氧化工藝說明.doc

鋁及鋁合金在大氣中雖能自然形成一層氧化膜，但膜?。?0- 50A）而疏松多孔，為非晶態(tài)的、不均勻也不連續(xù)的膜層，不能作為可靠的防護(hù)一裝飾性膜層隨著鋁制品加工工業(yè)的不斷發(fā)展，在工業(yè)上越來越廣泛地采用陽極氧化或化學(xué)氧化的方法，在鋁及鋁合金制件表面生成一層氧化膜，以達(dá)到防護(hù)一裝飾的目的。經(jīng)化學(xué)氧化杜理獲得的氧化膜，厚度一般為0.34um，質(zhì)軟、耐磨和抗蝕性能均低于陽極氧化膜所以，除有特殊用途外，很少單獨(dú)使用但它有較好的吸附能力，在其表面再涂漆，可有效地提高鋁制品的耐蝕性和裝飾性。、經(jīng)陽極氧化處理獲得的氧化膜，厚度一般在5-20v m，硬質(zhì)陽極氧化膜厚度可達(dá)60- 2500m其膜層還具有似下特性：(1)硬度較高。純鋁氧化膜的硬度比鋁合金氧化膜的硬度高通常，它的硬度大小與鋁的合金成份、陽極氧化時電解液的工藝條件有關(guān)陽極氧化膜不僅硬度較高，而且有較好的耐磨性尤其是表面層多孔的氧化膜具有吸附潤滑劑的能力，還可進(jìn)一步改善表面的耐磨性能(2)有較高的耐蝕性。這是由于陽極氧化膜有較高的化學(xué)穩(wěn)定性經(jīng)測試，純鋁的陽極氧化膜比鋁合金的陽極氧化膜耐蝕性好這是由于合金成分夾雜或形成金屬化合物不能被氧化或被溶解，而使氧化膜不連續(xù)或產(chǎn)生空隙，從而使氧化膜的耐蝕性大為降低所以，一般經(jīng)陽極氧化后所得的膜必須進(jìn)行封閉處理，才能提高其耐蝕性能。(3)有較強(qiáng)的吸附能力。鋁及鋁合金的陽極氧化膜為多孔結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的吸附能力，所以給孔內(nèi)填充各種顏料、潤滑劑、樹脂等可進(jìn)一步提高鋁制品的防護(hù)、絕緣、耐磨和裝飾性能(4)有很好的絕緣性能。鋁及鋁合金的陽極氧化膜，已不具備金屬的導(dǎo)電性質(zhì)，而成為良好的絕緣材料(5)絕熱抗熱性能強(qiáng)。這是因為陽極氧化膜的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于純鋁陽極氧化膜可耐溫15001C左右，而純鋁只能耐660綜上所述，鋁和鋁合金經(jīng)化學(xué)氧化處理，特別是陽極氧化處理后，在其表面形成的氧化膜具有良好的防護(hù)一裝飾等特性因此，被廣泛應(yīng)用于航空、電氣、電子、機(jī)械制造和輕等方面。普通陽極氧化與硬質(zhì)陽極氧化區(qū)別普通陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化定義以鋁為陽極置于硫酸電解液中，利用電解作用，使鋁表面形成陽極氧化膜的過程,然后染色各種顏色，作為裝飾之用鋁及鋁合金電化學(xué)氧化處理方法中較新的一種方法。它是在冷卻的稀硫酸氧化溶液條件下而獲得硬度高、膜層厚的氧化膜，這種過程稱為硬質(zhì)陽極氧化處理法或稱厚膜陽極氧化處理法，或簡稱“硬氧化”。操作條件不同一般溫度：18-22，有添加濟(jì)的可以達(dá)到30，溫度過高容易出現(xiàn)粉末或裂紋；電壓：15-20V電流密度：0.8-1.3A/dm2；硫酸：濃度一般20%左右。一般溫度： 0-5，溫度越低，硬質(zhì)越好；電壓：23-120V；電流密度：一般用2-5A/dm2；硫酸：濃度一般15%左右或更低。整流器操作方式不同普氧不需要特殊操作采用逐步遞增電壓掛具材質(zhì)不同用鈦較多采用硬鋁作掛具操作時間不同時間短，所耗成本低時間長，所耗成本高氧化膜層的性能不同氧化膜硬度：HV300氧化膜厚度：5m -15m著色特性：易著各種顏色氧化膜硬度：HV400氧化膜厚度：25m150m著色特性：最適宜著黑色表面狀態(tài)不同表面較平整表面較粗糙孔隙率不同孔隙率高孔隙率低適用場合不同適用于裝飾為主以功能為主，一般用于耐磨、耐電的場合優(yōu)缺點(diǎn)1. 生產(chǎn)成本低2. 膜的透明度高。3. 耐蝕性和耐磨性好。4. 電解著色和化學(xué)染色容易。5.1. 氧化膜表面粗糙，均勻性變差。2. 硬度和耐磨性好，3. 耐腐蝕性強(qiáng)4. 熱學(xué)性能與耐熱性，5. 電學(xué)性能與電絕緣性。6. 力學(xué)性能第一節(jié) 裝飾性氧化鋁和鋁合金裝飾性氧化工藝種類很多，一般可分為化學(xué)氧化法和電化學(xué)氧化法即陽極氧化法兩大類其中，陽極氧化處理的應(yīng)用較為廣泛這是因為陽極氧化法所獲得的氧化膜比一切化學(xué)氧化法所獲得的氧化膜性能更為優(yōu)良。經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)拋光后的鋁及鋁合金制件，進(jìn)行陽極氧化處理后，可得到光潔、光亮、透明度較高的氧化膜層，再經(jīng)染色，可得到各種色彩鮮艷奪目的表面如在某種特定的工藝條件下加以氧化處理，在其表面還可形成仿釉膜層，從而使鋁制品表面獲得特殊的裝飾效果據(jù)不完全統(tǒng)計，我國目前鋁和鋁合金的裝飾性氧化工藝已發(fā)展到幾十種之多，使我國鋁制品加工工業(yè)的發(fā)展日新月異一、化學(xué)氧化鋁及鋁合金的化學(xué)氧化處理，按其溶液的性質(zhì)，可分為堿性和酸性溶液氧化處理兩類，按其膜層的性質(zhì)則可分為氧化物膜層、磷酸鹽膜層、鉻酸鹽膜以及鉻酸磷酸鹽膜等（一）工藝規(guī)范1堿液化學(xué)氧化工藝規(guī)范無水碳酸鈉(Na2C03) 50g/L鉻酸鈉(Na2Cr04) 15g/L氫氧化鈉（NaOH） 25g/L溫度 80-100 c時間 10-20min氧化后，制件應(yīng)立即清洗干凈，在20g/L的鉻酸溶液中和室溫下鈍化處理515秒，然后清洗，干工操顏色為金黃色膜厚為0.51um，適用于純鋁、鋁鎂、鋁錳合金2磷酸鹽一鉻酸鹽氧化工藝規(guī)范配方1：磷酸(H3P04) 50-60mL/L 鉻酸酐(Cr03) 20- 25g/L 氟化氫銨(NHOHF2) 33.5g/L 硼酸(H3B03) 11.2g/L 溫度 30-36C 時間 36分鐘 此法使用磷酸較多，故又稱磷化法氧化膜顏色為無色到淺藍(lán)色，膜厚約3- 49m膜層致密，抗蝕性較高，氧化后零件尺寸無變化，適用于各種鋁及其合金為了進(jìn)一步提高抗蝕能力，還可進(jìn)行填充處理招制件經(jīng)氧化清洗后可在40 - 45g/L的重鉻酸鉀溶液中，溫度為90-98，浸漬10分鐘，然后經(jīng)清洗在=70的烘箱內(nèi)干燥即可適用于一般零件也可在20- 30g/L的硼酸溶液中，溫度為90-98，浸漬10-15分鐘，然后經(jīng)清洗在70烘箱內(nèi)干燥即可適用于鋁鉚釘?shù)扰浞?：磷酸（H3P04）45g/L鉻酸醉(Cr03）6g/L氟化鈉(NaF）3g/L溫度1535時間10- 15min膜層較薄，韌性好，抗蝕能力較高，適用于氧化后需變形的鋁和鋁合金制件配方3：磷酸（H3P04）22g/L鉻酸醉（Or03）2.-4g/L氟化鈉(NaF）5g/L卿酸(H3BOO 2g/L溫度室溫時間15-60s此法又名化學(xué)導(dǎo)電氧化氧化膜無色透明；膜層較薄，幻為0.3- 0.5um，導(dǎo)電性能良好,主要用于易變形的鋁制電氣零件。3鉻酸鹽法氧化工藝規(guī)范 配方1：鉻酸酐(Cr03）4N 6g/L氟化鈉（Na-F）lg/L鐵氰化鉀K3Fe（CN）60.5g/L溫度 30-35 0C時間 20-60s氧化膜顏色為彩虹色，膜薄，導(dǎo)電性能良好，主要用于對導(dǎo)電性能有一定要求的鋁制電氣零件配方2：鉻酸醉(Cr03）3.56g/L重鉻酸鈉(NaZCrZO7）335g/L氟化鈉（NaF）0.8g/LpH 1.5溫度 2530時間 3min膜層無色透明，具有良好導(dǎo)電性能和抗蝕性能，與有機(jī)涂層有良好的結(jié)合力廣泛用于航空、電氣和各種機(jī)械制造業(yè)、日用品生產(chǎn)等方面（二）工藝流程鋁制件-機(jī)械拋光-化學(xué)除油及腐蝕-清洗-中和-清洗-化學(xué)氧化-清洗-熱水燙（50）-壓縮空氣吹干-烘烤（70）-成品檢驗。（三）溶液配制方法（以磷酸鹽一鉻酸鹽氧化的配方1為例）根據(jù)容積計算好所需的化學(xué)試劑用量，除磷酸外，先分別用少量水溶解（硼酸需加熱溶解）后加入槽中，然后加磷酸，加水至工作液面，攪拌均勻，經(jīng)調(diào)試氧化合格后即可進(jìn)行生產(chǎn)（四）各種因索的影晌（以磷酸鹽一鉻酸鹽氧化的配方1為例）1.磷酸成膜的主要成分，含量低于5OmL/L或大于80mL/L，膜層薄、抗蝕能力較低2.鉻酸酐溶液中的氧化劑，是促使氧化膜形成的必要成分如不含鉻酸酐，溶液的腐蝕性加強(qiáng)，很難形成膜層，當(dāng)含量超過30g/L時，膜層變壞3.氟化氫銨溶液中的活化劑，與磷酸，鉻酸共同作用，能生成致密的氧化膜層幾含量低于1.5g/L時，不能生成膜層；含量達(dá)到3g/L時，獲得的膜層抗蝕性能最佳；過高，則氧化膜疏松4.硼酸控制溶液的氧化反應(yīng)速度和改善膜層的外觀，使膜層致密5.溫度低于20C ,形成膜層薄，抗蝕能好力差；高于40 C，膜層疏松6.時間氧化時間可根據(jù)溶液的氧化能力和溫度來確定溫度低、氧化能力弱時，可適當(dāng)延長氧化時間；溫度高、氧化能力強(qiáng)時，可適當(dāng)縮短氧化時間.二. 電化學(xué)氧化（一）陽極氧化過程機(jī)理1.陽極反應(yīng)陽極氧化時，由于電解質(zhì)是強(qiáng)酸性的：陽極電位較高，因此陽極反應(yīng)首先是水的電解，產(chǎn)生初生態(tài)的o，氧原子立即在陽極對鋁制件表面發(fā)生化學(xué)氧化反應(yīng)，生成氧化鋁，即薄而致密的陽極氧化膜這一過程與初始電壓、電流密度的大小有密切關(guān)系生成的氧化膜在酸性一電解液中，產(chǎn)生化學(xué)溶解作用部份氧化膜在電解液中的溶解又是必須的，否則由于膜的電絕緣性，將阻止電流的繼續(xù)通過而影響氧化膜的繼續(xù)生成2.陰極反應(yīng)陰極只是起導(dǎo)電作用和析氫反應(yīng)當(dāng)鋁合金的其它合金元素在陽極過程中溶解后，有可能在陰極上沉積析出3.氧化膜的成長過程成長過程包含著二個相輔相成的方面：膜的電化學(xué)生成過程膜的化學(xué)溶解過程兩者缺一不可，而且必須使膜層的生成速度恒大于溶解速度，這樣才能獲得較厚的氧化膜為此，所選擇的電解液性質(zhì)及工藝規(guī)范都必須具備這些條件。在陽極氧化過程中，由于電位差的作用，帶電質(zhì)點(diǎn)相對于固體壁發(fā)生電滲液流電滲液流的存在，是陽極氧化膜得以增長的一個必要條件.（二）陽極氧化工藝鋁和鋁合金的裝飾性陽極氧化工藝種類很多，應(yīng)用最廣的是硫酸陽極氧化工藝，其次是草酸陽極氧化和鉻酸陽極氧化工藝。1硫酸陽極氧化工藝(1)硫酸陽極氧化工藝特點(diǎn)鋁及鋁合金在10-20%的硫酸電解液中通電進(jìn)行陽極氧化處理，所獲得的氧化膜具有強(qiáng)吸附能力（孔隙率平均為10-15%）、較高的硬度（HV400左右）、良好耐磨性和抗蝕性能，膜層無色透明，極易染成各種美麗的色澤特別經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)拋光的鋁制件，通過硫酸陽極氧化，可得到鏡面狀的光潔光亮表面。如氧化后進(jìn)行妥善的封閉處理還能進(jìn)一先提高膜層的抗蝕性和絕緣性。硫酸陽極氧化還具有溶液穩(wěn)定、允許雜質(zhì)含量范圍較大的特點(diǎn)與鉻酸、草酸法比較，電能消耗少，操作方便，成本低該工藝幾平適用于所有鋁及鋁合金的陽極氧化處理(2)硫酸陽極氧化工藝流程鋁制件-機(jī)械拋光-除油-清洗-中和-清洗-化學(xué)拋光或電解拋光-清洗-陽極氧化-清洗-中和-清洗-染色-清洗-封閉-機(jī)械光亮-成品檢驗(3)硫酸陽極氧化電解液配制方法根據(jù)電解槽的容積計算所需的硫酸量，在槽內(nèi)先加入3/4容積的蒸餾水或去離子水，然后啟動攪拌機(jī)，將硫酸在強(qiáng)烈的攪拌下緩緩加入，最后加水至規(guī)定容積，冷卻至工藝要求，取樣分析，試樣合格后，即可生產(chǎn)硫酸最好用試劑級的或電池硫酸，如用工業(yè)硫酸配制，則配制后需加雙氧水1mL/L也可先進(jìn)行24小時以上電解處理，并在處理中將浮于液面的有色泡沫和雜物除去，直到溶液呈無色透明后即可投入生產(chǎn)。注意切勿將水加入硫酸中(4)影響氧化膜質(zhì)量的諸因素1)硫酸濃度氧化膜的成長速度與電解液中硫酸濃度有密切關(guān)系膜的增厚過程取決于膜的溶解和生長速度比，通常隨著硫酸濃度的增高，氧化膜的溶解速度也增大；反之，濃度降低，溶解速度也減小因此，采用稀硫酸有利于膜的成長在氧化開始時，氧化膜的成長速度是濃溶液比稀溶液大，但是隨著氧化時間的增加，在濃溶液中成長速度就比在稀溶液中的速度小實踐證陰。當(dāng)使用濃度較高的硫酸溶液進(jìn)行氧化時，初始階段由于氧化膜的成長速度較大，氧化膜的孔隙率高，因此容易染色，但膜的硬度、耐磨性能等均較差。而在稀硫酸溶液中所獲得的陽極氧化膜，堅硬而耐磨，反光性能好，但孔隙率較低，適宜于染成各種較淺的淡色綜上所述，應(yīng)根據(jù)對氧化膜的要求來選擇硫酸濃度，要想獲得吸附能力強(qiáng)而富有彈性的氧化膜，可用硫酸濃度的上限值，要獲取硬而厚的耐磨性好的氧化膜，可采用硫酸濃度的下限值2)溫度電解液的溫度變化對氧化膜的影響與硫酸濃度的變化的影響基本相同。溶液溫度升高，氧化膜的溶解速度升高，膜的生長速度減少，氧化膜的厚度必然減少。同時，溫度的變化對氧化膜的厚度和耐磨性也會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。一般溫度控制在18-20時獲得的氧化膜多孔、吸附性能好、富有彈性、抗蝕能力較好，但耐磨性能較差在裝飾性硫酸陽極氧化工藝中，溫度控制在。3，溫度波動土1，硬度可達(dá)HV400以上缺點(diǎn)是當(dāng)制件受力發(fā)生形變或彎曲時，氧化膜易碎裂溶液溫度過低，氧化膜發(fā)脆易裂對于易變形的零件宜在8-10攝氏度氧化.3)電壓和陽極電流密度在陽極氧化過程中，陽極電流密度和電壓有關(guān)鋁制件通電氧化時，開始很快在鋁制件表面生成一層薄而致密的氧化膜，隨之電阻增加電壓急劇升高，陽極電流密度逐漸減小電壓繼續(xù)升高至一定值時，氧化膜因受電解液的溶解作用在較薄弱部位開始被電擊穿，促使電流通過，氧化過程繼續(xù)進(jìn)行電解液中可能存在的雜質(zhì)是Cl-、F-, N03-和Al3+, Cu2+、Fe2+等離子當(dāng)Cl-,F-、N03-等陰離子雜質(zhì)含量高時，氧化膜的孔隙率大大增加，氧化膜表面變得粗糙和疏松這些雜質(zhì)在電解液中的允許含量為Cl- 0.05g/L, F- 0.01 g/L當(dāng)超過這極限值，制品表面會發(fā)生穿孔而報廢。這些陰離子雜質(zhì)來自配制電解液和清洗工序中的水源因此必須嚴(yán)格控制水質(zhì)一般要求用去離子水或蒸餾水配制電解液。溶濃中，當(dāng)鋁、銅、硅等陽離子雜質(zhì)含量高時，主要會影響氧化膜的色澤、透明度和抗蝕性A13+雜質(zhì)來自鋁制件本身在陽極的溶解，使電解液中A13+含量逐漸升高當(dāng)A13+含量小于20g/L時，氧化膜表面質(zhì)量沒有顯著影響（若在1l0g/L:范圍內(nèi)，反而對陽極氧化的速度和膜層表面質(zhì)量起有利作用），當(dāng)A13+含量超過20g/L后，使鋁制件表面呈現(xiàn)出白點(diǎn)或塊狀白斑，氧化膜的吸附性能卞降，造成染色困難。（5）雜質(zhì)合金中含銅、硅等元素時，隨著氧化過程的進(jìn)行，同樣由于在電解液中的陽極溶解作用，使合金元素Cu2+, Si2+不斷集聚當(dāng)Cu2+含量達(dá)0.02g/L時，氧化膜上會出現(xiàn)暗色條紋或黑色斑點(diǎn)要排除Cu2+，可以用鋁電極通直流電處理，陽極電流密度控制在0.1 -0. 2A/dm2左右，金屬銅便在陰極上析出當(dāng)Cu2+含量很高時，可先用鉛板直接放入電解液中。這時鉛板上會很快置換上一層金屬銅用此祛可去除含量較高的銅離子，而后再通電處理，可徹底去除Cu2+.Si2+常以懸浮狀態(tài)存在于電解液中，使電解液的混濁度大為提高，它往往以褐色粉狀物吸附在陽極上將電解液仔細(xì)過濾可以排除Si2+一般用濾紙或微孔管過濾機(jī)過濾排除(6）電源在硫酸電解液中進(jìn)行陽極氧化時，其電源可用直流電源，也可使用交流電(7)攪拌和移動陽極 在陽極氧化過程中產(chǎn)生大量的生成熱和焦耳熱會導(dǎo)致氧化膜質(zhì)量下降因此，必須采取措施將熱量排除在生產(chǎn)中通常用蛇形管通冷卻劑冷卻電解液或以陽極移動和空氣攪拌的方法，加速熱量的擴(kuò)散，以防止局部過熱壓縮空氣攪拌時，空氣必須經(jīng)過油水分離器凈化，或用泵連續(xù)快速循環(huán)過濾、冷卻等組合方法。(8)電解液混濁度陽極氧化時，電解液的混濁度對氧化膜表面光亮度影響極大通常，硫酸氧化膜是透明的，它的主要成分是A1203多孔狀的氧化膜具有極大的吸附性能，利用這一特點(diǎn)將鋁和鋁合金表面進(jìn)行各種色彩圖案花紋的裝飾若在電解液中含有各種不透明的固態(tài)混濁物，也被吸附填充到膜孔中去，會使氧化膜透明度下降，膜層的反光率受到阻擋，從而影響氧化膜的光亮度?；鞚嵛飦碓从阡X制件前處理不良和清洗水質(zhì)不凈，或由于陰陽極反應(yīng)劇烈與溶液的對流作用使雜質(zhì)不易沉淀于缸底，被分散懸浮在電解液中，電解液透明度較差，甚至不透明并帶有一定的色澤因此對那些外觀要求較高的鋁制品，在氧化過程中，必須對電解液進(jìn)行連續(xù)過濾用燒結(jié)微孔管過濾機(jī)過濾，可使電解液達(dá)到極高的透明度.2鉻酸陽極氧化工藝（1)鉻酸陽極氧化特點(diǎn)用310%的鉻酸電解液，通以直流電，在一定的工作條件下進(jìn)行鋁和鋁合金的陽極氧化處理，所得的鉻酸氧化膜比硫酸氧化膜和草酸氧化膜要薄得多，一般厚度只有2-5um，能保持原來零件的精度和表面粗糙度膜層質(zhì)軟、彈性高，基本上不降低原材料的疲勞強(qiáng)度但耐磨性不如硫酸陽極氧化膜膜層不透明，顏色由灰白色到深灰色或彩虹色由于鉻酸氧化膜幾乎沒有孔穴，一般不易染色膜層不需要封閉就可使用，在同樣厚度情況下它的耐蝕能力要比不封閉的硫酸氧化膜高鉻酸氧化膜與有機(jī)物的結(jié)合力良好，是油漆的良好底層由于鉻酸對鋁的溶解度比在其它電解液中小，所以該工藝適用于機(jī)械加工件、板金件，適用于硫酸法難以加工的松孔度較大的鑄件、鉚接件、點(diǎn)焊件以及尺寸允差小和表面粗糙度低的鋁制件鉻酸陽極氧化可用來檢查鋁材的晶粒度、纖維方向裂紋等冶金缺陷因鉻酸對銅的溶解度較大，所以含銅量大于4%的鋁合金一般不適用鉻酸陽極氧化鉻酸陽極氧化，無論溶液成本或是電能悄耗都比硫酸陽極氧化貴，因此，使用上受到一定的限制 (2)鉻酸陽極氧化工藝流程鋁制件-機(jī)械拋光分除油-清洗-出光葉堿腐蝕-出光-鉻酸陽極氧化-清洗-干燥-成品(3)鉻酸陽極氧化工藝規(guī)范直流電源）配方1：鉻酸酐Cr03 30-35g/L溫度 40士2氧化時間 60min陰被材料 鉛板或石墨陽極電流密度 0.2- 0.6A/dm2電壓 0-40VpH值 0.65-08陰陽極面積比 3:1配方2： 鉻酸酐Cr03 50- 55g/L溫度 39士2氧化時間 60min陰極材料 鉛板或石墨陽極電流密度 0.3-0.7A/dm2電壓 0-40VpH值 0.8配方3： 鉻酸酐Cr03 95- 100g/L溫度 37土2氧化時間 35min陰極材料 鉛板或石墨陽極電流密度 0.3-0.5A/dm2電壓 0-40VpH值 0.8說明：配方1適用于尺寸允差小的拋光零件的陽極氧化處理；配方2適用于一般機(jī)加工件、板金件的陽極氧化處理；配方3適用于一般零件、焊接件或作油漆底層的表面氧化處理(4）電解液配制方法計算槽的容積和所需的鉻酸醉，全部加入槽內(nèi)，然后加4/5容積的蒸餾水或去離子水，劇烈攪拌，侯鉻酸醉全部溶解后，最后加蒸餾水至工作液面經(jīng)分析、調(diào)試合格后，即可使用(5)有害雜質(zhì)的影響及排除電解液中常有的有害雜質(zhì)為S042-, Cl-, Cr3+等離子, S042一含量大于0.5g/L, Cl-大于0.2g/L;時，氧化膜變粗糙此外，由于在氧化過程中六價鉻還原成三價鉻，Cr3+增多，會使氧化膜變暗無光，抗蝕能力降低溶液中的三價鉻可采用電解法除去用鉛制陽極、鋼制陰極，其陽極電流密度為0.25A/dm2，陰極電流密度為l0A/dm2，使Cr3+在陽極氧化成Crb+溶液中S042含量過高時，可添加0.2-0.3g/L的Ba(OH)2或BaC03，通過化學(xué)沉淀法除去溶液中C1一含量過高時，必須稀釋或更換溶液(6）電解液的維護(hù)和調(diào)整主要由于在氧化過程中鋁的溶解，使溶液中鉻酸鋁A12(Cr04)3及堿性鉻酸鋁A1（OH）Cr04的量逐漸增多，而游離鉻酸含量減少，使電解液的氧化能力降低，因此要對電解液作定期分析，適時地添加鉻酸酐也可以用測量電解液的單位導(dǎo)電度或pH值的方法來調(diào)整電解液此外，在生產(chǎn)過程中，由于不斷向溶液中添加鉻酸醉，使電解液中含鉻量增高在35如的鉻酸舊極氧化溶液中，鉻的總含量（換算成CrOs）超過70g/L時，溶液氧化能力反而降低，應(yīng)稀釋或更換溶液(7）工藝操作須知在開始氧化的15分鐘內(nèi)，電壓控制在25V左右，隨后將電壓逐步調(diào)整到40V，持續(xù)45分鐘，斷電取出鋁制件隨著氧化過程的進(jìn)行，電流有下降現(xiàn)象，為了保持一定的電流密度，必須經(jīng)常調(diào)整電壓，并嚴(yán)格控制pH值在規(guī)定范圍內(nèi).第二節(jié) 硬質(zhì)陽極氧化一、硬質(zhì)陽極氧化的特點(diǎn)、用途和類型鋁及其合金經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化后，所獲的膜層具有以下的特點(diǎn)：(1)色澤膜層的外觀有褐色、深褐色、灰色到黑色，一般是隨鋁材和采用工藝的差異而有所區(qū)別，膜層愈厚，電解溫度愈低，顏色愈深(2)厚度膜層厚度可達(dá)250um左右，因此硬質(zhì)陽極氧化又稱為厚膜陽極氧化(3)硬度氧化膜的硬度非常高，在鋁合金上可達(dá)HV400-600，在純鋁上可達(dá)HV 1500；其氧化膜內(nèi)層硬度比外層高不僅硬度高，而且耐磨性能極好由于膜層具有大量的微小孔隙可吸附各種潤滑劑，故還可進(jìn)一步提高減摩能力(4)抗熱硬質(zhì)陽極氧化膜的熔點(diǎn)高達(dá).2050，導(dǎo)熱系數(shù)低至67kW/（mK），是極好的耐熱材料(5）絕緣硬質(zhì)陽極氧化膜的電阻率極大，特別經(jīng)封閉處理（浸絕緣漆或石蠟）后，它的擊穿電住可高達(dá)2000 V,(6)耐蝕膜層在大氣中，具有較高的抗蝕能力在3 %NaCI鹽霧氣氛中，能經(jīng)受數(shù)千小時而不腐蝕。(7)結(jié)合力膜層與基體金屬具有牢固的結(jié)合力。這是由于基體金屬本身在電場作用下發(fā)生氧化過程而形成的，使用一般機(jī)械方法難以從基體金屬表面除去根據(jù)上述特點(diǎn)，說明硬質(zhì)陽極氧化工藝的重要性，在國防工業(yè)和機(jī)械零件的制造工業(yè)方面應(yīng)用極其廣泛。主要用于制造對耐磨、耐熱、絕緣等性能要求高的鋁及鋁合金零件如各種罐筒的內(nèi)壁、活塞座、活塞、汽缸、軸承、飛機(jī)貨倉的地板、滾棒和導(dǎo)軌，水力設(shè)備的葉輪、齒輪、緩沖墊等零件在一定條件下，可用來修復(fù)受磨損的鋁合金零件還可用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍍硬鉻工藝此工藝與鍍硬鉻工藝相比較，具有成本低，膜層結(jié)合力牢固和電解液、清洗廢液處留力，便等優(yōu)點(diǎn)，獲得硬質(zhì)陽極氧化膜的溶液很多如硫酸、多種有機(jī)酸（如草酸、丙二酸、蘋果酸、磺基水楊酸等）的混合溶液。所用電源，有直流電、交流電、交直流疊加以及各種脈沖電流目前應(yīng)用較廣的有下列兩種類型：硫酸硬質(zhì)陽極氧化直流法和混合酸硬質(zhì)陽極氧化交直流疊加法一、硬質(zhì)陽極氧化工藝（一）硫酸硬質(zhì)陽極氧化工藝1.硫酸硬質(zhì)陽極氧化工藝流程鋁制件-化學(xué)除油-清洗-中和-清洗-硬質(zhì)陽極氧化-清洗-封閉-成品檢驗2.各種因素的影響(1)電解液濃度用硫酸電解液進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化時，一般用10-30%的濃度范圍濃度低時，膜層硬度高。特別對純鋁，更為明顯，但對含銅量高的鋁合金（LY12)例外因為含銅量較高的鋁合金中的CuAl,化合物在氧化過程中溶解速度較快，易使這部位成為電流聚集中心而被燒毀擊穿，所以一般用高濃度（200- 300g/L）的硫酸電解液進(jìn)行氧化處理(2)溫度電解液的溫度對膜層的硬度和耐磨性影響極大通常，溫度下降，硬度和耐磨性能增強(qiáng)為了獲得較高的硬度和耐磨性能；電解液的溫差應(yīng)控制在低溫并以t2為宜。(3)陽極電流密度提高電流密度氧化膜生成速度加快，氧化時間縮短，膜層受到硫酸化學(xué)溶解的時間相應(yīng)減少，膜層硬度和耐磨性也相應(yīng)提高但超過了極眼電流密度時由干氧化時發(fā)熱量大為增快。陽極鋁制件的界面溫度過高，膜層溶解速度加快，膜層硬度也低。因此，要獲得理想硬度的氧化膜層，應(yīng)該根據(jù)不同材料來選擇適當(dāng)?shù)碾娏髅芏取?4）合金成分合金元素和雜質(zhì)對鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜的質(zhì)量有很大影響，它影響膜層的均勻性和完整性等。例如，合金元素硅易使膜層顏色變灰。當(dāng)硅的含量超過7.5%時，采用直流電氧化獲得的膜層，薄而多孔，硬度低，耐磨性差，抗蝕能力也低因此，對于高組分的鋁銅、鋁硅、鋁錳合金的硬質(zhì)陽極氧化困難較大一般不適合用直流電進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化采用交直流電疊加法，或脈沖電流法進(jìn)行氧化，可獲得較為滿意的膜層3.硫酸硬質(zhì)陽極氧化工藝要求為了得到質(zhì)量好的硬質(zhì)陽極氧化膜，并能保證工件所需要的尺寸，必須根據(jù)下列要求進(jìn)行(1)銳角倒圓工件如有尖角，銳邊和毛刺，這些部分易使電流集中，產(chǎn)生大量熱，導(dǎo)致工件燒焦當(dāng)膜層較厚時，這些部分會產(chǎn)生大量微裂紋，并出現(xiàn)灰白色疏松易脫落的膜層因此，工件上的銳角均應(yīng)倒圓，半徑不應(yīng)小于0.5mm。(2)表面粗糙度對原來表面較粗糙的，經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理后，可變得平整些，而對原來表面粗糙度較低的工件，經(jīng)陽極處理后，表面粗糙度反而提高約12級。(3)尺寸余量經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化后會增加工件的尺寸，大致是膜層厚度的一半左右因此，機(jī)加工零件在氧化前的尺寸，還必須根據(jù)膜層厚度和尺寸允許公差來決定，以便經(jīng)氧化后達(dá)到規(guī)定的公差范圍對于氧化后要進(jìn)一步加工的零件應(yīng)留有加工余量。(4）專用夾具硬質(zhì)陽極氧化過程中，工件要承受很高的電壓和電流因此，一定要使工件與夾具保持良好的接觸杏則，由于接觸不良而擊穿和燒毀工件為此，要求設(shè)計合理的專用夾具。(5)局部保護(hù)對需要在工件表面局部進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化時，應(yīng)把不要求氧化的部位進(jìn)行絕緣保護(hù)。絕緣方法：將已配制好的絕緣膠用噴涂、刷涂或浸涂涂覆于表面。涂層要求薄而均勻，每涂一層，烘干一次，共涂24次經(jīng)陽極氧化后絕緣膠可用稀料洗去或用5070的熱水浸熱剝?nèi)ゼ纯山^緣膠配制方法：1) Q98-1 硝基膠5份Q04-3 紅色硝基磁漆1份（或少量甲基紅）用X-1 稀釋劑稀釋攪拌均勻工作粘度刷涂為60-80秒，噴涂為20-30秒（四號粘度計）烘干溫度 室溫烘干時間 3060分鐘2) G98-1 過氯乙烯膠液 100gG52-1 紅色過氯乙烯防腐漆15、20g用X-3 稀釋劑稀釋攪拌均勻調(diào)至適當(dāng)粘度，刷涂或浸涂3) 聚乙烯醇10Og，香蕉水500mL,調(diào)勻，刷涂配制方法：將聚乙烯醇溶解于香蕉水中成膠液狀，室溫固化4小時；如在60-70C下烘干，30分鐘即可。(6)檢測用試樣為了在不損壞零件的情況下，檢測硬質(zhì)陽極氧化膜的性能，二則檢測零件必須采用與產(chǎn)品同批材料制成的，并隨產(chǎn)品零件同槽進(jìn)行陽極氧化處理一般作檢測用試樣只要形狀大致相同即可，不必精制。5操作須知硬質(zhì)陽極氧化常用恒電流法用直流電源。氧化開始電流密度一般為O.5A/dm2,在25分鐘內(nèi)分5 - 8次逐漸升高到2.5 A/dm2然后保持電流密度恒定，并每隔5分鐘調(diào)整次電流密度，至氧化結(jié)束。開始電壓為9-12V，最終電壓可根據(jù)膜層的厚度和材料的不同而定在氧化過程中，要經(jīng)常注意電壓與電流表，如有電流突然增加，電壓突然下降現(xiàn)象，說明有的零件膜層局部已溶解應(yīng)立即斷電，檢查并取出已溶解的零件，其它零件可繼續(xù)進(jìn)行氧化處理，電流可一次給足.6掛具設(shè)計及設(shè)備條件(1）硬質(zhì)陽極氧化掛具設(shè)計硬質(zhì)陽極氧化掛具應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，以免制件在攪拌電解液的急流中脫落，并且有良好導(dǎo)電性能和重量輕、堅固耐用、裝卸制件方便、裝載量適當(dāng)?shù)囊蟪Ｓ脪炀哂袃煞N類型：一種是具有壓緊螺釘?shù)膴A具，另一種是用螺栓連接夾板或夾具其中所有與制件的觸點(diǎn)，均由鋁、鋁鎂合金、鋁硅鎂合金制成除了制件與接觸點(diǎn)有導(dǎo)電要求外，其它部位都要絕緣保護(hù)處理這樣可以節(jié)約掛具的金屬材料和電能的消耗(2)冷凍設(shè)備由于硫酸硬質(zhì)陽極氧化過程中，在工作表面通過較大電流，使熱金大部分集中于膜層的界面處，從而影響氧化過程的正常進(jìn)行和膜層的質(zhì)量因此，必須使用配套的冷凍裝置和攪拌設(shè)備，使電解液及時憐卻，始終保持氧化過程在低溫溶液中進(jìn)行(3)電氣設(shè)備硫酸硬質(zhì)陽極氧化直流法，只需要直流發(fā)電機(jī)域整流器其中使用整流器效率較高，并要求設(shè)置恒電流控制和電壓上升的自動裝置二、混合酸硬質(zhì)陽極氧化硫酸硬質(zhì)陽極氧化一般在低溫下進(jìn)行因此，必須備有配套的冷凍設(shè)備和無油的、最好是經(jīng)冷卻的壓縮空氣攪拌這樣，給生產(chǎn)增加一定的困難，如果在硫酸或草酸電解液中加入適量的有機(jī)酸，如丙二酸、乳酸、蘋果酸、磺基水楊酸、檸檬酸等，就允許提高硬質(zhì)氧化溫度這對便于生產(chǎn)、降低成本和提高膜層質(zhì)量都有一定好處。 第三節(jié) 特種陽極氧化一. 瓷質(zhì)陽極氧化1.瓷質(zhì)陽極氧化的特點(diǎn)、用途和類型。瓷質(zhì)陽極氧化，實際上是由鉻酸或草酸等陽極氧化法衍生而來的一種較特殊的氧化方法利用鋁育金在電解溶液中生成陽極氧化膜的同時，份些灰色物質(zhì)被吸附于正在成長的氧化膜中，從而獲得厚度約為6-20um的均勻、光滑以及有光澤的不透明的類似瓷釉和塘瓷色澤的氧化膜此外，其膜層還具有耳下的特性：(1)良好吸附能力，可以染成各種較深的色彩，裝飾效果很好。(2)膜層與基體金屬結(jié)合力十分良好，可以經(jīng)受沖壓加工。(3)膜層致密、有高于硫酸陽極氧化膜的抗腐蝕性能，有較高硬度和耐磨性，良好的絕熱性和電絕緣性(4)膜層的不透明性可以遮蓋加工上的缺陷，故對鋁制件表面的機(jī)加工要求較低。(5)通常在硫酸陽極氧化中不能達(dá)到滿意外觀的鋁材，進(jìn)行瓷質(zhì)陽極氧化后，往往能夠獲 得良好的表面裝飾效果。因此，該工藝對鋁材要求較低瓷質(zhì)陽極氧化已廣泛應(yīng)用于各種儀表、電子儀器上高精度零件表面或輕工產(chǎn)品表面的防護(hù)和裝飾。瓷質(zhì)陽極氧化的電解液，目前配方很多，主要可分為二大類：(1) 在草酸或硫酸電解液中添加稀有金屬元素如鈦、鋯、釷等）鹽類在氧化過程中，主要依賴于所添加鹽類的水解作用，產(chǎn)生發(fā)色物質(zhì)沉積于整個氧化膜的孔隙中、形成似釉的膜層膜層質(zhì)量好，硬度較高，可以保持零件的高精度、高光潔度電解溶液的價格昂貴，使用周期較短，而且對工藝條件的控制要求十分嚴(yán)格(2）以鉻酸酐為基礎(chǔ)的混合酸電解液它具有成分簡單、價廉、形成的膜層彈性好等優(yōu)點(diǎn)。但膜層硬度比較低在裝飾性鋁制品表面處理中得到廣泛的應(yīng)用。2瓷質(zhì)陽極氧化工藝流程鋁制件-輕微機(jī)械拋光-化學(xué)除油-熱水清洗-冷水清洗-HNO3中光澤處理-冷水清洗-瓷質(zhì)陽極氧化-冷水清洗-蒸餾水洗-染色-冷水清洗-蒸餾水（pH5-6、沸水）封閉-干燥-輕機(jī)械拋光亮-成品。3溶液配制（以1號配方為例）根據(jù)容積計算好所需要的化學(xué)藥品：首先將草一酸軟鉀溶解在5O-60度的蒸餾水中，倒入槽內(nèi)，然后加入草酸、硼酸、檸檬酸，最后加蒸餾水至工作液面，攪拌均勻用草酸調(diào)節(jié)pH值達(dá)到l.82.0，經(jīng)調(diào)試氧化合格后，即可生產(chǎn)。4.瓷質(zhì)陽極氧化溶液成分對氧化膜性能的影響配方1：(1)草酸欽鉀的影響鋁在草酸欽鉀溶液中陽極氧化得到陶磁般的不透明白色膜層，是自古以來就知道的有名的特殊氧化法。草酸欽鉀在溶液中的含量不足時，所得氧化膜是疏松的甚至是粉末狀的，含量必須控制在工藝范圍內(nèi)，使膜層致密、耐磨和耐腐蝕(2)草酸的影響草酸能促進(jìn)氧化膜的正常成長含量過低，膜層變??；含量過高，會出現(xiàn)溶液對膜層的溶解速度過快，使氧化膜疏松，降低膜層的硬度和耐磨性。(3)檸檬酸和硼酸均對膜層的光澤和乳白色有明顯的影響，還能對溶液起緩沖作用，提高溶液的穩(wěn)定性適當(dāng)提高含量可提高氧化膜的硬度和耐磨性配方2、3，(1)鉻酸的影響鉻酸在電解液中，除了影響溶液的電導(dǎo)和氧化膜生成速度外，還在很大程度上影響膜層的顏色。在相同的工作條件下，如不添加鉻酸醉，則膜層呈現(xiàn)半透明狀隨著鉻酸酐添加量的逐步增加，膜層的透明度隨之而降低，并向灰色方向轉(zhuǎn)化，仿瓷質(zhì)效果提高當(dāng)鉻酸酐含量在工藝范圍內(nèi)時，仿釉氧化膜的色澤最佳超過范圍，仿釉效果下降，并且會出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象。(2)草酸的影響在電解液中，隨著草酸含量的增加，膜層的仿釉漁擇逐步加深但當(dāng)其含量過高時，膜層的透明度漢熏新增加戶使產(chǎn)品的外觀類似普通黃色的氧化膜，欺草