铝表面阳极氧化处理方法

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1、 铝表面阳极氧化处理方法 一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。 （一）脱脂 铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种

2、脱脂方法及主要工艺列于表-1。在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。 表-1 脱脂及主要工艺 脱脂方法 溶液组成 用量g/L 温度/度 时间min 后处理 备注 有机溶剂 汽油、四氯化碳、三氯乙烯等 适量 常温或蒸汽 适当 无浸蚀 表面活性剂 肥皂、合成洗涤剂 适量 常温-80 适当. 水清洗 无浸蚀 碱性溶液 NaOH 50-200 40-80 0.5-3 水洗后用100-500g/L硝酸溶液中和及除挂灰 脱脂兼腐蚀除去自然氧化，硝酸可用稀硫酸+铬酸代替 十二水磷酸钠NaOH硅酸钠 40-608-1225-30 60-70 3-5 水清洗 NaOH可用40-50g/L碳

3、酸钠代替，总碱度按NaOH计算为1.6%-2.5% 多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂 15.64.84.84.80.3ml0.1ml 60 12-15 水清洗 使用前搅拌4个小时 十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂 50-7025-353-5 75-85 3-5 水清洗 碳酸钠磷酸钠 25-4025-40 75-85 适当 水清洗 磷酸钠碳酸钠NaOH 20106 45-65 3-5 水清洗 强碱阻化除油剂 40-60 70 5 水清洗 除油不净可延长处理时间 酸性溶液 硫酸 50-300 60-80 1-3 水清洗 硝酸 162-354 常温 3-5 水清洗 松化处理 磷酸硫酸表面

4、活性剂 3075 50-60 5-6 水清洗 磷酸（85%）丁醇异丙醇水 100%40%30%20% 常温 5-10 水清洗 溶液组成以体积记 电解溶液 阳极氧化用电解质 常温 适当 交流电或阴极电流电解 NaOH 100-200 常温 0.5-3 水清洗后中和 铝制品为阴极，电流密度为4-8A/dm2 乳化溶液 石蜡三乙醇胺油酸松油水 8.0%0.25%0.5%2.25%89% 常温 适当 水清洗 溶液组成以体积记 有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂，常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。表面活性剂

5、是一些在很低的浓度下，能显著降低液体表面力的物质。常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。碱性脱脂溶液的配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用，溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀镍钢板。其在铝及铝合金表面处理中不常用。乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液，并添加有降低表面力及对各相均有亲和力的去污剂。 （二）碱蚀剂 碱蚀剂是铝制品在添加或

6、不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其他操作条件，可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。蚀洗溶液的基本组成是氢氧化钠，另外还添加调节剂（NaF、硝酸钠），结垢抑制剂、（葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷酸盐）、去污剂。碱洗溶液组成往往依铝制品的用途来确定几种碱洗方法列于表-2。 表-2

7、碱蚀洗溶液组成及工艺 溶液组成 用量% 温度/度 时间min 备注 NaOH 3.5-9 50-70 3-10 腐蚀量10-55g/m2，铝离子含量30-80g/L NaOH 葡萄糖酸钠或柠檬酸钠 4.5-5.50.15 551 8-10 腐蚀量20m，铝含量5-25g/L NaOH庚酸钠润湿剂 50.10.2 55-70 1-10 通常清洗用 NaOHNaF多聚磷酸钠润湿剂 1020.20.2 55-70 1-10 表面无光浸蚀 NaOH硝酸钠庚酸钠 540.1 55-60 1-10 表面平滑清洗 NaOH磷酸钠 3-7.55-10 常温 适当 加入氟化钠获光泽白色表面 （三）中和和水清洗

8、铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或热的清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中，所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗，这种过程称为中和、光泽或出光处理。其工艺过程是制品在300-400g/L硝酸（1420kg/立方米）溶液中，室温下浸洗，浸洗时间随金属组成的不同而有差异，一般浸洗时间3-5分钟。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰，可用硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液，于室温下处理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L和氧化铬5-15g/L的溶液或氧化铬100g/L加硫酸（1840kg/立方米）10ml/L溶液中于室温下进行

9、。各道工序间的水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，使下道工序槽液免遭污染，确保处理效率和质量。清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后的制品普遍采用热水紧接着是冷水的二重清洗。热水的温度为40-60度。中和处理后的制品经水清洗就可以进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真，以防止清洁的表面受污染。否则前几道工序的有效处理可能会因最后的清洗不当而前功尽弃。经中和、水清洗后的制品应与上进行氧化处理。在空气中停留的时间不宜过长，如停留30-40分钟，制品就需要重新蚀洗和中和。 二、阳极化处理 铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是

10、应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。 表-3 铝制品化学氧化工艺 序号 溶液组成 用量 g/L 温度/度 时间min 应用围、膜色 备注 1 碳酸钠铬酸钠氢氧化钠 45142 85-100 10-20 纯铝、AlMg、AlMn合金、灰色 膜层较疏松 2 磷

11、酸铬酐氟化钠硼酸 551531 室温 10-15 各种铝合金、浅绿色 膜层较1的好 3 重铬酸钠铬酐氟化钠 3.5-43-3.50.8 室温 2-3 各种铝合金、深黄或棕色 溶液pH=1.5膜层较1的好 4 碳酸钠铬酸钠 3215 90-100 3-5 纯铝及含Mg、Mn和Si的合金、也可用于含Cu量少的合金、灰色 可做油漆底层 5 碳酸钠铬酸钠硅酸钠 47140.06-1 90-100 10-15 纯铝、AlMn（淡透明银色）、AlMgSi硬状态、硬的AlSi和AlMg合金，鲜明金属色 空隙少，不能很好的着色，不宜做油漆底层 6 铬酸钠氢氧化胺 0.129.6 70-80 20-50 各种铝

12、合金、灰色有斑点 膜层似搪瓷 7 碳酸钠重铬酸钾 20.45 90-100 10-18 各种铝合金、灰色 可在酸溶液中发白 一）阳极氧化处理的一般概念 1、阳极氧化膜生成的一般原理 以铝或铝合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。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。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，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，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，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与

13、铝作用，一部分以气态的形式析出。 2、阳极氧化电解溶液的选择 阳极氧化膜生长的一个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。适用于阳极氧化处理的酸性电解液见表-4。 表-4 氧化处理的酸性电解液 酸类 电离常数 形成电压 基膜颜色 硫酸 210-2（第二次电离的H+） 12-20 透明、无色 铬酸 30-40 不透明、带白色 磺基水酸 40-70 透明带灰色 氨基磺酸 30-40 带灰色 磷酸 1.110-2（第一次）7.510-8（第二次）4.810-13（第三次） 30-40 透明带白色 焦磷酸 1.410-

14、1（第一次）1.110-2（第二次）2.910-7（第三次）3.610-4（第四次） 70-100 带白色 磷钼酸 100以上 阻挡层 硼酸 6.410-10 0-600 阻挡层 草酸 6.510-2（第一次）6.110-5（第二次） 40-60 带黄色 丙二酸 1.6110-3（第一次）2.110-6（第二次） 80-110 带褐色 丁二酸 6.610-5（第一次）2.810-6（第二次） 120以上 白色到黄色 顺式丁烯二酸 1.510-5（第一次）2.610-7（第二次） 150-225 灰黄色 柠檬酸 8.410-1（第一次）1.810-5（第二次）4.010-6（第三次） 120以上

15、 黄褐色 酒石酸 1.110-3（第一次）6.910-5（第二次） 120以上 黄褐色 苯二酸 1.2610-3（第一次）3.110-6（第二次） 100以上 阻挡层 亚甲基丁二酸 麻蚀，40 干涉膜 乙醇酸（羟基醋酸） 1.5410-4 麻蚀 苹果酸（羟基丁二酸） 410-4（第一次）910-6（第二次） 麻蚀，40 干涉膜 3、阳极氧化的种类 阳极氧化按电流形式分为：直流电阳极氧化，交流电阳极氧化，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。按膜层性子分有：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。铝及铝合金常用阳极氧化方法和工艺条件见表-5。