铝氧化工艺教程.docx

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铝氧化工艺教程

铝与铝合金的氧化处理

铝及铝合金在大气中虽能自然形成一层氧化膜，但膜薄（40-50A）而疏松多孔，为非晶态的、不均匀也不连续的膜层，不能作为可靠的防护一装饰性膜层．

1.随着铝制品加工工业的不断发展，在工业上越来越广泛地采用阳极氧化或化学氧化的方法，在铝及铝合金制件表面生成一层氧化膜，以达到防护一装饰的目的。

经化学氧化杜理获得的氧化膜，厚度一般为0.3～4um，质软、耐磨和抗蚀性能均低于阳极氧化膜．所以，除有特殊用途外，很少单独使用．但它有较好的吸附能力，在其表面再涂漆，可有效地提高铝制品的耐蚀性和装饰性。

2.经阳极氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在5-20vm，硬质阳极氧化膜厚度可达60-2500m．其膜层还具有似下特性：

，

（I）硬度较高。

纯铝氧化膜的硬度比铝合金氧化膜的硬度高．通常，它的硬度大小与铝的合金成份、阳极氧化时电解液的工艺条件有关．阳极氧化膜不仅硬度较高，而且有较好的耐磨性．尤其是表面层多孔的氧化膜具有吸附润滑剂的能力，还可进一步改善表面的耐磨性能．

（2）有较高的耐蚀性．这是由于阳极氧化膜有较高的化学稳定性．经测试，纯铝的阳极氧化膜比铝合金的阳极氧化膜耐蚀性好．这是由于合金成分夹杂或形成金属化合物不能被氧化或被溶解，而使氧化膜不连续或产生空隙，从而使氧化膜的耐蚀性大为降低．所以，一般经阳极氧化后所得的膜必须进行封闭处理，才能提高其耐蚀性能。

（3）有较强的吸附能力。

铝及铝合金的阳极氧化膜为多孔结构，具有很强的吸附能力，所以给孔内填充各种颜料、润滑剂、树脂等可进一步提高铝制品的防护、绝缘、耐磨和装饰性能．

（4）有很好的绝缘性能．铝及铝合金的阳极氧化膜，已不具备金属的导电性质，而成为良好的绝缘材料．

（5）绝热抗热性能强．这是因为阳极氧化膜的导热系数大大低于纯铝·阳极氧化膜可耐温15001C左右，而纯铝只能耐660℃．

综上所述，铝和铝合金经化学氧化处理，特别是阳极氧化处理后，在其表面形成的氧化膜具有良好的防护一装饰等特性．因此，被广泛应用于航空、电气、电子、机械制造和轻工工业等方面。

  第一节 装饰性氧化

铝和铝合金装饰性氧化工艺种类很多，一般可分为化学氧化法和电化学氧化法即阳极氧化法两大类．其中，阳极氧化处理的应用较为广泛．这是因为阳极氧化法所获得的氧化膜比一切化学氧化法所获得的氧化膜性能更为优良。

经过化学或电化学抛光后的铝及铝合金制件，进行阳极氧化处理后，可得到光洁、光亮、透明度较高的氧化膜层，再经染色，可得到各种色彩鲜艳夺目的表面．如在某种特定的工艺条件下加以氧化处理，在其表面还可形成仿釉膜层，从而使铝制品表面获得特殊的装饰效果．据不完全统计，我国目前铝和铝合金的装饰性氧化工艺已发展到几十种之多，使我国铝制品加工工业的发展日新月异．

  一、化学氧化

铝及铝合金的化学氧化处理，按其溶液的性质，可分为碱性和酸性溶液氧化处理两类，按其膜层的性质则可分为氧化物膜层、磷酸盐膜层、铬酸盐膜以及铬酸～磷酸盐膜等．

（一）工艺规范．

1．碱液化学氧化工艺规范．

无水碳酸钠（Na2C03） 50g/L

铬酸钠（Na2Cr04） 15g/L

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，烘干操作．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工艺规范

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．将制件经氧化清洗后放在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，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．铬酸盐法氧化工艺规范 

配方1：

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．

配方2：

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

  温度 25～30℃

  时间 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）工艺流程

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．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．当铝合金的其他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工艺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）阳极氧化工艺

铝和铝合金的装饰性阳极氧化工艺种类很多，应用最广的是硫酸阳极氧化工艺，其次是草酸阳极氧化和铬酸阳极氧化工艺。

1．硫酸阳极氧化工艺

（1）硫酸阳极氧化工艺特点铝及铝合金在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．该工艺几平适用于所有铝及铝合金的阳极氧化处理．

（2）硫酸阳极氧化工艺流程

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，冷却至工艺要求，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．实践证阴。

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工艺中，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