​阳极氧化处理

　　阳极氧化处理是指金属材料在电解质溶液中，通过外施阳极电流使其表面形成氧化膜的一种材料保护技术，又称阳极化处理。

阳极氧化处理技术

　　为了克服金属表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为了金属使用中不可或缺的一环，而阳极氧化技术则是目前应用较广且Z成功的一个。

　　所谓阳极氧化，就是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，是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，表面上形成氧化薄层，其厚度为5-20微米，硬质阳极氧化膜可达60-200微米。

　　阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，具有良好的耐热性。硬质阳极氧化膜熔点高达2320K，具有优良的绝缘性，耐击穿电压高达2000V，增强了抗腐蚀性能，在ω=0.03NaCl(表示溶液中溶质的质量分数，通常用一个百分数来表示)盐雾中经几干小时不腐蚀。

　　氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机汽缸或其他耐磨零件;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、镁及其台金等)都可进行阳极氧化处理，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。

　　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。但是，铸造铝的阳极氧化效果不好，表面不光亮，只能是黑色，而铝合金型材则要好一点。

铝合金阳极氧化技术

　　铝合金阳极氧化是一种氧化膜的生长与溶解的动态平衡过程，阳极氧化时要尽量促使氧化膜的生长速率大于表面膜层的溶解速率。

　　铝合金阳极氧化技术按电流形式可分为直流电阳极氧化、交流电阳极氧化以及脉冲电流阳极氧化。按膜层性质可分为普通膜、硬质膜、瓷质膜、光亮修饰层及半导体作用的阻挡层等。按电解液可分为硫酸、铬酸、草酸及混合酸等为电解液的主要成分的自然着色阳极氧化。

　　1、硫酸溶液阳极氧化

　　普通硫酸阳极氧化可获得0.5~20.0μm吸附性较好的膜层，适用于一般防护或作为油漆涂层的粘结底层;硫酸阳极氧化膜多孔，空隙率约为35%;吸附能力强，易于染色，被广泛用于装饰目的。硫酸阳极氧化膜具有较高的耐蚀性但对基体材料的疲劳性能影响较大，并且不适用于点焊件、铆接组合件以及容易滞留电解液的零件。

　　2、铬酸溶液阳极氧化

　　铝合金铬酸氧化膜比硫酸氧化膜要薄得多，通常只有2-5μm，颜色由灰白色到深灰色，一般不能染色，能保持原来零件的精度和表面粗糙度。膜层质软、弹陛高，不会明显降低基体的疲劳强度，但耐磨性不如硫酸阳极氧化膜。

　　铬酸氧化膜致密，呈树状分支结构，氧化后不经封闭处理即可使用，与涂层的附着性好，在同样厚度情况下它的耐蚀能力要比不封闭的硫酸氧化膜高。因铬酸对铜的溶解度较大，所以铜质量分数大于4%的铝合金一般不适用铬酸阳极氧化。

　　铬酸阳极氧化，无论溶液成本或是电能消耗都比硫酸阳极氧化贵，并且会造成环境污染，即使采取环保措施，也会提高工艺的成本。因此，使用受到一定的限制。

　　3、硼酸-硫酸溶液阳极氧化

　　硼酸-硫酸阳极氧化膜层除了具有铬酸阳极化膜层的优点以外，还具有良好的遮盖能力、槽液成分浓度低、不含Cr(Ⅵ)、槽液处理方便、对环境污染小和节约能源等优点，被称为“环保型”表面处理方法。

　　硼酸-硫酸阳极氧化膜层较薄，膜层应力较小，不像硫酸阳极氧化那样易产生裂纹，且与铬酸阳极氧化一样，氧化膜具有高弹性，结构致密。

　　4、草酸溶液阳极氧化

　　铝合金草酸阳极氧化可获得8~20μm的氧化膜，草酸硬质阳极氧化早期在日本和德国使用较多，由于草酸对铝合金及其氧化膜的溶解能力较弱，所以得到的膜层较厚、硬度较高、耐磨性和耐蚀性都比较好，并且具有良好的电绝缘性和防护性能。

　　常规草酸阳极氧化工艺极易电击穿而出现烧蚀现象，合格率低，而且溶液对氯离子敏感，所需外加电压较高、能耗较高，因此，生产成本比硫酸阳极氧化高3～5倍，另外，草酸在阴极上容易被还原为羟基乙酸，在阳极上被氧化成二氧化碳，电解液稳定性也较差，草酸氧化膜的色泽也容易随工艺条件变化而变化，使产品产生色差，在应用上受到了一定限制。

　　5、磷酸溶液阳极氧化

　　铝合金磷酸阳极化方法Z先为美国波音公司所研究并采用。磷酸阳极化处理工艺是弱酸性阳极化处理方法，与铬酸或硫酸阳极化方法相比，具有环境友好、毒性小、成本低及工艺参数易控制等优点。

　　磷酸阳极氧化形成的膜层孔径比较大，便于填充润滑物质等功能材料。但是，磷酸氧化膜与硫酸膜和草酸膜相比，氧化膜的厚较小，一般只有几个微米，在应用上受到了一定限制。

　　6、混合酸阳极氧化

　　混合酸阳极氧化是以硫酸、草酸等为基础液，添加各种不同有机酸及无机盐，混合酸阳极氧化可以提高阳极氧化的温度范围及氧化效率，提高膜层硬度及耐磨性能，但是，电解液成分复杂、成本通常比硫酸氧化法高，因此，混合酸阳极氧化的应用也在一定程度上受到限制。

铝合金阳极氧化技术流程现状

　　在铝合金阳极氧化实际生产中，由于预处理工艺、阳极氧化工艺及膜层封闭处理等因素的影响，有时会造成阳极氧化膜的耐蚀性能达不到用户规定的要求，试片盐雾试验不合格现象，会直接影响生产的正常进行。

　　因此，为克服典型铝合金阳极氧化技术存在的问题和不足，提高阳极氧化膜性能，满足GX节能生产需求，国内外研究者主要从前处理工艺、阳极氧化工艺及膜层封闭处理等方面进行了广泛的研究。

　　1、前处理工艺

　　前处理的目的是去除试样表面的氧化膜及油污，为阳极氧化处理准备洁净、平整和活化的表面。前处理工艺是获得良好氧化膜的基本保证。

　　选择前处理工艺需要考虑零件的加工情况、合金成分、污染程度及产品的要求等，此外还应关注温度、时间和前处理材料种类等操作因素的影响。通常铝合金氧化前处理主要包括脱脂(除油)、碱蚀、出光和水洗等过程。其中，比较关键且Z容易出问题的是碱蚀步骤，该工序能去除铝合金表面氧化物及其它污物，不仅对铝合金表面有清洁作用，而且有活化作用。

　　碱蚀过程中的温度、时间应严格控制，温度偏低会使铝材表面产生腐蚀不均匀现象，温度偏高会使铝材表面产生过度腐蚀现象;槽液表面油污需及时清理，检验时应确认水膜连续保证零件表面油污去除干净。

　　水洗部分主要是去除由前三步带入的大量杂质离子，保证工件表面的清洁度，提高氧化膜层的质量，避免杂质离子污染槽液，延长槽液使用时间。

　　2、阳极氧化工艺

　　铝合金阳极氧化主要是指铝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，在铝制品上形成一层氧化膜的过程。由此可知，在阳极氧化工艺部分影响阳极氧化膜性能的因素主要有电解液及添加剂，电源类型及优化设计，特定的工艺条件。

　　以硫酸溶液为主要槽液的硫酸阳极氧化工艺具有成本低、成分简单、工艺稳定、操作方便及适用性广的特点。但是，由于槽液组成单一、浓度偏高，对膜层溶解度偏大，需要低温环境和能耗较高等问题较为突出。以铬酸为主要槽液组成的铬酸阳极氧化工艺制备的阳极氧化膜具有膜层薄、耐腐蚀性好及油漆附着力优异等特点，但是铬酸对环境污染大，不利于环境保护。

　　在膜层生成过程中，会产生反应热和焦耳热，当热量达到一定程度，出现火花现象，导致膜层电流集中处发生”烧蚀”，影响质量，因此，需要进行搅拌和增加散热来提高阳极氧化效率以及改善膜层性能。目前国内外搅拌和散热的措施较多，主要有高速泵加速循环槽液、压缩空气搅拌或槽液高速射流搅拌散热等方式。

　　在电源类型及优化设计方面，直流电源只需要装置直流发电机或整流器，将工作电流设定为恒定值，而氧化电压随时间而变化，其应用较广。

　　硫酸阳极氧化虽然不会造成污染，但对材料疲劳性能的影响是人们一直关注的问题。铬酸阳极氧化具有膜层致密、孔隙率低，阳极氧化后零件的尺寸变化较小，不会损害材料的疲劳强度，膜层的电绝缘性较好，防止铝和其他金属接触时发生电偶腐蚀等优点而被广泛应用。但是铬酸阳极氧化会造成环境污染，及时采用环保措施，也会提高工艺的成本。

　　为此，采用波音标准BAC5632的可代替铬酸阳极氧化的硼酸一硫酸阳极氧化工艺。实践证明，硫酸一硼酸阳极氧化膜层除了具有铬酸阳极化膜层的优点外，还具有良好的吸附能力，容易染上各种颜色，以及良好的遮盖能力，可保持零件的高精度和低表面粗糙度等特性。

　　3、膜层封闭处理

　　目前常见的膜层封闭处理方法有热水、蒸汽、重铬酸盐、无机盐和有机物等封闭，但普遍存在着诸如毒性大、能耗高、效率低或成膜质量差等问题，因此开发无污染且工艺稳定、能耗低的绿色封闭工艺具有极大的应用价值。绿色封闭工艺主要有微波封孔、无镍中温封孔、稀土盐封孔、外加电压封孔和双向脉冲封闭工艺等。