经常进行浓度分析，适时添加珞酊、电解得阴极材料可用铅、铁、不锈钢，最好得阳阴面积比为（5:1）-（10:1）0当溶液中三价铭离子多时，可用电解得方法使苴氧化成六价^离子。溶液中得硫酸盐含量超过0。5%,阳极氧化效果不好,硫酸根离子多时可加入氢氧化领或者碳酸顿使苴生成硫酸换沉淀。溶液中氯化物含量不应超过0、2g/L、溶液中貉含量超过70g/L时就应稀释或更换溶液。珞酸阳极氧化有电压周期变化得阳极氧化方法或恒电压阳极氧化法（快速珞酸法）两种、3、硬质（厚膜）阳极氧化硬质阳极氧化就是铝及铝合金表而生成厚而坚硬氧化膜得一种工艺方法、硬质膜得最大厚度可达25Opm,纯铝上形成得膜层微硬度为12000-15000MP9,合金得一般为4000—6000MPa,与硬珞镀层得相差无几，它们在低符合时