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． 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 装饰性经阳极氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在 5-20v m，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℃． 好综上所述，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，干工操．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．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2g/L时才有效应产生．当K+>5g/L时着色电流密度有显著增加．纯粹 由着色前各种处理溶液带出来的杂质离子很难达到此浓度．2.N03-低至 0.2, 0.3g/L时，着色效率降低， 若槽中有 1 ．5g/L N03 一时将不可能着色． 、③当C1-浓度约在 2g/L时，整个皮膜开始从铝底材脱离，同时 电流密度有极大的增加．因此，氯离子必须归入危险离子，尤其是当其浓度趋近 1 g/L时．其他离子对着色效 率影响相当小．此外，锡会被磷酸根离子沉淀出来，因此磷酸根离子不可聚集到相当浓度． 三、整体发色法（或一步电解发色法） 1.整体发色法工艺特点 铝与铝合金的整体发色法与化学染色法和电解着色法的不同之处，在于它具有成膜带色的特点．即在电解液 中经阳极电解处理直接产生有颜色的氧化膜。
这种电解液一般含有特殊的有机酸和少量的硫酸等．有机酸通 常是磺化芳香族化合物，应用最广的是磺基水杨酸和磺基苯二酸等．通过嵌入整个氧化膜组织的微细粒子对 光的散射和吸收而显色，颜色范围是浅青铜色，深青铜色、黑色．这些发色微粒是基体材料的成分即非氧化 态的金属粒子或是有机酸的分解产物．颜色的深浅与氧化膜厚度有关这种发色方法工艺简单，对环境无污 染，其产品具有极佳的耐光性、耐侯性和高硬度的青铜色系氧化膜．故在 60 年代广泛用于户外建筑、工艺关 术．医疗器材等方面的铝制品表面精饰该工艺的主要缺点是需要用高电压和高电流，耗电量＊．而且必须 要用阳离子交换装置连续净化电解液，防止电解液中Al3+过多增加．再则有机酸价格较贵，因此整体发色法 的成本十分昂贵．整体发色，有依合金成分发色的，有依电解液发色的，有依特殊电压波形发色的，也有依 低温电解液发色的等等． 2．整体发色法工艺流程 铝制件--机械抛光--化学除油--清洗--化学处理--清洗--整体发色的阳极氧化--清洗--封闭--光亮--成品检验 3．色泽的控制 阳极氧化膜的色泽深浅取决于氧化膜的厚度，而厚度又与电解液的主酸（如磺基水杨酸）浓度(c)、时间(t)、 电流(I)和电压（V)有关，即颜色正比于厚度和c,t,I, V．对于浓度相近的电解液和恒电流，在相当长的一段时 间内，其槽电压（主要阳极电位）基本不变．随着电解的进行电压升高，当电压升高到额定值（视需要的颜 色深浅而定）时，转为恒电压阳极氧化，直至电流降为零，如此可以获得均匀一致重现性良好的青铜色系氧 化膜． 第五节 封闭处理 由于阳极氧化膜的多孔结构和强吸附性能，表面易被污染，尤其处在腐蚀性环境中，腐蚀介质进入孔内易引 起腐蚀．因此，经阳极氧化后的皮膜不管着色与否，均需进行封闭处理，以提高氧化膜的抗蚀、绝缘和耐磨 等性能、以及减弱它对杂质或油污的吸附．氧化膜封闭的方法很多，有热水封闭法、蒸汽封闭法、盐溶液封 闭法和石蜡、油类和树脂封闭法等等．下面介绍三种常用的封闭处理． 一、热水封闭 热水封闭（或蒸汽封闭）的原理，是氧化膜表面和孔壁的A1203 在热水中发生水化反应，生成水合氧化铝， 使原来氧化膜的体积增加 33-100%，氧化膜体积的膨胀使膜孔显著缩小，从而达到封孔的目的．热水封闭宜 采用蒸馏水或去离子水，而不用自来水，以防水垢被吸附在氧化膜孔中，使皮膜透明度下降． 实践证明，采用中性蒸馏水封闭，制品易产生雾状块的外观，影响表面光亮度．采用微酸性的蒸馏水封闭， 可得到良好的封闭状态．热水封闭的工艺条件如下： 温度 95～100℃ pH值 5．5-－6（用醋酸调节） 时间 10－－30min 二、蒸汽封闭 水蒸气封闭的效果要比热水封闭好，但成本较高．一般适用于封闭要求较高的装饰性零件．蒸汽封闭还可防 止某些染料在水封闭中的流色现象，而且利用蒸汽压力对氧化膜的压缩作用，可提高膜层的致密程度．蒸汽 封闭的工艺条件如下： 温度 100-－110℃ 压力 0.05－－0.1 MPa (0．5～1 kgf/cm2） 时间膜厚 4～5min/ｕm 三、盐溶液封闭 1，重铬酸盐封闭 重铬酸盐封闭法（俗称填充法） ，是在重铭酸盐的水溶液中．氧化膜吸附了重铬酸盐后发生化学反应，生成碱 式铬酸铝[Al (OH) Cr04]和重铬酸铝[Al(OH) Cr207]，这些生成物填满皮膜的孔隙、起封孔作用．经重铬酸盐 封闭的制品表面呈橙黄色。
零件在封闭处理前，必须仔细用冷水清洗洁净，以免将遗留在零件上的硫酸带到 封闭槽中，对膜层色泽起破坏作用，防止零件与槽体接触、损坏氧化膜 封闭液中有害杂质S042-> 0, 2g/L时，会使封闭的零件色泽变淡、发白．可加入适量铬酸钙(CaCr04)沉淀过 滤排除．当Si032-＞0．02g/L时，造成制品发白和颜色发花，并影响抗蚀性能，可用添加硫酸铝钾[K2A12 (S04)4·24H20] 0．1－－0．l 5g/L来解决（根据生产情况每月添加 3～4 次） ．当Cl->1.5g/L时，对封闭溶液 必须进行稀释或更换，因氯离子对氧化膜有腐蚀作用． 2．水解盐类的封闭 在某些金属盐溶液中，利用金属盐被氧化膜吸附后，发生水解作用，生成氢氧化物沉淀，填充在孔隙内，达 到封闭的目的．常用作封闭的金属盐有钻、镍盐类由于这些沉淀的氢氧化物几乎是无色透明的，而且它还 能与有机染料分子形成络合物，因此，水解盐封闭法特别适用于防护一装饰性氧化膜经着色后的封闭处理． 第六节 铝材的选择 铝及其合金在装饰性阳极氧化的表面处理中，除了选择适当的阳极氧化工艺外，铝材的选择也十分重要．过 去对阳极氧化膜外观质量（主要指透明度及光亮度）的好坏，总是归结于阳极氧化工艺所致，而忽视了铝材 的合理选择。
例如，要求将某一铝制件加工成钱色或光亮度较高的外观，所用铝材却是含硅量很高的铝合金， 即使选用再好的装饰性阳极氧化处理工艺，也难以达到所要求的外观．铝材成分及杂质含量对阳极氧化膜的 外观质量影响是很大的．因此，在组织生产之前，根据对产品的要求及可能在品种繁多的铝材牌号中，必须 加以选择．各种牌号铝材经相同硫酸阳极氧化工艺处理后反映其氧化膜外观质量的差别如下： 硫酸阳极氧化处理工艺条件 硫酸H2SO4 15--17%（重量比） 阳极电流密度 0．7A/dm2 氧化温度 0--10℃ 氧化时间 60min 氧化膜厚度 12--14um 阳极氧化处理结果：L04,L03 高纯铝，其表面的光洁光亮度可达到镜面状态，且膜层无色透明．各种牌号的 高纯铝及纯铝，其氧化膜的透明度和光洁光亮度由上往下随着杂质含量的增加而逐渐变差 在高纯铝镁合金的牌号中,LT66 的表面同样可以达到无色透明的镜面状的光洁光亮度．LT66-1 较次于 LT66LT66-2 又次于LT66-1如果要想生产表面光洁光度很高的或者须进行浅色处理的装饰性铝制件，最好选 择L03、LT66 牌号的高纯铝和高纯铝镁合金．高纯铝镁合金的机械强度优于纯铝，便于机械加工．如果对表 面装饰要求不很高， 就不一定选用价格较高、 加工要求较严的铝材， 一般可选用LO、 L00,L1、 L2、 L3 或LT66-1、 LT66-2，以及LT65、LT6 7 等牌号的铝材。
对产品表面要求一般的，只要采用LF1、LF2、LF3、LF21 等普通 铝合金即可． 综上所述，铝材成分差别及杂质含量的大小将直接影响着阳极氧化膜的外观质量．当铝材的合金成分一定 时，影响外观质量的主要因素是有害杂质，如铜、硅、铬、铁、锌、锰等金属元素．这些金属元素在铝材中 的含量越少，经阳极氧化后的光洁光亮度就越好，反之，经阳极氧化后的光洁光亮度就。