铝合金阳极氧化与表面处理技术

一、铝及铝合金型材的特性

1.相对密度低

铝密度约为2.7g/cm3，在金属构件料中仅高过镁的第二非金属材料，仅有铁或是铜的1/3。

2.可塑性高

铝和铝合金可塑性好，可根据压挤、冷轧或拉拨等工作压力生产加工方式做成各种各样型、板、箔、管和丝材。

3.易加强

纯铝抗压强度不高，但根据合金化和热处理工艺非常容易使之加强，生产制造耐磨合金钢，抗压强度可以和碳素钢相媲美。

4.导电性好

铝的导电率和热导率仅次银、金、铜。设铜相对性导电率为100，则铝为 ** ，铁仅有16。如依照等品质金属材料导电能力测算，铝几乎是铜的一倍。

5.抗腐蚀

铝和氧具备有较高的感染力，自然条件下铝表面会转化成防御性氧化物，具备比钢材好很多的耐蚀性

6.易收购

铝的熔化温度低，为660°С上下，废弃物非常容易再造，利用率极高，收购耗能仅仅冶炼厂的3%。

7.可电焊焊接

铝合金型材可根据稀有气体保 ** 电焊焊接，电焊焊接后物理性能好，耐蚀性好，外型漂亮，达到构造料规定

8.易表面解决

铝可根据阳极氧化上色解决，解决后强度高，耐磨损抗腐蚀及电绝缘性能好，根据化学预备处理还能够开展电镀工艺、电泳原理、喷漆等进一步提高铝的装饰艺术和防御性

二、铝的表面机械设备预备处理

1.机械设备预备处理的目地

给予优良的表观标准，提升表面精饰品质；

提升商品等级；

降低电焊焊接的危害；

造成装饰设计实际效果；

得到整洁表面。

2.机械设备预备处理的常见方式

常见的机械设备处理工艺方式有打磨抛光、喷沙、刷光、滚光等方式。实际选用那一种预备处理要依据设备的种类、生产制造方式、表面初始值及最后精饰水准而定。

3.研磨抛光的原理及功效

高速运转的抛光布轮与工件磨擦造成高溫，是金属材料表面产生塑性形变，进而整平了金属材料表面的凹凸点，与此同时使在周边空气氧化下一瞬间转化成的金属材料表面的特薄氧化膜不断的被切削出来，进而越来越愈来愈明亮。关键功能是除去工件表面的毛边、刮痕、浸蚀色斑、沙孔、出气孔等表面缺点。与此同时进一步消除工件表面上的微小高低不平，使其具备更高一些的光泽度，直到镜面玻璃实际效果。

4.喷沙的原理及功效

用净化处理的空气压缩将干沙流或其他磨砂颗粒喷入金属铝表面，进而除去表面缺点，展现出均一无光的沙面。关键功效：除去工件表面的毛边、铸造件炉渣以及他缺点和污渍；改进铝合金物理性能；获得均一的表面消光实际效果。

5.刷光的原理及功效

刷仅是依靠刷光轮的转动刷除商品表面的毛边、污渍等。对铝合金型材拉说便是对设备开展金属拉丝解决，关键目标是具有装饰设计的功效。

6.滚光的原理及功效

滚仅是将工件放进盛满耐磨材料和化学饱和溶液的滚桶中，依靠滚桶的转动使工件与耐磨材料、工件与工件互相磨擦已做到打磨抛光的实际效果。

三、铝的化学预备处理

1.化学预备处理的界定及功效

选用化学饱和溶液或是有机溶剂对铝表面开展预备处理的加工工艺，它可以合理去除初始铝型材表面的油渍、污染物质和当然氧化膜等，使铝型材得到湿润匀称的清理表面。

2.化学预备处理常见生产流程

常见的化学预备处理方式有脱油、酸处理、除尘、氯化物砂面解决、水清洗等方式。依据未处理铝型材的主要用途，对表面品质的规定，可选用不一样的化学预备处理生产流程

3.脱油的原理及功效

植物油脂在酸碱性脱油液中会产生水解反应转化成凡士林和相对应的高级脂肪酸，在小量润湿剂和破乳剂帮助下植物油脂更非常容易融解，提升脱油实际效果。经脱油解决可消除铝表面的油污和尘土等，使后道酸处理较为匀称。

4.酸处理的原理及功效

将铝型材放进以氢氧化钠为主要成分的强碱性溶液中开展侵蚀反映，进一步去除表面的污迹，完全除去铝表面的当然氧化膜，显露出来纯粹的合金覆层便于开展后面的阳极氧化解决。

5.除尘的原理及功效

酸处理后商品表面通常会粘附一层不溶解酸处理槽液的金属化合物以及酸处理物质，他们是一层黑褐色或黑灰色挂灰。除尘的目标便是去除这层不溶解烧碱溶液的挂灰，防止至后道阳极氧化工艺流程槽液的环境污染。

6.氯化物砂面解决的原理及功效

氯化物砂面解决是运用氟离子使铝型材表面生产制造高匀称、密度高的点浸蚀的一种酸碱性侵蚀加工工艺，目地是清除商品表面的压挤痕并转化成整平的表面。但因为氯化物砂面工艺处理存有明显的生态环境问题，现阶段已不与营销推广应用。

四、铝的（电）化学打磨抛光和化学转换

1.化学打磨抛光或电化学打磨抛光的功效

化抛是高級精饰解决方式，能除去金属铝表面轻度的模痕和擦刮伤花纹，除去研磨抛光中很有可能产生的磨擦花纹、热形变层、氧化膜等，使不光滑的表面趋向光洁进而得到类似镜面玻璃明亮的表面，提升了金属铝的装潢实际效果。

2.化抛的原理

化抛是利用操纵铝型材表面可选择性的融解，使铝型材表面外部经济凸起一部分较其凹洼一部分优先选择融解，进而做到表面整平明亮的目地。热电抛的原理是静电感应，别的的化抛相近。

3.化学转换的功效

化学转换适用于维护铝和金属不会受到浸蚀，可立即作为镀层或是做为生产高聚物的最底层，不但解决了镀层与铝的粘合力，也可提升有机化学高聚物镀层的耐蚀性。

4.化学转换的原理

在化学解决饱和溶液中金属铝表面与饱和溶液中化学氧化剂反映转化成化学转换膜的化学处理方式，普遍的化学转换分成化学氧化解决、三氧化铬解决、磷三氧化铬解决和无铬化学转换。

5.化学转换详细介绍

铝在开水中可以取得高密度的防御性化学氧化膜，这类方式称之为化学氧化解决，但因为涂膜速率和特性不具有批量生产性；三氧化铬解决产生的铬化膜是现阶段耐腐蚀性最好的铝化学转换膜，它不但常见于喷漆的最底层也可立即做为不锈钢最后镀层立即应用，但它的不足之处是空气污染比较严重；磷三氧化铬解决可以达到喷漆的最底层而且三价铬是无毒性的，现阶段在3C商品采用的较多；无铬化学转换现阶段工业生产关键选用含钛或（和）锆的氟络离子的无铬化解决，无铬化解决规定有严格要求的化学预备处理，与此同时无铬化膜是没有颜色全透明的，人眼没法判断化学转换的预期效果，因而更为取决于靠谱的加工工艺和制造的的严控。总的来说化学转换最常见于3C商品的是磷三氧化铬解决。

五、铝合金型材的阳极氧化

1.阳极氧化的界定

阳极氧化是一种电解法氧化，在该全过程中铝合金型材的表面通常转换为一层氧化膜，这层膜具备防御性、装饰艺术及其其它的一些多功能性。

2.阳极氧化膜的归类

氧化膜分两类：堡垒型氧化膜和多孔结构型氧化膜，堡垒型氧化膜是一层紧贴金属材料表面的高密度没孔的薄氧化膜，薄厚在于另加工作电压一般不超过0.1um。多孔结构型氧化膜由阻挡层和多孔结构层双层氧化膜构成，阻挡层薄厚和另加工作电压相关，多孔结构层薄厚在于根据的用电量。大家最常见的是多孔结构型氧化膜。

3.阳极氧化膜的特点

a.氧化膜结构工程呈多孔结构蜂巢状结，膜的多孔结构使具备不错的粘附工作能力，可以作涂涂层的最底层也可被上色，提升金属材料的装潢实际效果。

b.氧化膜的强度高，阳极氧化膜的强度很高，其强度大概在196－490HV，由于强度高决策了氧化膜的耐磨性能很好。

c.氧化膜的耐腐蚀性，铝氧化膜在气体、土壤层里都很平稳，同基材的结合性也很强，一般状况下氧化后都是会开展着色注浆加固或喷漆解决，使其耐蚀性进一步增强。

d.氧化膜的结合性，氧化氧化膜于基材金属材料的结合性很强，难以用机械设备的办法将他们分离出来，即使膜层随金属材料弯折，膜层仍于基材金属材料保持稳定的融合，但氧化膜的可塑性小，延性大，当膜层遭受很大的冲击性负载和弯折形变时，会造成开裂，因此这类氧化膜不容易在物理的作用下应用，可以作为漆料层的最底层。

e.氧化膜的绝缘性能，铝的阳极氧化膜的特性阻抗较高，传热性也很低，耐热性可达到1500度，导热系数0.419W/(m•K)—1.26W/(m•K)。可作为电解电容的电解介质层或家用电器产品的电缆护套。

六、铝合金型材氧化膜转化成全过程

1.阳极氧化的第一阶段

无孔层的产生环节，ab段，插电逐渐断時间（几秒到几十秒）内工作电压猛增，做到临界值工作电压，（工作电压的最高值）表明这时阳极氧化表面产生了持续、没孔的塑料薄膜层。没孔层电阻器比较大，阻拦了膜的不断变厚，无孔层的薄厚与确立工作电压正相关，氧化膜在锂电池电解液中融解时间反比。薄厚约0.01～0.1μm。

2.阳极氧化的第二阶段

多孔结构层产生环节，bc段，在膜超薄的地区将最先被融解出空穴来，锂电池电解液就可以根据这种空穴抵达铝的新鮮表面，电化学反映得到再次开展，电阻器减少，工作电压随着降低（降低力度为最大值的10～15%），膜上发生多孔结构层。

3.阳极氧化的第三阶段

多孔结构层变厚，cd段，这时工作电压稳定而慢慢的升高，这时没孔层持续被融解成多孔结构层，新的没孔层友在生长发育，那样多孔结构层就在持续变厚，当转化成效率与融解速率做到稳定平衡时，膜的强度就不会再提升，这时反映就应当终止了。

七、铝合金型材阳极氧化的加工工艺

1.阳极氧化的常见加工工艺

铝合金型材阳极氧化的常见加工工艺有：盐酸阳极氧化加工工艺、铬酸阳极氧化加工工艺、盐酸阳极氧化加工工艺和磷酸阳极氧化加工工艺。最常见的是盐酸阳极氧化。

2.盐酸阳极氧化

现阶段世界各国普遍应用的阳极氧化加工工艺便是盐酸阳极氧化，和别的办法对比他在产品成本、氧化膜特性和特性上面具备较大优点，它低成本、膜的透光性好、抗腐蚀耐摩擦系数好、上色易等优势。它是以稀盐酸作锂电池电解液，对设备开展阳极氧化，膜的薄厚可达5um—20um，膜的吸附力好，没有颜色全透明，加工工艺简易，实际操作便捷。

3.铬酸阳极氧化

铬酸阳极氧化获得的膜较薄，仅有2－5um，能维持工件原来的精密度和表面表面粗糙度；孔隙率低难上色，不做注浆加固也可应用；膜层软，耐磨性能较弱但延展性好；抗腐蚀力较强，铬对铝的溶解性小，使针眼和间隙内残余液对构件的浸蚀较小，适合铸造件等零部件，该加工工艺在国防上放得较多。与此同时可以对构件品质开展检测，在裂痕处深褐色锂电池电解液便会排出，很显著。

4.盐酸阳极氧化

盐酸对铝的氧化膜溶解度小，因此氧化膜孔隙率低，膜层耐磨性能和电绝缘性能比盐酸膜好；但盐酸氧化成本增加是盐酸的3~5倍；与此同时盐酸在负极和阳极氧化都是会被反映，造成锂电池电解液可靠性差；盐酸氧化膜的颜色易随加工工艺标准转变，造成商品造成偏色，因此该技术运用得到一定限定。但盐酸可做盐酸氧化添加物应用较普遍。

5.磷酸阳极氧化

氧化膜在磷酸锂电池电解液中融解比盐酸大，因而氧化膜薄（仅有3um），与此同时直径大。因磷酸膜有极强的防潮性，可阻拦粘胶剂因水合而衰老使胶接剂的结合性比较好，因此适用于包装印刷金属片的表面解决和铝工件铆接的预备处理。

八、铝合金型材硬质的阳极氧化

1.硬质的氧化膜的特性

铝合金型材硬质的阳极氧化和一般氧化膜对比具备下述特性：氧化膜较为厚（一般薄厚不小于25um）、强度非常高（超过350HV）、耐磨性能不错、空隙率较低、耐击穿电压较高，而表面整平性很有可能看起来稍差一点。

2.硬质的阳极氧化的加工工艺特性

硬质的阳极氧化和一般氧化的原理、机器设备、加工工艺和检验等各层面沒有实质的差别。硬质的氧化想方设法减少氧化膜的溶解度，主要特点为：

a.槽液温差较低（一般20度上下，硬质的5度下列），一般状况下温度低转化成的氧化膜强度高

b.槽液浓度值低（一般盐酸浓度值20%，硬质的15%下列），浓度值低对膜溶解度小

c.槽液里加上有有机物，盐酸里边加盐酸或是酒石酸等

d.另加工作电压、电流量较高（一般电流量1.5A/dm2,工作电压18V下列，硬质的电流量2~5A/dm2，工作电压25V以上。最大可达100V）

e.另加工作电压宜用逐渐增加电流的方式。因其工作电压高电流量大，解决时间长因而耗能大。与此同时硬质的氧化常选用脉冲电源或是独特波型开关电源

3.铝合金铸造硬质的阳极氧化

铝合金铸造通常必须硬质的阳极氧化来提升其特性，铝合金铸造常见铝/硅系铝合金和铝/铜系铝合金，铝硅系具备较好的铸造特性和耐磨性而使用量较大，广泛运用于零部件和零部件，有时候加上铜和镁改进物理性能和耐温性。铝铜系也是较常用的铸造铝合金，适用于承担大的声响负载和形态不繁杂的砂模铸造件。铝合金铸造因带有非金属材料等原素必须对锂电池电解液和开关电源波型开展改善，锂电池电解液一般可在盐酸里加一些金属盐或有机物，盐酸-盐酸-酒石酸饱和溶液、盐酸-稀油饱和溶液；开关电源方式一般改成交直流电源累加、不对称电流量、浪涌电流等，在其中单脉冲实际效果不错。电铸造件氧化前解决棱角导园和除去毛边等，避免电流量集中化。

九、铝合金型材微弧氧化（MAO）

1.微弧氧化技术性的原理：

微弧氧化也称微等离子表面瓷器化技术性,就是指在一般阳极氧化的根基上，运用电光充放电提高并提高在阳极氧化上产生的反映，进而在以铝、钛、镁金属材料以及铝合金为材质的工件表面产生高品质的加强陶瓷膜的方式，是根据用常用的微弧氧化开关电源在工件上增加工作电压，使工件表面的金属材料与溶液的酸碱性相互影响，在工件表面产生微弧充放电，在高溫、静电场等要素的效果下，金属材料表面产生陶瓷膜，做到工件表面加强的目地。

2.微弧氧化的特性

a.大幅地增强了原材料的表面强度(HV＞1200)，超出热处理工艺后的中碳钢、铁素体不锈钢和高速工具钢的强度；

b.优良的抗磨损特性；

c.优良的耐温性及抗腐蚀(CASS盐雾试验＞480h)，这从源头上摆脱了铝、镁、铝合金原材料在使用中的缺陷，因而该技术性有宽阔的应用前景；

d.有优良的阻燃性能，接地电阻可达100MΩ。

e.加工工艺平稳靠谱,机器设备简易.反映在常温状态开展，实际操作便捷，便于把握。

f.基材原点生长陶瓷膜，结合牢固,陶瓷膜致密均匀。

3.微弧氧化的应用

微弧氧化是一项新的铝合金表面处理技术，他把氧化铝的陶瓷性和铝合金的金属性结合起来，使铝合金表面具有更优良的物理化学性能。但由于技术、经济等原因目前在我国应用不广泛。但由于氧化膜的特殊性能可以在许多领域应用，包括航空汽车发动机、石化工业、纺织工业和电子工业等。

4.微弧氧化的不足

微弧氧化会造成火花放电、火花腐蚀，使产品表面比较粗糙，使用时要磨掉粗糙层，造成浪费。能耗比较高是普通氧化的五倍。

十、铝合金氧化膜的电解着色

1.铝合金氧化膜的常用着色工艺：

铝合金常用着色工艺大体上可以分为三类：

a.整体着色法：包括自然发色和电解发色两种，自然发色指阳极氧化过程使铝合金中添加成分（Si、Fe、Mn等）氧化，而发生氧化膜的着色。电解发色指电解液组成及电解条件的变化而引起的氧化膜的着色。

b.染色法：以一次氧化膜为基础，用无机颜料或者有机染料进行染色的氧化膜。

c.电解着色法：以一次氧化膜为基础，在含金属盐的溶液中用直流或交流电进行电解着色的方法，电解着色的耐候性、耐光性和使用寿命比染色法要好、其成本远低于整体着色法，目前广发应用于建筑铝型材的着色。国内外工业化的电解着色槽液基本上都是镍盐和锡盐（包括锡镍混合盐）溶液两大类，颜色大体上都是从浅到深的古铜色系。

2.电解着色的原理

多孔型阳极氧化膜的有规律和可控制的微孔，通过电解着色在孔的底部沉积非常细的金属和（或）氧化物颗粒，由于光的散射效应可以得到不同的颜色。颜色的深浅和沉积颗粒的数量有关，也就是与着色时间和外加电压有关。一般来说，电解着色颜色类似都是从香槟色、浅到深的青铜色一直到黑色，色调又不完全相同，这与析出颗粒的尺寸分布有关。目前电解着色只有于古铜色、黑色、金黄色、枣红色几种。

3.电解着色的应用

Sn盐和Sn-Ni混合盐是我国和欧美主要的着色方法，其盐为SnSO4，是利用Sn2+电解还原在阳极氧化的微孔中析出而着色；但Sn2+稳定性差易被氧化成没有着色能力的Sn4+，因此锡盐着色关键是槽液成分和锡盐稳定性是此工艺的关键，锡盐对杂质不敏感，着色均匀性比较好，对水污染不大。Ni盐电解着色在日本比较普遍，他常用于浅色系（仿不锈钢色、浅香槟色），他着色速度快，槽液稳定性好，但对杂质敏感，目前除杂质设备已成熟，但需要一次性投资大。

十一、铝合金氧化膜的染色

1.铝合金氧化膜染色的定义

染色法是将刚氧化后的铝合金清洗后立即浸渍在含有染料的溶液中，氧化膜孔隙因吸附染料而染上各种颜色。这种工艺上色快、色泽鲜艳、操作简便，但是染色后需要做封孔处理。

2.染色对氧化膜的要求

a.铝在硫酸溶液中得到的氧化膜无色而多孔，最适宜染色。草酸氧化膜本身呈黄色只能染深色，铬酸膜孔隙率低，膜本身发灰，也只能染深色。

b.氧化膜必须有一定的厚度，最小要求大于7um，较薄的氧化膜只能染上很浅的颜色。

c.氧化膜应有一定的松孔和吸附性，所以硬质氧化膜和铬酸常规氧化膜均不适与染色。

d.氧化膜应完整、均匀、不应有划伤、砂眼、点腐蚀等缺陷。

e.膜层本身具有合适的颜色，且没有金相结构的差别，如晶粒大小不一或者严重偏析等

3.氧化膜的染色机理

a.有机染料染色机理：基于物质的吸附理论，分为物理吸附和化学吸附；物理吸附指分子或离子以静电力方式的吸附；以化学力（反应生成的共价键、氢键、螯合键等）方式吸附的叫化学吸附。物理吸附希望低温，高温易脱附；化学吸附在一定温度下进行，一般认为染色时两种吸附同时进行以化学吸附为主，所以在中温下进行。

b.无机染料染色机理：通常在常温下进行，将工件按一定次序先浸渍在一种无机盐溶液中，再浸入另一种无机盐溶液中，使这些无机物在膜孔中发生化学反应生成不溶于水的有色化合物，填塞氧化膜孔隙并将膜孔封住（某些情况下可省去封孔过程）。无机染料颜色范围有限，色泽不够鲜亮，但耐温耐晒性特好。

4.不合格染色膜的褪色

染色后封孔前发现不良可用硝酸27%（质量分数）或者5ml/l硫酸在25度条件下退除。

十二、铝合金氧化膜的封孔

1.铝合金氧化膜封孔的定义

铝阳极氧化之后对氧化膜进行的物理或化学处理过程，以降低氧化膜的孔隙率和吸附能力，以便把染料密封在微孔中，同时提高膜的耐蚀性、耐磨等性能。在建筑行业世界各国对氧化膜的封孔基本上采用高温蒸汽法、冷封孔、电泳涂装法三种工艺，但目前中温封孔有扩大的趋势。从封孔原理来分主要有水合反应、无机物填充或有机物填充三大类。

2.热封孔工艺

a.沸水封孔：在接近沸点的纯水中（温度95度以上，去离子水），通过氧化铝的水合反应将非晶态的氧化铝转化成水合氧化铝，由于水合氧化铝比原来的体积大了30%，体积膨胀使的氧化膜的微孔填充封闭。

b.高温蒸汽封孔：原理和沸水封孔一样，优点：速度快、水质的依赖性小、少出现白灰、褪色风险小。设备需要密闭来保证温湿度，一般温度115~120度，压力在0.7~1atm为佳，成本高！

3.冷封孔工艺

冷封孔是我国最常用最基本的封孔技术，操作温度20~25的室温，时间和热封孔比缩短一半，是依靠微孔中的沉积的填充物来进行封孔的，最成熟的工艺为氟化镍为主成分的冷封工艺。冷封孔完成后要进行热水陈化后（60~80度去离子热水，10~15分钟）处理来改性，避免产品出现高温微裂。