阳极氧化完整工艺流程.docx

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阳极氧化完整工艺流程

陽極氧化工藝流程

名词解释

Ⅰ 机械与化学表面处理

金属需经过抛光或刷光，随后除油及脱脂，检查外观质量，以为后续

处理工序作表面准备。

Ⅱ 阳极氧化

通过认为的手段，形成一层厚氧化铝膜，即阳极氧化膜。

即吸附氧化

膜。

这是吸附着色的先决条件。

Ⅲ 染色

在阳极氧化膜之微孔结构内沉积染料分子。

Ⅳ 封孔

封住微细孔，使染料固定于氧化膜内。

吸附着色的理论依据

吸附现象是采用染料水溶液浸渍染色的特点。

与其他着色技术不同的

是，其产生颜色之化合物并非产生自工艺本身而是存在于开初的介质

中。

“吸附”这一术语的意思是染料分子沉积并积聚氧化膜微孔的内表

面，此阳极氧化膜的孔隙率为氧化膜的 20m2/g。

导致吸附的是铝氧化

膜与染料分子之间的键合力起作用。

这键合是不稳定的，相反，吸附

在阳极氧化膜上的染料（染色强度）与溶液中的染料之间达到平衡。

倘

若溶液的染料浓度增大，则吸附量会增大，直至达到饱和点（颜色强

度最大）时为止。

又倘若溶液的燃料浓度下降，比如下降到零，而水中

又全无亲质，便会出现解吸附，导致褪色合色料扩散。

因此，在完成染

色之后的多孔膜封闭工序是必不可少的。

尽管染料迅速吸附，但整个

着色过程的速度并非取决这一原始的现象，而是取决于染料分子随后

怎样进入狭窄的微孔内。

这一过程以略低的速率进行。

分子的直径平

均为 0.0025µm，而用硫酸直流氧化法制备的阳极氧化膜的微

孔平均直径为 0.02µm。

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铝的级别和铝的阳极氧化

铝材的物理成分以及级别是吸附着色是否成功的重要因素。

铝材分为

高纯铝、纯铝和合金铝。

高纯铝只含不超过痕量（不超过 0.05%，依次排级）的亲质金属；纯铝

的亲质金属含量不超过 1%。

由于铝本身的强度不足以应付各种用途，因而相当多是与其他金属形

成合金，主要的是镁、锌、锰、铜等。

合金中的这些成分越高。

耐机械

磨损性便越强，但对装饰性着色的适应性则相对的越差。

吸附着色本

身是不会改善阳极氧化膜的物理特性的。

Ⅰ 质量要求

必须选用阳极氧化级的铝材，才能保证在阳极氧化和着色后仍然能保

持吸引人的外观。

这一级别的铝材是专门为阳极氧化和着色而特别制

备并经过特别检测的。

Ⅱ 合金成分对色泽和透明度的影响

铝和铝合金原有的颜色分别随其纯度级别与所含成分不同而异。

而吸

附着色的色调又受原来的底色所影响。

镁量大于 5%时，阳极氧化膜会暗哑；

含锰及铬量即使低至仅 1%，氧化膜便带黄色，超过此含量时，金属色

调便会变的暗黑；

硅有使氧化膜带灰色的趋向，不过，很大程度上取决于它存在于合金

中的形式。

如果以固溶体形式存在而含量低于 1%时，它不会使氧化

膜明显暗哑。

超过此含量及以非固溶体形式存在时，金属就会呈浑浊

的灰色。

有一种特别的含硅 3%~6%的铝合金就被称为“灰色调和金”

。

含铜量不超过 0.2%左右的铝合金对阳极氧化膜的颜色、透明度或硬

度均无甚影响。

以其通常在一些合金（如铝、铜、镁类及其他）所用含

量，铜往往会给合金带来不规则斑点、呈微棕色及微灰色外观。

此外，

铝铜合金在染色过程中比其他合金更易于发生原电池腐蚀（点状腐蚀）

。

锌对氧化膜质量不产生影响。

倘若含量在 2%左右或稍大，又假如合

金不含其他成分，则在染色中不会产生明显的色调变化，也不会令染

色膜变暗哑。

Ⅲ 机械表面处理与化学表面处理

未经预处理的铝是不能阳极氧化和着色的。

事实上，有控制的表面处

理是染色完美和光滑均匀德必备条件。

机械的和化学的预处理决定了

金属表面最终德外观，因为透明德阳极氧化膜或着色都是无助于光学

性能德。

化学处理目的在于清除金属上的脂类、油污、夹杂的亲质、皂

类德残余、以及自然氧化膜。

这些污染物质如果未得到彻底清除，就

会妨碍氧化膜的生成，随而队染色产生明显不良的影响。

对准备阳极氧化并吸附着色德铝件作预处理时所遵循的准则，与阳极

氧化而步着色德工艺准则相同。

参数

偏离标准

染色强度差别

膜机械强度差别

硫酸浓度

偏高

偏低

较深

较淡

较低

较高

铝浓度

偏高

偏低

改善膜的结构

稍淡

稍高

电流密度

（膜厚度恒定时）

偏高

偏低

较淡

较深

较高

较低

温度

偏高

偏低

较深

较淡

较低

较高

时间

偏长

较深

较高

的明显，而且即使改进染色过程亦只能有限度的得到改正。

Ⅳ 硫酸直流电氧化工艺参数对阳极氧化膜着色性能的影响

在阳极氧化膜的吸附着色工艺中，最终获得的色调不但取决于着色过

程本身，而且在相等重要的程度上取决于氧化膜的性能。

而氧化膜的

性能又取决于阳极氧化参数。

在工业生产中，这一点往往未受到注意。

当在追溯染色故障因由时，必须同时仔细检查阳极氧化的工艺条件。

在无色阳极氧化时未被发现的氧化膜上的某些变异在西服着色时变

偏短

较淡

较低

膜厚度

偏厚

偏薄

较深

较淡

较高

较低

①、硫酸浓度

提高硫酸浓度会增强其对金属的溶解作用，产生更显著锥性的微细孔，

孔的平均直径更大些。

由于空隙率增大而使内表面面积增大，吸附能

力因而加强，可以染出较深的颜色。

在阳极氧化液使用期间，越来越

多的游离硫酸消耗于溶解方面，随着其浓度因而下降，膜的吸附力亦

随而降低。

为保证随后的染色能具有同等的强度，维持游离硫酸浓度

于严格的允许范围内就显得十分重要。

②、铝含量

当铝含量在 5g/l 以下时，染料吸附能力显著下降，但铝含量达到 5g/l

以上时，吸附能力便维持接近稳定。

但当超过 15g/l 时，溶液便不能有

效的起作用，阳极氧化膜会出现不规则。

因此，为使着色色泽高度均

匀，宜将铝含量保持在 5~15g/l。

③、电流密度

在电流密度高而膜厚固定的情况下，由于金属受硫酸溶解的时间短些，

所以染料吸附能力下降。

如果把成分不同的合金件放在一起进行阳极氧化，零件与零件之间便

会出现电流密度上的变动，当这些零件着色时，便会反映为色泽上的

差异。

因此，在同一批次内应只阳极氧化一种合金的零件；如果零件

时要着色的，这一点尤其重要。

④、电压

电压应根据阳极氧化工艺参数以及合金的成分来施加，通常为

12~20V。

⑤、温度

提高温度会加强硫酸的溶解作用，从而使氧化膜柔软些和有更多的微

细孔，染料吸附能力便高。

但温度的影响非常明显，必须严格控制。

其

允许的误差微+/-2℃。

在这方面，必须注意的是，倘若热对流步充分而出现局部温度差异，

以后便会出现着色的不均匀的结果。

为避免出现局部过热现象，对阳

极氧化液必须采取彻底搅拌和均匀冷却的措施。

⑥、阳极氧化时间与膜厚度

阳极氧化膜的厚度几乎与电流密度和时间的乘积成正比。

当电流密度

恒定时（在工厂生产时只是指接近恒定时），氧化膜的厚度及与厚度密

切关联的染料吸附能力均与阳极氧化时间成正比关系。

由此可见，如需要着出深色，就必须有相当厚的膜，实际上，在厚度

为 12μm 的标准氧化膜上，只要着色条件适当，一切需要的色调都可

染出来。

不过，当要很高的颜色坚牢度时，阳极氧化膜就必须有超过

12μm 的厚度，以便获得最佳的耐光度，因为这一性能是由封闭在氧

化膜内的染料量来确定的。

对于建筑物配件，氧化膜厚度还必须达到

25μm。

基于成本及质量方面的考虑，建议厚度不超过 30μm。

厚度

在 12μm 以下的薄膜，其染出的色调不得不只限于淡色，因为其吸附

能力有限。

Ⅴ 阳极氧化后的清洗

在精饰生产过程中，阳极氧化后的清洗是十分重要的。

黏在着色件上

的酸的残留物如果未得到彻底清洗，染色时便会出现斑点。

它们还会

污染染色液使之逐渐减弱染色能力，甚至会使染料产生化学变化。

因

此，必须制订最优选的清洗处理程序，其处理过程还要尽量缩短滞留

时间，以免氧化膜有被过早封闭的危险，而导致降低染料吸附力。

控制清洗效率的最佳方法是用溴甲酚紫指示剂。

酸/水发生迅速交换。

重要的是要让新鲜的清水尽快到达工件表面的每一个点。

如果工件的

形状复杂，如有洞穴、焊接口等，就必须在清洗水中搅拌以产生嫘流。

Ⅵ 阳极氧化后的工件在染色前的贮存

阳极氧化出槽的工件在贮放一定时间后，其染料吸附能力便会减弱，

在环境温度及湿度高时尤甚。

因此，氧化后的工件宜即作下一步处理

或予以干燥，而不应过分迟缓。

如果工件经过干燥后，在进入下一步处理前，最好先用冷水湿透工件

或者是用酸予以活化。

阳极氧化后的工件绝不允许沾上手指印。

只要有可能，在拿取这些工

件时都需要戴上湿水的橡胶手套。

工件上凡被污物或油脂污染过的地

方都不能吸附足够的染料来达到颜色深度的要求，也不能达到满意的

溶液

温度

时间

5ml/L 硫酸

30~35℃

15min

5ml/L 硫酸

室温

30~60min

1 硝酸/水

室温

5~120S

封闭效果。

Ⅶ 阳极氧化膜的活化

阳极氧化后，在着色之前，可用酸液处理，把氧化膜活化。

所有有机酸、

无机酸及酸性盐均适用于活化，不过，通常多选用硫酸或硝酸。

这一

处理必会使一些阳极氧化膜的物质溶解，使空隙率增加，从而提高吸

附染料能力。

如果工件曾存放一段时间，则酸的作用主要是溶解因大

气水分反应而形成的水合物。

这样提高吸附染料能力会带来很多好处，这是有充分理由的。

但是，

在最终厚度恒定的情况下，氧化膜的质量会有所下降，也是必须接受

的事实。

用酸活化的方法主要应用在铭牌的制作上。

①、操作步骤

直接在阳极氧化后或在经过贮放后（湿的或干的），氧化的铝品处理方

法如下表所示：

表中提供的数据只是典型的处理方法实例，还必须根据精饰方法的其

他因素作相应的调整。

活化后还必须将工件再次彻底进行清洗。

②、氧化膜活化后的染色性能

如果酸活化处理在比上述工件条件更为严格的条件下进行，则不但会

有使阳极氧化膜的光泽和硬度下降的趋势，且其耐腐蚀性能亦会降低。

因此，对于建筑铝材，不推荐使用着色前酸活化的方法。

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染色流程

Ⅰ 染色设备

选择染色槽德尺寸以及染色液液量时，要考虑到使要处理的一槽工件

完全浸没于溶液而不必对工件作重新排布。

若是采用喷淋染色法，则染色液的体积要小的多（约 15%~20%）。

染

色液用酸泵循环并通过喷嘴喷到工件上。

染色槽必须用符合下列要求的材料制造：

①、

有能经受 80℃的热稳定性；

②、

对极度稀的非阳极氧化用之有机酸有耐酸能力；

③、

对低浓度的氯化物有稳定性；

适用的材料包括有：

①、

耐酸不锈钢；

②、

具有中等至高的热稳定性之塑料，如聚烯烃类（聚乙烯、聚丙烯）、聚

氯乙烯、聚丙烯腈、聚酯等；

③、

硬质橡胶。

染色槽经过使用一段时间出现裂纹或孔洞时，染色液会因裸露的槽体

材料接触而致消弱染色能力。

Ⅱ 染色液的加热

最好的加热装置是以在水平方向安装于靠近染色槽底部的由电加热

元件或蛇行管交换器组成的加热系统。

导热介质可以是水、蒸汽或油。

染色液也可以选用煤气燃烧器来加热，燃烧器安装在槽子下面。

制造加热装置的材料，其稳定性要与制造染色槽的材料稳定性标准相

同。

加热系统宜配备温度控制装置。

Ⅲ 染色液的搅拌

适度的搅拌可使整槽染色液各处的染料浓度均匀。

倘若是给小零件染色的染色槽，通过热对流及工件运动产生的搅拌便

可能足够了。

但是，一般情况下，必须透过多孔管打入经过过滤的压

缩空气来增加染色液的运动。

搅拌器如螺旋浆或舵式的搅拌器之类都

有很好的效果。

染色液也可以用循环泵来保证搅拌。

在这种情况下，

可插上一个过滤网，把液中浮游物质隔住，保证染色液保持高纯净和

着色件清洁。

由于染料吸附速率会随染色过程之持续而明显降低，因此，保持槽液

搅拌就十分重要，特别是在开始阶段。

在把工件浸入时以及在染色的

第一分钟，让工件动来动去往往可以增加色调均匀性，特别是在染淡

色时。

Ⅳ 电绝缘

如果在铝着色槽中采用了钛挂钩，就必须避免使用类似的电接触点。

如未能避免，就会从两种金属和染色液产生动电电流，使染色工件出

现点腐蚀。

钛挂钩应该用非导体材料如木材或塑料与槽电绝缘后才能

悬挂到染色槽内。

Ⅴ 染色条件对颜色的影响

和阳极氧化工艺参数一样染色工艺参数也对染色产生显著的影响。

①、染色温度

染色速率随温度之上升而提高。

因此，着出一定深色所需的时间随温度升高而缩短。

但是，同步封孔

反应会减缓吸附速率，在极端的条件下还会完全抑制染色，因而同步

封孔反应与温度的关系甚至会更为显著。

倘若温度过高，染料的积聚

在还未达到足够的密度时便终止。

同步封孔还阻止染料吸附的逆向过

程。

因而，在高温下产生的氧化膜在封孔溶液或清水中不会有大量的

色料扩散，但这种染色膜也较难退除。

采用室温温度时，这种封孔作

用较微弱，意味着可以染出较深色调的染色膜，但一方面，染色时间

又会较长。

优选的温度范围为 55~65℃，兼顾了可获得较深色调和接

受的着色时间。

②、染色时间

正常的染色时间为 5~15 分钟。

变化染色时间和间隔一定时间抽样检查染色效果可以使因氧化膜缺

陷所造成的色调差异在一定程度上均匀化。

但染色时间不宜计算的太

短，因为如果太短的话，某一特定批次的染色膜以及与批次间的染色

膜就不均一。

采用混合染料时，此电尤应注意。

从颜色的耐久性考虑，

把染色时间缩短到 5~15 分钟也不明智，即使是在染淡色时也不宜。

一般而言，低染料浓度和较长的染色时间所得的染色膜笔之高染料浓

度而染色时间短的染色膜颜色耐久性会更好些。

对于不必满足严格颜色耐久性要求得着色产品，可以大幅度缩短染色

时间，不过就有必要采用更高染料浓度得染色液。

但染色时间缩短到

只用几秒时，许多染料会在封孔液中出现严重得色料扩散。

染色时间超过 30 分钟以上就不再产生什么效果。

如果过了这么长的

时间仍未能达到要求的深度，则可能是有其他因素干扰（例如阳极氧

化膜过薄、染料浓度过低或可能是染色液受亲质所污染等）。

③、pH 值

染色的最佳 pH 值通常为 5~6。

相当多的染料要求 pH4~5 以便积聚到

微细孔内并达到令人满意效果。

一般而言，随着 pH 值降低，阳极氧化膜的吸附能力提高。

这是因为

较高的氢离子浓度提供较大面积的带正电荷的表面，使带负电荷的阴

离子染料被吸引和吸附到这样的表面上去。

不过，pH 值有允许的下

限，因为 pH 值低于 4 时氧化膜会部分溶解。

即使 pH 值在 4 以上时

也有微量的铝溶解，形成沉淀物或使染料部分地失去活性。

此外，某

些品种地染料在这样低地 pH 值下会出现化学不稳定，或由于溶解度

地降低而沉淀。

④、染料浓度

必须选择好染料浓度，使之在工艺条件（pH 值、时间、温度）下能获得

指定地深度，选择这些工作条件时应以铝材能在绝对的染料浓度下染

上色为标准。

实用的染料浓度范围最高至 5g/l。

但若染黑色时，则必须显著的大些。

高染料浓度的染色液表现出较好的稳定性。

根据吸附原理，在一定的工作条件下，染料在阳极氧化膜上的吸附量

随可提供的染料量增大而增大。

不过，这一规律只在氧化膜本身的吸

附能力未竭尽时适用。

吸附能力竭尽时，再增大浓度也不会使染色产

生再深的色调。

相反，由于染料和无色亲质对吸附点的竞争，有时还

会观察到深度减弱的现象。

在较厚的氧化膜上，可以用明显较少量的染料染出同等色调的染色膜。

在固定染料浓度的条件下，在厚氧化膜上获得的染色色调比在标准氧

化膜上的深。

⑤、溶解的亲质

以离子形式溶解于染色液中的亲质会影响染色过程。

这些亲质和染料争夺吸附点而导致染色强（深）度减弱。

一价酸的残余

物如硝酸盐、乙酸盐和甲酸盐等不会危害染色，甚至还会起到促进作

用。

氯化物是危害性的，因为它们会导致电池作用腐蚀。

多价阴离子

也一样，特别是那些会形成络和物的，如磷酸盐、硅酸盐和氟酸盐等

都是危害性的，只要是以极微量存在，都会完全阻止染色。

最常见于精饰液中的亲质是硫酸盐和铝，它们的破坏力中等。

染料对

不同的溶解亲质有不同的敏感度。

由于没有实际可行的办法来消除这些亲质离子的干扰，因而当积累的

亲质已超过某一极限时，染色液就必须更新。

为能延长染色液的使用

寿命，必须尽量减少把污染物带入染色液内。

为达到这一目的，应采

取如下措施：

α、染色前必须彻底清洗阳极氧化后的工件，以尽量减少带入到染色

液去的硫酸盐和铝的数量；

β、染色液的 pH 值应保持在推荐值的范围内，以避免因 pH 值低而

出现的氧化膜溶解所带来的污染；

γ、当染色液停止使用时，应在染色槽上加盖子，以防止吊起的工件

把处理液滴入染色液而污染之；

δ、用经过选择的化学药品调整染色液，使之保持良好状态。

⑥、不溶解的亲质

不在溶液中的亲质是不会影响吸附的，但它们会妨碍染料向微细孔内

扩散。

黏附在阳极氧化膜上的污物，特别是油污微粒，有防染作用，从而造

成不均匀的云状染色或形成不合格染色膜。

胶体亲质渗透进微细孔内

就会阻断染料的扩散。

这样，即使有足够的染料浓度和染色时间，它

们仍会妨碍染料积聚，使不能染至指定的深色调。

有一点是极其重要的，就是染色液搅拌所用的压缩空气必须是无油压

缩空气，才能保证溶液中没有油粒。

染色液中的其他固体污染物或沉淀物可用合适的过滤装置（例如

8~15μm 的细网眼滤网）清除。

Ⅵ 染色液的控制和管理

决定吸附染色取得成功的因素可分为两大类：

α、氧化膜因素

阳极氧化膜的染料吸附能力对染色效果起关键作用，这一事实往往是

被忽视了。

只有当单个工件、工件与工件之间、以及一批工件与另一批工件之间，

它们的阳极氧化膜性能均一致时，才有可能着出均匀一致的着色膜。

关于决定阳极氧化膜均一性的因素，以有不少报道，可以认为是人所

共知的。

阳极氧化膜形成上的任何变化对吸附着色的影响比之对无色

阳极氧化或电解金属盐着色的影响要明显的多。

因此，前者的工艺所

需的氧化膜均匀性标准也比后两工艺的要求高。

β、染色因素