鋁材陽極氧化工藝手藝 特點、方式 及成長 近況 剖析

在現(xiàn)實工藝中，針對鋁合金的陽極氧化，對照 多，可以利用在平常 生涯 中，覺得這類 工藝的特征 ，使鋁件外面 發(fā)生 堅固 的回護層，可用于臨盆 廚具等日用品。但鍛造 鋁的陽極氧化結果 欠好 ，外面 不但 良，還只能是黑色。鋁合金型材就要好一點。

近十年來，我國的鋁氧化著色工藝手藝 成長 較快，很多工場 已采取 了新的工藝手藝 ，而且 在現(xiàn)實 臨盆 中積聚 了雄厚 的經(jīng)驗。已 成熟和正在成長 的鋁及其合金陽極氧化工藝方式 很多，可以按照現(xiàn)實 臨盆 需要，從中拔取 適合 的工藝。

　　在拔取 氧化工藝之前，應對鋁或鋁合金材質情形 有所領會，由于 ，材料質量的好壞 、所含成份的分歧 ，是會直接影響到鋁成品 陽極氧化后的質量的。關于這一點，洪九德、范濟同志已有專門論說 (參看《電鍍與涂飾》1982年第2期P.27)。好比 ，鋁材外面 若有 氣泡、劃痕、起皮、粗拙 等缺點 ，經(jīng)陽極氧化后，所有疵病仍然 會顯現(xiàn) 出來。而合金成份，對陽極氧化后的外面 外不雅 ，也發(fā)生 直接的影響。好比 ，含1～2%錳的鋁合金，氧化后呈棕藍色，隨鋁材中含錳量的增添 ，氧化后的外面 光彩 從棕藍色到深棕色轉化。含硅0.6～1.5%的鋁合金，氧化后呈灰色，含硅3～6%時，呈白灰色。含鋅的呈乳濁色，含鉻的呈金黃至灰色的不平均 色調，含鎳的呈淡黃色。一般而言，只有含鎂和含鈦量年夜 于5%的鋁含金，經(jīng)氧化后可以獲得 無色透明且亮光 、光潔的外不雅 。

　　在選擇好鋁及鋁合金材料后，天然 就要斟酌 到拔取 適合 的陽極氧化工藝。今朝 ，我國普遍 利用的硫酸氧化法、草酸氧化法及鉻酸氧化法，均在手冊、書刊上有過具體 的介紹，沒必要 贅述。本文謹就今朝 在國內正在成長 中的一些新工藝，和 國外的一些方式 ，作簡要 的介紹。

1、 國內已成長 的新工藝

　　(一)草酸-甲酸夾雜 液交換 快速氧化

　　采取 草酸-甲酸夾雜 液，是由于 斟酌 到甲酸是一種強氧化劑，在如許 的槽液中，甲酸起到對氧化膜內層(反對 層和障壁層)加快 消融 ，從而使成為多孔層(即氧化膜外層)的感化 。這類 槽液的導電率可以獲得 提高(便可 提高電流密度)，使氧化膜能快速生成。與純草酸氧化法比擬 ，這類 溶液能使臨盆 率提高37.5%，削減 電耗量(草酸氧化法耗電量為3.32度/平方米，此法為2度/平方米)，節(jié)約電力40%。

　　工藝配方為:草酸4～5%、甲酸0.55%，三訂交 換 44士2伏，電流密度2～2.5A/d㎡，溫度30±2℃。

　　(二)夾雜 酸氧化

　　此法于1976年正式納入日本國度 尺度 ，并為日本北星日輕家庭用品股份有限公司 所采取 。其特點是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐侵蝕 機能 都比通俗 的硫酸氧化法高，膜層呈雪白 色，合用 于印花、著色產(chǎn)物 。我國鋁成品 德 業(yè)赴日考查 后，于1979年最先 保舉 利用 。其保舉 工藝配方為:H2SO4 10～20%，COOHCOOH·2H2O 1～2%，電壓10～20V，電流密度1～3A/d㎡，溫度15～30℃，時候 30分鐘。

　　(三)瓷質氧化

　　瓷質氧化主要以鉻酸、硼酸、草酸鈦鉀為電解質，用高電壓和較高溫度作電解處置懲罰 。其膜層外不雅 像磁器 上的釉，有高度的抗侵蝕 機能 ，耐磨機能 精良，膜層可用有機或無機的染料染色，使外不雅 有特殊的光澤和光彩 。今朝 多利用于鋁炊具、打火機、金筆等產(chǎn)物 上，很受大眾 愛好 。

　　(四)國防色氧化

　　國防色氧化主要利用在軍用鋁成品 的裝潢 上，因此 要求有特殊的防護感化 。氧化膜呈軍綠色、無光澤、耐磨耐用，防護機能 精良。工藝是:起首 進行草酸氧化，生成金黃色膜層后，再用高錳酸鉀20g/l、H2SO41g/l的溶液進行陽極氧化處置懲罰 而成。沈陽鋁成品 廠曾利用此工藝臨盆 軍用水壺及炊具用品。

　　(五)多色氧化

　　將已染色而未關閉 的陽極氧化層，用鉻酸或草酸潤濕，使CrO3鋪展，已染色的成品 的部分 外面 在被CrO3潤濕后退色 ，按需要在隨便部分 用水將草酸或鉻酸洗去，一般可以中斷與圖像 反映。然后再染第二次色或頻頻 進行CrO3揩拭、沖水、染色等法式 ，便可 以按照需要出現(xiàn)花朵、云彩等圖案。今朝 多利用在金杯、水杯、茶盒、打火機等產(chǎn)物 。

　　(六)年夜 理石斑紋 染色工藝

　　把氧化后的成品 先染第一道底色后，經(jīng)干燥，再浸入外面 浮有油脂的水中，再提起或浸入時，油脂和水別離天然 流掛，使膜層呈不劃定規(guī)矩 的條紋狀的油脂所沾污。當再染第二道色時，氧化膜受油脂沾污處就染不上色，沒有油脂的部位則染上第二種色調，構成 如年夜 理石斑紋 狀的不劃定規(guī)矩 圖案。此法可見諸廣東國營陽江小刀廠周守禹同志的文章(《電鍍與涂飾》1982年第2期)。

　　(七)化學蝕刻氧化

　　鋁成品 經(jīng)機械拋光及脫脂后，涂復遮掩 劑或感光，干燥落后 行化學刻蝕(氟化物或鐵鹽類的浸蝕劑)，構成 凹凸圖案。再經(jīng)電化學拋光及陽極氧化，出現(xiàn) 出主體感很強的外面 圖案，能與不銹鋼的外面 外不雅 相媲美?，F(xiàn)多利用于金筆、茶盒及屏風等。

　　(八)常溫快速陽極氧化

　　平常H2SO4氧化均需用降溫裝備 ，因此 花費年夜 量電力。插足α-羥基丙酸、丙三醇后，能按捺 氧化膜的消融 ，從而可在常溫下進行氧化。與通俗 的硫酸氧化法比擬 ，膜層厚度可提高2倍。保舉 的工藝配方為:

　　H2SO4　　　　　　　　　　　　　　　　150～160g/l

　　CH3CH(OH)COOH　　　　　　　　　　　　　　18ml/l

　　CH2OHCHOHCH2OH　　　　　　　　　　　　　 12ml/l

　　電流密度　　　　　　　　　　　　　　0.8～12A/d㎡

　　電壓　　　　　　　　　　　　　　　　　　12～18伏

　　溫度　　　　　　　　　　　　　　　　　　18～22℃

　　(九)化學氧化法(又稱導電氧化膜)

　　膜層的抗蝕機能 接近于硫酸陽極氧化膜。導電氧化膜層接觸電阻較小而能導電、而H2SO4陽極氧化膜因接觸電阻極年夜 而不克不及 導電。導電氧化膜的耐侵蝕 機能 比鋁上鍍銅、鍍銀或鍍錫強很多 。瑕玷 是膜層上不克不及 錫焊，只可作點焊。保舉 工藝配方為:CrO3　4g/l，K4Fe(CN)6·3H2O　0.5g/l，NaF　1g/l，溫度20～40℃，時候 20～60秒。

鋁材陽極氧化選用鋁材時，還應留意 ：

1)選用的鋁材外面 不該 有嚴重的劃傷，組織缺點 和夾雜。它們會影響氧化膜層的外不雅 和抗蝕性。

2)某些鋁合金應利用 公道 的規(guī)范進行熱處置懲罰 。晶粒的年夜 小對氧化膜的布局和機能 有必然 影響。粗年夜 的晶粒在氧化進程 中反映不平均 ，常出現(xiàn)橘皮狀外不雅 。是以 ，一般均進展 鋁材有較細的晶粒布局。

2、 國外新工藝介紹

　　近幾年來，國外在鋁材外面 處置懲罰 方面成長 得很快，本來 的一些費人力、費電力和資本 的老工藝已獲得 改造 ，一些新工藝、新手藝 已普遍 利用于工業(yè)臨盆 。

　　(一)高速陽極氧化法

　　高速陽極氧化工藝主如果 經(jīng)由過程 改變電解溶液的構成 ，下降 電解液的阻抗，從而使能采取 較高的電流密度進行高速陽極氧化。本來 舊工藝的溶液，采取 1A/d㎡的電流密度的成膜速度為0.2～0.25μ/分，采取 這類 新工藝溶液后，即便 仍用1A/d㎡的電流密度，成膜速度亦可增至0.4～0.5μ/分，年夜 年夜 縮短了處置懲罰 時候 ，提高了臨盆 效力 。

　　(二)富田式(高速氧化)法

　　富田式法比舊工藝處置懲罰 時候 要短很多 ，臨盆 效力 可提高33%以上。本法不僅合用 于通俗 陽極氧化膜，也合用 于硬膜氧化。

　　如要發(fā)生 硬質膜，則用下降 溶液溫度的方式 來實現(xiàn)，其成膜速度年夜 體與上表所列溝通 。膜層硬度與溶液溫度的關系以下 :

　　10℃——硬度500H，20℃——400H，30℃——30H

　　(三)紅寶石膜

　　鋁材外面 生成紅寶石膜的工藝是一種新奇 的工藝，其膜層光彩 可以與人造紅寶石的光彩 媲美，因此 裝潢 性結果 極佳，抗侵蝕 機能 和耐磨機能 也精良。還可經(jīng)由過程 溶液中所含金屬氧化物之種類分歧 來制備超卓 彩各別 的外不雅 。該工藝方式 是:起首 用15%的硫酸進行陽極氧化，采取 的電流密度為1A/d㎡，時候 80分鐘。掏出 后可按照色彩 深淺水平 要求，把工件浸入分歧 濃度的(NH4)2CrO4溶液中，溫度40℃，時候 為30分鐘，主如果 讓金屬離子進入多孔性的陽極氧化膜孔源中去。然后再放入硫酸氫鈉(1克份子 量)、硫酸氫銨(1.5克份子 量)，溫度170℃，電流密度1A/d㎡，經(jīng)由 上述處置懲罰 后，可獲得紫紅色并閃灼 著螢光的紅寶石膜。若是浸的是Fe2(CrO4)3、Na2CrO4，則生成的膜呈藍色帶深紫色螢光。

　　(四)淺田法電解著色

　　淺田法電解著色是在陽極氧化以后 ，經(jīng)由過程 電流電解，使金屬陽離子(鎳鹽、銅鹽、鈷鹽等)穿入氧化膜的針孔底部，從而著出色彩 。這一工藝近些年 來成長 得較快，主如果 它能獲得青銅色系和黑色，受建筑行業(yè)的迎接 。所著光彩 有很不亂 的耐光性，也本事 卑劣 天氣 前提 。本工藝比天然 著色法能節(jié)約 電能。日本的建筑用鋁型材幾近 都已采取 此法著色。我國天津、營口、廣東等地亦已引進了此種手藝 及全套裝備 。廣東有些單元 亦已實驗 成功，利用于臨盆 。

　　(五)天然 著色法

　　天然 著色法是一次電解完成著色的。溶液種類也有好幾種，有效 磺基水楊酸和硫酸的，有效 磺基鈦酸和硫酸的，也有效 磺基水楊酸和馬來酸的。由于天然 著色法年夜 部分 都采取 有機酸，所以氧化膜對照 致密，膜層有良好的耐光性、耐磨性和耐蝕性。但此法的瑕玷 是:要獲得 良好的色彩 ，必需 嚴酷節(jié)制 鋁合金材料的成份才行。

1．硫酸陽極氧化

　　硫酸陽極氧化有以下特點：

　　(1)槽液本錢 低，成份 簡單，操作保護 簡捷，一般只需將硫酸稀釋到必然 的濃度便可 ，無需添加其他化學藥品，保舉 利用 化學純硫酸，雜質較少的工業(yè)級硫酸也可采取 ，所以本錢 特殊低。

　　(2)氧化膜透明度高。純鋁的硫酸陽極氧化膜，是無色透明的，對 鋁合金，跟著 合金元素Si、Fe、Cu、Mn的增添 ，透明度會下降。相對其他電解液，硫酸陽極氧化膜的色彩 是最淺的。

　　(3)著色性高，硫酸氧化膜透明，多孔層吸附性強，易于染色和著色，著色艷麗 不容易 退去，有很強的裝潢 感化 。

　　(4)硫酸陽極氧化操作前提 為：

　　H2SO4(體積) 10％～30％

　　溫度℃ 18～22

　　Al/g.L-1 ≤20

　　電流密度/A.dm-2 0.6～3

　　時候 /min 10～60

　　2．草酸和鉻酸陽極氧化

　　草酸陽極氧化在日本利用較普遍，草酸氧化膜的特點和硫酸氧化膜附近，孔隙率低于硫酸氧化膜，耐蝕性和硬度高于硫酸氧化膜。草酸的槽液本錢 和操作電壓高于硫酸，有些合金的草酸氧化膜色彩 較深。草酸和硫酸陽極氧化都需要精良的冷卻系統(tǒng)配套。

　　草酸陽極氧化操作前提 為：

　　草酸(體積分數(shù)) 2％～10％

　　溫度/℃ 15～35

　　電流密度/A.dm-2 0.5～3

　　電壓/V 40～60

　　鉻酸陽極氧化膜特殊耐侵蝕 ，主要利用干飛機制造工業(yè)，鉻酸氧化膜和油漆的附出力 強，也用于作油漆的底層，鉻酸陽極氧化膜灰色不透明，一般不消 于裝潢 。

　　鉻酸陽極氧化操作前提 為：

　　Cr03/g.L-1 30～100

　　溫度/℃ 40～70

　　電流密度/A.dm-2 0.1～3

　　電壓/V O～100

　　時候 /min 35～60

　　3.硬質陽極氧化

　　在二世界年夜 戰(zhàn)后期，為了提高陽極氧化膜的硬度和厚度，把硫酸氧化槽的溫度下降 至0℃，電流密度提高至2.7～4.0A/dm2，獲得了25～50μm的“硬質氧化膜”。用草酸加少許 硫酸可以在5～15℃獲得 硬質氧化膜。有些專哄騙優(yōu)化硫酸的濃度，加有機酸或其他添加劑，如苯六羧酸進行硬質陽極氧化。

　　在蘇格蘭，Campbell發(fā)現(xiàn) 了采取 交換 —直流疊加電源，電解液高速活動 ，0℃，電流密度25～35A/dm2，獲得100μm的硬質陽極氧化膜。

　　如今 ，脈沖電流用于硬質陽極氧化時，特殊是高銅鋁合金一般很難硬質陽極氧化，利用 脈沖電流可以免 “燒蝕”。還有很多 電源用于硬質陽極氧化，交換 加直流，各類 頻率的單相或三相脈沖電流、反相電流等。傳統(tǒng)的直流硬質陽極氧化，電流密度一般不克不及 跨越 4.0A/dm2，單相整流脈沖電源，電流的脈沖峰值可以很年夜 ，但連結 氧化膜厚度的平均 一致是主要 的問題。