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1、阳极氧化的原理及相关知识铝/铝合金阳极氧化的原理内容：以铝或铝佥金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化 铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水电 解的原理。当电流通过时，将发生以下的反应：在阴极上，按下列反应放出H2： 2H +2e T H2在阳极上，4OH - 4eT 2H2O + O2,析出的氧不仅是分子态的氧（O2）,还包括原子氧 （O）,以及离子氧（O-2）,通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所 氧化，形成无水的12O3膜：4A1 + 3O2 = 2A12O3 + 3351J应指出，生成的氧并不是全 部与铝作用，
2、一部分以气态的形式析出。阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到 广泛应用。冠以不同名称的方法繁多，归纳起来有以下几种分类方法：按电流型式分 有：直流电阳极氧化；交流电阳极氧化；以及可缩短达到要求厚度的生产时间，膜层 既厚又均匀致密，且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。按电解液分有：硫酸、草 酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性质分有： 普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。直 流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍，这是因为它具有适用于铝及大部分铝合金的阳 极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透明、吸 附
3、能力强极易着色；处理电压较低，耗电少；处理过程不必改变电压周期，有利于连续 生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小，货源广，价格低等优点。近十年 来，我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材,它们的表面处理生产线都是采用 这种方法。铝及铝合金阳极氧化法综述近十年来，我国的铝氧化着色工艺技术发展较快，很多工厂已采用了新的工艺技术， 并且在实际生产中积累了丰富的经验。已经成熟和正在发展的铝及其合金阳极氧化工 艺方法很多，可以根据实际生产需要，从中选取合适的工艺。在选取氧化工艺之前，应对铝或铝合金材质情况有所了解，因为，材料质量的优 劣、所含成份的不同，是会直接影响到铝制品阳极氧化后的质量的
4、。关于这一点，洪 九德、范济同志已有专门论述（参看电镀与涂饰1982年第2期P.27）。比如，铝材 表面如有气泡、划痕、起皮、粗糙等缺陷，经阳极氧化后，所有疵病依然会显露出来。 而合金成份，对阳极氧化后的表面外观，也产生直接的影响。比如，含12%锰的铝 合金，氧化后呈棕蓝色，随铝材中含锰量的增加，氧化后的表面色泽从棕蓝色到深棕 色转化。含硅0.61.5%的铝合金，氧化后呈灰色，含硅36%时，呈白灰色。含锌的 呈乳浊色，含铬的呈金黄至灰色的不均匀色调，含镍的呈淡黄色。一般而言，只有含 镁和含钛量大于5%的铝含金，经氧化后可以得到无色透明且光亮、光洁的外观。在选择好铝及铝合金材料后，自然就要考虑到
5、选取合适的阳极氧化工艺。目前， 我国广泛应用的硫酸氧化法、草酸氧化法及铬酸氧化法，均在手册、书刊上有过详细 的介绍，不必赘述。本文谨就目前在国内正在发展中的一些新工艺，以及国外的一些 方法，作扼要的介绍。一、国内已发展的新工艺（一）草酸-甲酸混合液交流快速氧化采用草酸-甲酸混合液，是因为考虑到甲酸是一种强氧化剂，在这样的槽液中，甲 酸起到对氧化膜内层（阻挡层和障壁层）加速溶解，从而使成为多孔层（即氧化膜外层） 的作用。这种槽液的导电率可以得到提高（即可提高电流密度），使氧化膜能快速生成。 与纯草酸氧化法相比，这种溶液能使生产率提高37.5%，减少电耗量（草酸氧化法耗电 量为3.32度/平方米，
6、此法为2度/平方米），节约电力40%。工艺配方为:草酸45%、甲酸0.55%，三相交流44 士 2伏，电流密度22.5A/d E，温度 302C。（二）混合酸氧化此法于1976年正式纳入日本国家标准，并为日本北星日轻家庭用品株式会社所 采用。其特点是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐腐蚀性能都比普通的硫酸氧化法高，膜 层呈银白色，适用于印花、着色产品。我国铝制品行业赴日考察后，于1979年开始 推荐使用。其推荐工艺配方为:H2SO4 1020%，COOHCOOH2H2O 12%，电压10 20V，电流密度13A/d此温度1530C，时间30分钟。（三）瓷质氧化瓷质氧化主要以铬酸、硼酸、草酸钛钾为电解质
7、，用高电压和较高温度作电解处 理。其膜层外观像瓷器上的釉，有高度的抗腐蚀性能，耐磨性能良好，膜层可用有机 或无机的染料染色，使外观有特殊的光泽和色泽。目前多应用于铝炊具、打火机、金 笔等产品上，很受群众喜爱。（四）国防色氧化国防色氧化主要应用在军用铝制品的装饰上，因而要求有特殊的防护作用。氧化 膜呈军绿色、无光泽、耐磨耐用，防护性能良好。工艺是首先进行草酸氧化，生成金 黄色膜层后，再用高锰酸钾20g/l、H2SO41g/l的溶液进行阳极氧化处理而成。沈阳铝 制品厂曾应用此工艺生产军用水壶及炊具用品。（五）多色氧化将已染色而未封闭的阳极氧化层，用铬酸或草酸润湿，使CrO3铺展，已染色的 制品的部
8、份表面在被CrO3润湿后褪色，按需要在任意部份用水将草酸或铬酸洗去， 一般可以停止与图象反应。然后再染第二次色或反复进行CrO3揩拭、冲水、染色等 程序，就可以根据需要出现花朵、云彩等图案。目前多应用在金杯、水杯、茶盒、打 火机等产品。（六）大理石花纹染色工艺把氧化后的制品先染第一道底色后，经干燥，再浸入表面浮有油脂的水中，再提 起或浸入时，油脂和水分别自然流挂，使膜层呈不规则的条纹状的油脂所沾污。当再 染第二道色时，氧化膜受油脂沾污处就染不上色，没有油脂的部位则染上第二种色调， 形成如大理石花纹状的不规则图案。此法可见诸广东国营阳江小刀厂周守禹同志的文 章（电镀与涂饰1982年第2期）。（七
9、）化学蚀刻氧化铝制品经机械抛光及脱脂后，涂复掩蔽剂或感光，干燥后进行化学刻蚀（氟化物或 铁盐类的浸蚀剂），形成凹凸图案。再经电化学抛光及阳极氧化，呈现出主体感很强的 表面图案，能与不锈钢的表面外观相媲美。现多应用于金笔、茶盒及屏风等。（八）常温快速阳极氧化通常H2SO4氧化均需用降温设备，因而耗费大量电力。加入仿羟基丙酸、丙三醇 后，能抑制氧化膜的溶解，从而可在常温下进行氧化。与普通的硫酸氧化法相比，膜 层厚度可提高2倍。推荐的工艺配方为：H2SO4150 160g/lCH3CH（OH）COOH18ml/lCH2OHCHOHCH2OH12ml/l电流密度0.812A/d E电压1218伏温度1
10、822C（九）化学氧化法（又称导电氧化膜）膜层的抗蚀性能接近于硫酸阳极氧化膜。导电氧化膜层接触电阻较小而能导电、 而H2SO4阳极氧化膜因接触电阻极大而不能导电。导电氧化膜的耐腐蚀性能比铝上镀 铜、镀银或镀锡强得多。缺点是膜层上不能锡焊，只可作点焊。推荐工艺配方为CrO3 4g/l, K4Fe（CN）6-3H2O 0.5g/l, NaF 1g/l,温度 2040C，时间 2060 秒。二、国外新工艺介绍近几年来，国外在铝材表面处理方面发展得很快，原来的一些费人力、费电力和 资源的老工艺已得到改革，一些新工艺、新技术已广泛应用于工业生产。（一）高速阳极氧化法高速阳极氧化工艺主要是通过改变电解溶液
11、的组成，降低电解液的阻抗，从而使 能采用较高的电流密度进行高速阳极氧化。原来旧工艺的溶液，采用1A/d E的电流密 度的成膜速度为0.20.25成分，采用这种新工艺溶液后，即使仍用1A/d E的电流密 度，成膜速度亦可增至0.40.5成分，大大缩短了处理时间，提高了生产效率。（二）富田式（高速氧化）法富田式法比旧工艺处理时间要短得多，生产效率可提高33%以上。本法不但适用 于普通阳极氧化膜，也适用于硬膜氧化。如要产生硬质膜，则用降低溶液温度的方法来实现，其成膜速度大体与上表所列 相同。膜层硬度与溶液温度的关系如下：10C硬度 500H，20C400H，30C30H（三）红宝石膜铝材表面生成红宝
12、石膜的工艺是一种新颖的工艺，其膜层色泽可以与人造红宝石 的色泽媲美，因而装饰性效果极佳，抗腐蚀性能和耐磨性能也良好。还可通过溶液中 所含金属氧化物之种类不同来制备出色彩各异的外观。该工艺方法是:首先用15%的硫 酸进行阳极氧化，采用的电流密度为1A/d E，时间80分钟。取出后可根据颜色深浅 程度要求，把工件浸入不同浓度的（NH4）2CrO4溶液中，温度40C，时间为30分钟， 主要是让金属离子进入多孔性的阳极氧化膜孔源中去。然后再放入硫酸氢钠（1克分子 量）、硫酸氢铵（1.5克分子量），温度170C，电流密度1A/d E，经过上述处理后，可 获得紫红色并闪烁着萤光的红宝石膜。如果浸的是Fe2
13、（CrO4）3、Na2CrO4，则生成的 膜呈蓝色带深紫色萤光。（四）浅田法电解着色浅田法电解着色是在阳极氧化之后，通过电流电解，使金属阳离子（镍盐、铜盐、 钻盐等）穿入氧化膜的针孔底部，从而着出颜色。这一工艺近年来发展得较快，主要是 它能获得青铜色系和黑色，受建筑行业的欢迎。所着色泽有很稳定的耐光性，也能耐 恶劣气候条件。本工艺比自然着色法能节省电能。日本的建筑用铝型材几乎都已采用 此法着色。我国天津、营口、广东等地亦已引进了此种技术及全套设备。广东有些单 位亦已试验成功，应用于生产。（五）自然着色法自然着色法是一次电解完成着色的。溶液种类也有好几种，有用磺基水杨酸和硫 酸的，有用磺基钛酸和硫酸的，也有用磺基水杨酸和马来酸的。由于自然着色法大部 份都采用有机酸，所以氧化膜比较致密，膜层有优良的耐光性、耐磨性和耐蚀性。但 此法的缺点是:要得到优良的颜色，必须严格控制铝合金材料的成份才行。
