铝与铝合金的氧化处理Word格式.docx
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氢氧化钠（NaOH）
25g/L
温度
80--100'
c
时间
10--20min
氧化后，制件应立即清洗干净，在20g/L的铬酸溶液中和室温下钝化处理5～15秒，然后清洗，干燥。
颜色为金黄色。
膜厚为0.5～1um，适用于纯铝、铝镁、铝锰合金。
2、磷酸盐一铬酸盐氧化技术规范
配方1：
磷酸（H3P04）
50--60mL/L
铬酸酐（Cr03）
20-25g/L
氟化氢铵（NHOHF2）3～3.5g/L
硼酸（H3B03）
1～1.2g/L
温度
30-36'
C
时间
3～6分钟
此法使用磷酸较多，故又称磷化法。
氧化膜颜色为无色到浅蓝色，膜厚约3-49m。
膜层致密，抗蚀性较高，氧化后零件尺寸无变化，适用于各种铝及其合金。
为了进一步提高抗蚀能力，还可进行填充处理。
招制件经氧化清洗后可在40-45g/L的重铬酸钾溶液中，温度为90--98℃，浸渍10分钟，然后经清洗在<
=70℃的烘箱内干燥即可。
适用于一般零件。
也可在20-30g/L的硼酸溶液中，温度为90-98℃，浸渍10-15分钟，然后经清洗在70℃烘箱内干燥即可。
适用于铝铆钉等。
配方2：
磷酸（H3P04）45g/L
铬酸醉（Cr03）6g/L
氟化钠（NaF）3g/L
温度15～35℃
时间10-15min
膜层较薄，韧性好，抗蚀能力较高，适用于氧化后需变形的铝和铝合金制件。
配方3：
磷酸（H3P04）22g/L
铬酸醉（Or03）2.--4g/L
氟化钠（NaF）5g/L
卿酸（H3BOO2g/L
温度室温
时间15-60s
此法又名化学导电氧化。
氧化膜无色透明；
膜层较薄，幻为0.3-0.5um，导电性能良好,主要用于易变形的铝制电气零件。
3、铬酸盐法氧化技术规范
铬酸酐（Cr03）4N6g/L
氟化钠（Na-F）lg/L
铁氰化钾［K3Fe（CN）6］0.5g/L
温度30-350C
时间20-60s
氧化膜颜色为彩虹色，膜薄，导电性能良好，主
要用于对导电性能有一定要求的铝制电气零件。
铬酸醉（Cr03）3.5～6g/L
重铬酸钠（NaZCrZO7）3～3。
5g/L
氟化钠（NaF）0.8g/L
pH
1.5
25～30℃
3min
膜层无色透明，具有良好导电性能和抗蚀性能，与有机涂层有良好的结合力。
广泛用于航空、电气和各种机械制造业、日用品生产等方面。
（二）技术流程
铝制件--机械抛光--化学除油及腐蚀--清洗--中和--清洗--化学氧化--清洗--热水烫（50℃）--压缩空气吹干--烘烤（70℃）--成品检验。
（三）溶液配制方法
（以磷酸盐一铬酸盐氧化的配方1为例）
根据容积计算好所需的化学试剂用量，除磷酸外，先分别用少量水溶解（硼酸需加热溶解）后加入槽中，然后加磷酸，加水至工作液面，搅拌均匀，经调试氧化合格后即可进行生产。
（四）各种因索的影晌（以磷酸盐一铬酸盐氧化的配方1为例）
1、磷酸成膜的主要成分，含量低于5OmL/L或大于80mL/L，膜层薄、抗蚀能力较低。
2、铬酸酐溶液中的氧化剂，是促使氧化膜形成的必要成分。
如不含铬酸酐，溶液的腐蚀性加强，很难形成膜层，当含量超过30g/L时，膜层变坏。
3、氟化氢铵溶液中的活化剂，与磷酸，铬酸共同作用，能生成致密的氧化膜层几含量低于1.5g/L时，不能生成膜层；
含量达到3g/L时，获得的膜层抗蚀性能最佳；
过高，则氧化膜疏松。
4、硼酸控制溶液的氧化反应速度和改善膜层的外观，使膜层致密。
5、温度低于20C,形成膜层薄，抗蚀能好力差；
高于40C，膜层疏松。
6、时间氧化时间可根据溶液的氧化能力和温度来确定。
温度低、氧化能力弱时，可适当延长氧化时间；
温度高、氧化能力强时，可适当缩短氧化时间。
二.电化学氧化
（一）阳极氧化过程机理
1、阳极反应阳极氧化时，由于电解质是强酸性的：
阳极电位较高，因此阳极反应首先是水的电解，产生初生态的[o]，氧原子立即在阳极对铝制件表面发生化学氧化反应，生成氧化铝，即薄而致密的阳极氧化膜。
这一过程与初始电压、电流密度的大小有密切关系。
2、生成的氧化膜在酸性一电解液中，产生化学溶解作用。
部份氧化膜在电解液中的溶解又是必须的，否则由于膜的电绝缘性，将阻止电流的继续通过而影
响氧化膜的继续生成。
a、阴极反应阴极只是起导电作用和析氢反应。
当铝合金的其它合金元素在阳极过程中溶解后，有可能在阴极上沉积析出。
3、氧化膜的成长过程成长过程包含着二个相辅相成的方面：
①膜的电化学生成过程。
②膜的化学溶解过程。
两者缺一不可，而且必须使膜层的生成速度恒大于溶解速度，这样才能获得较厚的氧化膜。
为此，所选择的电解液性质及技术规范都必须具备这些条件。
在阳极氧化过程中，由于电位差的作用，带电质点相对于固体壁发生电渗液流。
电渗液流的存在，是阳极氧化膜得以增长的一个必要条件。
（二）阳极氧化技术
铝和铝合金的装饰性阳极氧化技术种类很多，应用最广的是硫酸阳极氧化技术，其次是草酸阳极氧化和铬酸阳极氧化技术。
1、硫酸阳极氧化技术
（1）
硫酸阳极氧化技术特点
铝及铝合金在10--20%的硫酸电解液中通电进行阳极氧化处理，所获得的氧化膜具有强吸附能力（孔隙率平均为10-15%）、较高的硬度（HV400左右）、良好耐磨性和抗蚀性能，膜层无色透明，极易染成各种美丽的色泽。
特别经化学或电化学抛光的铝制件，通过硫酸阳极氧化，可得到镜面状的光洁光亮表面。
如氧化后进行妥善的封闭处理。
还能进一先提高膜层的抗蚀性和绝缘性。
硫酸阳极氧化还具有溶液稳定、允许杂质含量范围较大的特点。
与铬酸、草酸法比较，电能消耗少，操作方便，成本低。
该技术几平适用于所有铝及铝合金的阳极氧化处理。
（2）硫酸阳极氧化技术流程
铝制件--机械抛光--除油--清洗--中和--清洗--化学抛光或电解抛光--清洗--阳极氧化--清洗--中和--清洗--染色--清洗--封闭--机械光亮--成品检验。
（3）硫酸阳极氧化电解液配制方法
根据电解槽的容积计算所需的硫酸量，在槽内先加入3/4容积的蒸馏水或去离子水，然后启动搅拌机，将硫酸在强烈的搅拌下缓缓加入，最后加水至规定容积，冷却至技术要求，取样分析，试样合格后，即可生产。
硫酸最好用试剂级的或电池硫酸，如用工业硫酸配制，则配制后需加双氧水1mL/L。
也可先进行24小时以上电解处理，并在处理中将浮于液面的有色泡沫和杂物除去，直到溶液呈无色透明后即可投入生产。
注意切勿将水加入硫酸中。
（4）影响氧化膜质量的诸因素
1、硫酸浓度
氧化膜的成长速度与电解液中硫酸浓度有密切关系。
膜的增厚过程取决于膜的溶解和生长速度比，通常随着硫酸浓度的增高，氧化膜的溶解速度也增大；
反之，浓度降低，溶解速度也减小•因此，采用稀硫酸有利于膜的成长。
在氧化开始时，氧化膜的成长速度是浓溶液比稀溶液大，但是随着氧化时间的增加，在浓溶液中成长速度就比在稀溶液中的速度小。
实验证明。
当使用浓度较高的硫酸溶液进行氧化时，初始阶段由于氧化膜的成长速度较大，氧化膜的孔隙率高，因此容易染色，但膜的硬度、耐磨性能等均较差。
而在稀硫酸溶液中所获得的阳极氧化膜，坚硬而耐磨，反光性能好，但孔隙率较低，适宜于染成各种较浅的淡色。
综上所述，应根据对氧化膜的要求来选择硫酸浓度，要想获得吸附能力强而富有弹性的氧化膜，可用硫酸浓度的上限值，要获取硬而厚的耐磨性好的氧化膜，可采用硫酸浓度的下限值。
2、温度
电解液的温度变化对氧化膜的影响与硫酸浓度的变化的影响基本相同。
溶液温度升高，氧化膜的溶解速度升高，膜的生长速度减少，氧化膜的厚度必然减少。
同时，温度的变化对氧化膜的厚度和耐磨性也会产生严重的影响。
一般温度控制在18--20℃时获得的氧化膜多孔、吸附性能好、富有弹性、抗蚀能力较好，但耐磨性能较差。
在装饰性硫酸阳极氧化技术中，温度控制在。
～3℃，温度波动土1℃，硬度可达HV400以上。
缺点是当制件受力发生形变或弯曲时，氧化膜易碎裂。
溶液温度过低，氧化膜发脆易裂。
对于易变形的零件宜在8--10摄氏度氧化。
3、电压
和阳极电流密度在阳极氧化过程中，阳极电流密度和电压有关铝制件通电氧化时，开始很快在铝制件表面生成一层薄而致密的氧化膜，随之电阻增加电压急剧升高，阳极电流密度逐渐减小。
电压继续升高至一定值时，氧化膜因受电解液的溶解作用在较薄弱部位开始被电击穿，促使电流通过，氧化过程继续进行。
电解液中可能存在的杂质是Cl-、F-,N03-和Al3+,Cu2+、Fe2+等离子。
当Cl-,F-、N03-等阴离子杂质含量高时，氧化膜的孔隙率大大增加，氧化膜表面变得粗糙和疏松。
这些杂质在电解液中的允许含量为Cl-<
0.05g/L,F-<
0.01g/L。
当超过这极限值，制品表面会发生穿孔而报废。
这些阴离子杂质来自配制电解液和清洗工序中的水源。
因此必须严格控制水质。
一般要求用去离子水或蒸馏水配制电解液。
4、溶液浓渡
当铝、铜、硅等阳离子杂质含量高时，主要会影响氧化膜的色泽、透明度和抗蚀性。
A13+杂质来自铝制件本身在阳极的溶解，使电解液中A13+含量逐渐升高。
当A13+含量小于20g/L时，氧化膜表面质量没有显著影响（若在1～l0g/L；
范围内，反而对阳极氧化的速度和膜层表面质量起有利作用），当A13+含量超过20g/L后，使铝制件表面呈现出白点或块状白斑，氧化膜的吸附性能卞降，造成染色困难。
5、杂质
合金中含铜、硅等元素时，随着氧化过程的进行，同样由于在电解液中的阳极溶解作用，使合金元素Cu2+,Si2+不断集聚。
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。
要排除Cu2+，可以用铝电极通直流电处理，阳极电流密度控制在0.1--0.2A/dm2左右，金属铜便在阴极上析出。
当Cu2+含量很高时，可先用铅板直接放入电解液中。
这时铅板上会很快置换上一层金属铜。
用此祛可去除含量较高的铜离子，而后再通电处理，可彻底去除Cu2+。
Si2+常以悬浮状态存在于电解液中，使电解液的混浊度大为提高，它往往以褐色粉状物吸附在阳极上。
将电解液仔细过滤可以排除Si2+。
一般用滤纸或微孔管过滤机过滤排除。
6、电源
在硫酸电解液中进行阳极氧化时，其电源可用直流电源，也可使用交流电。
7、搅拌和移动阳极
在阳极氧化过程中产生大量的生成热和焦耳热会导致氧化膜质量下降。
因此，必须采取措施将热量排除。
在生产中通常用蛇形管通冷却剂冷却电解液或以阳极移动和空气搅拌的方法，加速热量的扩散，以防止局部过热。
压缩空气搅拌时，空气必须经过油水分离器净化，或用泵连续快速循环过滤、冷却等组合方法。
8、电解液混浊度
阳极氧化时，电解液的混浊度对氧化膜表面光亮度影响极大。
通常，硫酸氧化膜是透明的，它的主要成分是A1203。
多孔状的氧化膜具有极大的吸附性能，利用这一特点将铝和铝合金表面进行各种色彩图案花纹的装饰。
若在电解液中含有各种不透明的固态混浊物，也被吸附填充到膜孔中去，会使氧化膜透明度下降，膜层的反光率受到阻挡，从而影响氧化膜的光亮度。
混浊物来源于铝制件前处理不良和清洗水质不净，或由于阴阳极反应剧烈与溶液的对流作用使杂质不易沉淀于缸底，被分散悬浮在电解液中，电解液透明度较差，甚至不透明并带有一定的色泽。
因此对那些外观要求较高的铝制品，在氧化过程中，必须对电解液进行连续过滤。
用烧结微孔管过滤机过滤，可使电解液达到极高的透明度。
2、铬酸阳极氧化技术zzzzz
（1）铬酸阳极氧化特点
用3～10%的铬酸电解液，通以直流电，在一定
的工作条件下进行铝和铝合金的阳极氧化处理，所
得的铬酸氧化膜比硫酸氧化膜和草酸氧化膜要薄得
多，一般厚度只有2--5um，能保持原来零件的精度
和表面粗糙度。
膜层质软、弹性高，基本上不降低
原材料的疲劳强度。
但耐磨性不如硫酸阳极氧化膜。
膜层不透明，颜色由灰白色到深灰色或彩虹色。
由于
铬酸氧化膜几乎没有孔穴，一般不易染色。
膜层不需
要封闭就可使用，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。
铬酸氧化膜与有机物
的结合力良好，是油漆的良好底层。
由于铬酸对铝的
溶解度比在其它电解液中小，所以该技术适用于机
械加工件、板金件，适用于硫酸法难以加工的松孔度
较大的铸件、铆接件、点焊件以及尺寸允差小和表面
粗糙度低的铝制件。
铬酸阳极氧化可用来检查铝材的晶粒度、纤维
方向裂纹等冶金缺陷。
因铬酸对铜的溶解度较大，所
以含铜量大于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悄耗都
比硫酸阳极氧化贵，因此，使用上受到一定的限制。
（2）铬酸阳极氧化技术流程
铝制件--机械抛光分除油--清洗--出光叶碱腐
蚀--出光--铬酸阳极氧化--清洗--干燥--成品。
（3）铬酸阳极氧化技术规范〔直流电源）
铬酸酐Cr03
30--35g/L
40士2℃
氧化时间
60min
阴被材料
铅板或石墨
阳极电流密度0.2-0.6A/dm2
电压
0-40V
pH值
0.65-0。
8
阴阳极面积比3:
1
铬酸酐Cr0350-55g/L
39士2℃
氧化时间60min
阴极材料铅板或石墨
阳极电流密度0.3--0.7A/dm2
0--40V
<
0.8
铬酸酐Cr0395-100g/L
37土2℃
35min
阴极材料
阳极电流密度0.3--0.5A/dm2
说明：
配方1。
适用于尺寸允差小的抛光零件的
阳极氧化处理；
配方2。
适用于一般机加工件、板金件的
配方3。
适用于一般零件、焊接件或作油
漆底层的表面氧化处理。
（4）电解液配制方法
计算槽的容积和所需的铬酸醉，全部加入槽内，
然后加4/5容积的蒸馏水或去离子水，剧烈搅拌，侯
铬酸醉全部溶解后，最后加蒸馏水至工作液面。
经
分析、调试合格后，即可使用。
（5）有害杂质的影响及排除
电解液中常有的有害杂质为S042-,Cl-,Cr3+等
离子,S042一含量大于0.5g/L,Cl-大于0.2g/L;
时，氧化膜变粗糙。
此外，由于在氧化过程中六价铬
还原成三价铬，Cr3+增多，会使氧化膜变暗无光，抗
蚀能力降低。
溶液中的三价铬可采用电解法除去。
用铅制阳
极、钢制阴极，其阳极电流密度为0.25A/dm2，阴极
电流密度为l0A/dm2，使Cr3+在阳极氧化成Crb+。
溶液中S042含量过高时，可添加0.2--0.3g/L
的Ba（OH）2或BaC03，通过化学沉淀法除去。
溶液中C1一含量过高时，必须稀释或更换溶液。
（6）电解液的维护和调整
主要由于在氧化过程中铝的溶解，使溶液中铬
酸铝[A12（Cr04）3]及碱性铬酸铝［A1（OH）Cr04］的
量逐渐增多，而游离铬酸含量减少，使电解液的氧
化能力降低，因此要对电解液作定期分析，适时地添
加铬酸酐。
也可以用测量电解液的单位导电度或
pH值的方法来调整电解液。
此外，在生产过程中，由于不断向溶液中添加铬
酸醉，使电解液中含铬量增高。
在3～5如的铬酸旧
极氧化溶液中，铬的总含量（换算成CrOs）超过70g/
L时，溶液氧化能力反而降低，应稀释或更换溶液。
（7）技术操作须知
在开始氧化的15分钟内，电压控制在25V左
右，随后将电压逐步调整到40V，持续45分钟，断电
‘取出铝制件。
随着氧化过程的进行，电流有下降现
象，为了保持一定的电流密度，必须经常调整电压，
并严格控制pH值在规定范围内.
第二节硬质阳极氧化
一、硬质阳极氧化的特点、用途和类型
铝及其合金经硬质阳极氧化后，所获的膜层具
有以下的特点：
（I）色泽膜层的外观有褐色、深褐色、灰色到
黑色，一般是随铝材和采用技术的差异而有所区别，
膜层愈厚，电解温度愈低，颜色愈深。
（2）厚度膜层厚度可达250um左右，因此
硬质阳极氧化又称为厚膜阳极氧化。
（3）硬度氧化膜的硬度非常高，在铝合金上
可达HV400--600，在纯铝上可达HV1500；
其氧化
膜内层硬度比外层高。
不仅硬度高，而且耐磨性能
极好。
由于膜层具有大量的微小孔隙可吸附各种润
滑剂，故还可进一步提高减摩能力。
（4）抗热硬质阳极氧化膜的熔点高达
.2050℃，导热系数低至67kW/（m•K），是极好的耐
热材料。
（5）绝缘硬质阳极氧化膜的电阻率极大，特
别经封闭处理（浸绝缘漆或石蜡）后，它的击穿电住
可高达2000V,
（6）耐蚀膜层在大气中，具有较高的抗蚀能
力。
在3%NaCI盐雾气氛中，能经受数千小时而不
腐蚀。
（7）结合力膜层与基体金属具有牢固的结合
这是由于基体金属本身在电场作用下发生氧化
过程而形成的，使用一般机械方法难以从基体金属
表面除去。
根据上述特点，说明硬质阳极氧化技术的重要
性，在国防工业和机械零件的制造工业方面应用极
其广泛。
主要用于制造对耐磨、耐热、绝缘等性能要
求高的铝及铝合金零件。
如各种罐筒的内壁、活塞
座、活塞、汽缸、轴承、飞机货仓的地板、滚棒和导轨，
水力设备的叶轮、齿轮、缓冲垫等零件。
在一定条件
下，可用来修复受磨损的铝合金零件。
还可用来代替
传统的镀硬铬技术。
此技术与镀硬铬技术相比较，
具有成本低，膜层结合力牢固和电解液、清洗废液处
留力，便等优点，
获得硬质阳极氧化膜的溶液很多。
如硫酸、多种
有机酸（如草酸、丙二酸、苹果酸、磺基水杨酸等）的
混合溶液。
所用电源，有直流电、交流电、交直流迭
加以及各种脉冲电流。
目前应用较广的有下列两种
类型：
硫酸硬质阳极氧化直流法和混合酸硬质阳极
氧化交直流迭加法。
二、硬质阳极氧化技术
（一）硫酸硬质阳极氧化技术
1。
硫酸硬质阳极氧化技术流程
铝制件--化学除油--清洗--中和--清洗--硬质
阳极氧化--清洗--封闭--成品检验。
2.各种因素的影响
（1）电解液浓度用硫酸电解液进行硬质阳极
氧化时，一般用10--30%的浓度范围。
浓度低时，
膜层硬度高。
特别对纯铝，更为明显，但对含铜量高
的铝合金（LY12）例外。
因为含铜量较高的铝合金中
的CuAl,化合物在氧化过程中溶解速度较快，易使
这部位成为电流聚集中心而被烧毁击穿，所以一般
用高浓度（200-300g/L）的硫酸电解液进行氧化处
理。
（2）温度电解液的温度对膜层的硬度和耐磨
性影响极大。
通常，温度下降，硬度和耐磨性能增强。
为了获得较高的硬度和耐磨性能；
电解液的温差应
控制在低温并以t2℃为宜。
（3）阳极电流密度提高电流密度氧化膜生成
速度加快，氧化时间缩短，膜层受到硫酸化学溶解的
时间相应减少，膜层硬度和耐磨性也相应提高。
但超
过了极眼电流密度时由干氧化时发热量大为增快。
阳极铝制件的接口温度过高，膜层溶解速度加快，膜
层硬度也低。
因此，要获得理想硬度的氧化膜层，应
该根据不同材料来选择适当的电流密度。
（4）合金成分合金元素和杂质对铝合金硬质
阳极氧化膜的质量有很大影响，它影响膜层的均匀
性和完整性等。
例如，合金元素硅易使膜层颜色变
灰。
当硅的含量超过7.5%时，采用直流电氧化获得
的膜层，薄而多孔，硬度低，耐磨性差，抗蚀能力也
低。
因此，对于高组分的铝铜、铝硅、铝锰合金的硬质
阳极氧化困难较大。
一般不适合用直流电进行硬质
阳极氧化。
采用交直流电迭加法，或脉冲电流法进
行氧化，可获得较为满意的膜层。
3.硫酸硬质阳极氧化技术要求
为了得到质量好的硬质阳极氧化膜，并能保证
工件所需要的尺寸，必须根据下列要求进行。
（1）锐角倒圆工件如有尖角，锐边
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