陽極氧化工藝

1、陽極氧化工藝陽極氧化工藝目的目的：讓基層人員掌握鋁讓基層人員掌握鋁及其合金的氧化基礎(chǔ)知識(shí)，及其合金的氧化基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)基層人員的操作技能培養(yǎng)基層人員的操作技能及品質(zhì)，保證擔(dān)當(dāng)能力。及品質(zhì)，保證擔(dān)當(dāng)能力。氧化種類氧化種類：1、化學(xué)氧化化學(xué)氧化：A.定義定義：將鋁及其合金置于某種適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程稱化學(xué)氧化。B.性質(zhì)性質(zhì)：氧化膜較薄(厚度為0.5-4um)多孔有良好的吸附能力,質(zhì)軟不耐磨、抗蝕性低于陽極氧化膜，一般作為涂裝的底層（如白色鈍化、金黃色鈍化）。2、電化學(xué)氧化電化學(xué)氧化：A.定義：定義： 將鋁及其合金置于某種適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛枠O，進(jìn)行通電處理的過程稱為陽極氧化。陽極氧化

2、陽極氧化：1、定義定義： 在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐校越饘僮鳛殛枠O，在外電流作用下，使其表面生成氧化膜的過程。2、性質(zhì)性質(zhì)：氧化膜結(jié)構(gòu)的多孔性;氧化膜的耐磨性;氧化膜的抗蝕性；氧化膜的電絕緣性；氧化膜的絕熱性；氧化膜的結(jié)合力。 3、種類種類： 硫酸陽極氧化； 草酸陽極氧化； 鉻酸陽極氧化； 磷酸陽極氧化； 瓷質(zhì)陽極氧化； 硬質(zhì)陽極氧化; 微弧陽極氧化。（一）硫酸陽極氧化（一）硫酸陽極氧化：1、工藝、工藝：H2SO4:160200g/L Al3+:315g/L 電壓：816V 溫度：1526 氧化時(shí)間：545分鐘 陰極：鋁板或鉛板 S陰陰：S陽陽=3：1 2、氧化膜形成機(jī)理、氧化膜形成機(jī)理： 鉛作為陰極

3、，鋁產(chǎn)品作為陽極： 2H+2eH2 2O2-4eO2O2+AlAl2O3 氧化膜的生成與溶解同時(shí)進(jìn)行，氧化初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜厚度不斷增加，隨著膜厚的增加，其電阻增大，使膜的生長(zhǎng)速度減慢，一直到與膜溶解速度相等時(shí)，膜的厚度才為一定值 v鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極,以鉛板作陰極在硫酸、草酸、鉻酸等水溶液中電解，使其表面生成氧化膜層。其中硫酸陽極氧化處理應(yīng)用最為廣泛。鋁和鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜層有較高的吸附能力，易進(jìn)行封孔或著色處理，更加提高其抗蝕性和外觀。陽極氧化膜層一般3-15um，鋁合金硫酸陽極氧化工藝操作簡(jiǎn)單，電解液穩(wěn)定，成本也不高，是成熟的工藝方法，但在硫酸陽極化過

4、程中往往免不了發(fā)生各種故障，影響氧化膜層質(zhì)量。認(rèn)真總結(jié)分析故障產(chǎn)生的原因并采取有效預(yù)防措施，對(duì)提高鋁合金硫酸陽極氧化質(zhì)量有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.常見故障及分析:(1)鋁合金制品經(jīng)硫酸陽極氧化處理后,發(fā)生局部無氧化膜,呈現(xiàn)肉眼可見的黑斑或條紋,氧化膜有鼓瘤或孔穴現(xiàn)象.此類故障雖不多見但也有發(fā)生.上述故障原因,一般與鋁和鋁合金的成分、組織及相的均勻性等有關(guān)，或者與電解液中所溶解的某些金屬離子或懸浮雜質(zhì)等有關(guān)。鋁和鋁合金的化學(xué)成分、組織和金屬相的均勻性會(huì)影響氧化膜的生成和性能。純鋁或鋁鎂合金的氧化膜容易生成，膜的質(zhì)量也較佳。而鋁硅合金或含銅量較高的鋁合金，氧化膜則較難生成，且生成的膜發(fā)暗、發(fā)灰、光澤性

5、不好。如果表面產(chǎn)生金屬相的不均勻、組織偏析、微雜質(zhì)偏析或者熱處理不當(dāng)所造成各部分組織不均勻等，則易產(chǎn)生選擇性氧化或選擇性溶解。若鋁合金中局部硅含量偏析，則往往造成局部無氧化膜或呈黑斑點(diǎn)條紋或局部選擇性溶解產(chǎn)生空穴等。另外，如果電解液中有懸浮雜質(zhì)、塵埃或銅鐵等金屬雜質(zhì)離子含量過高，往往會(huì)使氧化膜出現(xiàn)黑斑點(diǎn)或黑條紋，影響氧化膜的抗蝕防護(hù)性能。(2)同槽處理的陽極氧化零件,有的無氧化膜或膜層輕薄或不完整,有的在夾具和零件接觸處有燒損熔蝕現(xiàn)象.這類故障在硫酸陽極氧化工藝實(shí)踐中往往較多發(fā)生,嚴(yán)重影響鋁合金陽極氧化質(zhì)量. 由于鋁氧化膜的絕緣性較好,所以鋁合金制件在陽極氧化處理前必須牢固地裝掛在通用或?qū)Ｓ脢A

6、具上,以保證良好的導(dǎo)電性.導(dǎo)電棒應(yīng)選用銅或銅合金材料并要保證足夠接觸面積.夾具與零件接觸處,既要保證電流自由通過,又要盡可能減少夾具和零件間的接觸面積過小,電流密度太大,會(huì)產(chǎn)生過熱易燒損零件和夾具.無氧化膜或膜層不完整等現(xiàn)象,主要是由于夾具和制件接觸不好,導(dǎo)電不良或者是由于夾具上氧化膜層未徹底清除所致.(3)鋁合金硫酸陽極氧化處理后,氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉,特別是填充封閉后,制件表面出現(xiàn)嚴(yán)重粉層,抗蝕性低劣.這一類故障多發(fā)生在夏季,尤其是沒有冷卻裝置的硫v酸陽極化槽,往往處理1-2槽零件后,疏松粉化現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn),明顯地影響氧化膜的質(zhì)量.v由于鋁合金陽極氧化膜電阻很大,在陽極氧化工藝過程

7、中會(huì)產(chǎn)生大量焦耳熱,槽電壓越高產(chǎn)生熱量越大,從而導(dǎo)致電解液溫度不斷上升.所以在陽極氧化過程中,必須采用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在一定范圍.一般情況下,溫度應(yīng)控制在15-24,氧化膜質(zhì)量較佳.若電解液溫度超過30 ,氧化膜會(huì)產(chǎn)生疏松粉化,膜層質(zhì)量低劣,嚴(yán)重時(shí)發(fā)生“燒焦”現(xiàn)象。另外，當(dāng)電解液溫度恒定時(shí)，陽極電流密度也必須予以限制，因?yàn)殛枠O電流密度過高，溫升劇烈，氧化膜也易疏松呈粉狀或砂粒狀，對(duì)氧化膜質(zhì)量十分不利。(4)偶然發(fā)生鋁合金硫酸陽極氧化后氧化膜暗淡無光,有時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕,嚴(yán)重時(shí)黑色點(diǎn)狀腐蝕顯著,導(dǎo)致零件報(bào)廢,引起較大損失.這類故障往往是偶然發(fā)生并有特殊原因造成的.在鋁合金陽極氧化過程

8、中,中途斷電又重新給電,往往會(huì)使氧化膜暗淡無光,而中途停電零件在清洗槽停留過久,清洗水槽酸度過高,水質(zhì)不凈,含懸浮物、泥砂等較多，往往會(huì)使鋁合金制件發(fā)生電化學(xué)腐蝕，發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕黑斑等。有時(shí)向電解液中添加自來水，水經(jīng)漂白粉處理且Cl-含量超標(biāo)或有時(shí)盛裝過HCl的容器未經(jīng)徹底清洗又盛裝硫酸，都會(huì)使陽極氧化電解液中混入超量的Cl-，從而導(dǎo)致鋁合金零件陽極氧化產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕使產(chǎn)品報(bào)廢等。v2.預(yù)防故障的措施v鋁合金硫酸陽極氧化膜質(zhì)量好壞,抗蝕防護(hù)性能的優(yōu)劣主要取決于鋁合金的成分,膜層厚度以及陽極氧化處理工藝條件,如溫度、電流密度、使用水質(zhì)及陽極氧化后的填充封閉工藝等。要減少或避免陽極氧化故障提高產(chǎn)品質(zhì)量

9、要從微細(xì)處著手，采取有效措施。(1)對(duì)不同的鋁合金,如鑄造成型、壓延成型或機(jī)械加工成型或經(jīng)熱處理焊接等工序，要根據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的前處理方法。比如，澆鑄成型的鋁合金表面，其非機(jī)加工表面一般應(yīng)采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對(duì)硅含量較高的鋁合金（尤其是鑄鋁）應(yīng)經(jīng)過含有5%左右氫氟酸的硝酸混合v酸溶液浸蝕活化，才能有效地保持良好的活化表面，確保氧化膜質(zhì)量。不同材質(zhì)的鋁合金，純鋁和零件大小規(guī)格不同的鋁和鋁合金零件，一般不宜同槽氧化處理。對(duì)于搭接、點(diǎn)焊或鉚接的鋁合金組合件，對(duì)于在陽極氧化過程中易形成氣袋不易排除的鋁合金制件，從質(zhì)量考慮，一般不允許采用硫酸陽極氧化工藝。v(2)裝掛夾具材料必須

10、確保導(dǎo)電良好,一般選用硬鋁合金棒,板材要保證有一定彈性和強(qiáng)度。拉鉤宜選用銅或銅合金材料。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時(shí)再次v使用，必須徹底退除其表面氧化膜，確保良好接觸。工夾具既要保證足夠?qū)щ娊佑|面積，又要盡量減少夾具印痕。如果接觸面太小，會(huì)導(dǎo)致燒損熔蝕陽極氧化零件。v(3)硫酸陽極氧化溶液的溫度必須嚴(yán)格控制,最佳溫度范圍是15-25.硫酸陽極氧化工藝過程中需采用壓縮空氣攪拌,并應(yīng)配備制冷裝置.在無制冷裝置的情況下,在硫酸電解液中加入1.5%-2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸，可以使陽極氧化溶液溫度范圍超過35 而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。一些工藝試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐已證實(shí)，在硫酸

11、陽極氧化電解液中加入適量羧酸或丙三醇可有效減少反應(yīng)熱效應(yīng)的不良影響，可以在不降低氧v化膜厚度和硬度的條伯下提高陽極氧化電解液的溫度允許上限，在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率。另外，控制溫度恒定的條件下，也要注意有效控制陽極電流密度，才能更好地保證氧化膜質(zhì)量。v(4)硫酸陽極氧化電解液所使用的水質(zhì)及電解液中的有害雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制.配制硫酸陽極氧化溶液不宜用自來水,尤其不能用渾濁的含苞欲放Ca2+、 Mg2+、SiO32-及Cl-含量高的自來水.一般情況下,水中Cl-濃度達(dá)25 mg/L時(shí)就會(huì)對(duì)鋁合金的陽極氧化處理產(chǎn)生有害影響. Cl-(包括其它鹵族元素)可破壞氧化膜生成,甚至根本形不成氧化膜.硫

12、酸陽極氧化應(yīng)選用軟化水、去離子水或蒸餾水，電解液中的vCcl-15mg/L 總礦物質(zhì)50mg/L 。v硫酸溶液在陽極氧化工藝過程中，會(huì)產(chǎn)生油污泡沫及懸浮雜質(zhì)，應(yīng)定期排除。硫酸陽極氧化溶液中常見的其他有害雜質(zhì)還有Cu2+、Fe3+、Al3+等。如果雜質(zhì)含量超過允許含量，會(huì)產(chǎn)生有害影響，可部分或全部更換硫酸溶液，才能有效保證鋁合金硫酸陽極氧化質(zhì)量。v鋁合金硫酸陽極氧化處理是廣泛應(yīng)用且成熟的抗蝕防護(hù)裝飾處理工藝，只要嚴(yán)格執(zhí)行工藝條件，認(rèn)真操作，硫酸陽極氧化膜質(zhì)量是完全可以保證的。3、工藝條件及影響因素、工藝條件及影響因素：硫酸濃度硫酸濃度： 硫酸濃度越高，氧化膜孔隙率也越高，吸附性能好且膜層富有彈性

13、，180220g/L硫酸濃度生產(chǎn)氧化膜易于染色或電解著色，要獲取硬而耐磨的氧化膜時(shí)，硫酸濃度控制在150180g/L為宜；Al3+含量含量： 電解液中Al3+控制在0.55g/L時(shí)最佳,有助于氧化膜的抗蝕性和耐磨性,但Al3+不宜超出10g/L,否則，氧化膜性能急劇下降；溫度溫度： 類似硫酸濃度對(duì)氧化膜的影響，溫度越高，氧化膜溶解速度加快，膜的生長(zhǎng)速度減小，氧化膜疏松多孔，電解著色后表面易出現(xiàn)粉霜，一般需染色或電解著色溫度控制在202為最佳，溫度高出一定溫度時(shí)，電解液溫度會(huì)因焦耳熱而逐漸升高，燒焦產(chǎn)品，通常在電解槽內(nèi)壁鋪放蛇形冷卻管；電流密度電流密度： 電流密度越大，膜較硬，耐磨性好，但電流密

14、度過高，則會(huì)因焦耳熱影響，使膜層溶解作用增加，電流密度過高，膜層氧化時(shí)間過長(zhǎng)，膜疏松，硬度降低，對(duì)于需染色或電解著色的氧化膜，電流密度宜取1.5A/dm22.0A/dm2,裝飾性陽極氧化膜電流密度宜取0.50.8A/dm2;氧化時(shí)間氧化時(shí)間: 氧化時(shí)間依據(jù)電解液濃度、溫度、電流密度、膜厚進(jìn)行選擇，針對(duì)形狀復(fù)雜，易變形的鋁制品，氧化時(shí)間不宜過長(zhǎng)，最好不要超過60min.雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響： 主要雜質(zhì)：AL3+、Cu2+、Si2+、Fe3+、Cl-、F-、NO3-具體影響如下表：雜質(zhì)來源最大允含量（g/L）對(duì)陽極氧化膜質(zhì) 量的影響排除方法Cl-水0.05 在氧化膜上形成黑色腐蝕斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)鋁制品

15、表面會(huì)發(fā)生穿孔而報(bào)廢。 用去離子水或蒸餾水配制槽液，并嚴(yán)格控制清槽水質(zhì)。F-水0.01同上同上AL3+ 鋁基體在陽極氧化過程中溶解進(jìn)入電解液10 氧化膜透明度變差,染色性能下降,耐蝕性、耐磨性下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工件燒蝕。 升溫至4050,在攪拌條件下加入硫酸銨,變成硫酸鋁銨去除,也可通過稀釋或更換槽液的方法除去.Cu2+ 合金鋁中的Cu溶解進(jìn)入電解液0.02 氧化膜出現(xiàn)暗色條紋或斑點(diǎn) 用電解處理法使銅在陽極上析出,平時(shí)可用刷法陽極的方式減小累積Fe3+ 合金鋁中的Fe溶解進(jìn)入電解液2同上稀釋或更換槽液Si2+懸浮于電解液中 合金鋁中的Si溶解進(jìn)入電解液 使電解變得渾濁,并常常以粉狀吸附在工件上

16、過濾排除v攪拌影響攪拌影響： v 因氧化膜電阻較大,在電流作用下產(chǎn)生很高的焦耳熱,如不及時(shí)擴(kuò)散,工件易被燒損,即使不燒爛,生成的膜多疏松,甚至粉化。一般采用壓縮空氣攪拌,用于攪拌電解液的壓縮空氣必須經(jīng)過油水分離器凈化,以免污染槽液;v材質(zhì)影響材質(zhì)影響：v 所謂材質(zhì)不僅僅指合金成分,還包括組織狀態(tài)(熱處理狀態(tài))和表面加工狀態(tài)。鋁越純,生成氧化膜透明光亮,否則,氧化膜透明度和光亮度越低,且抗蝕力越差,組織狀態(tài)或加工不同，形成氧化膜不均勻。v（二）草酸陽極氧化（二）草酸陽極氧化：v 草酸陽極氧化膜的耐蝕性和耐磨性比硫酸陽極氧化均有所提高，且富有彈性，孔隙率小，絕緣性好，且裝飾性優(yōu)于硫酸陽極氧化，另生

17、產(chǎn)成本是硫酸陽極氧化的3-5倍；v性質(zhì)性質(zhì)：氧化膜顏色稱黃褐色，且隨膜厚增加，顏色逐漸加深。1、工藝、工藝：草酸（C2H2O4.2H2O）：4060g/L 溫度：2030 電流密度：1.54.5A/dm2 電壓:90150V 時(shí)間:4060分鐘 2、槽液配制、槽液配制：用4/5工作體積用的去離子水或蒸餾水加熱至7080，在攪拌條件下加入所需量草酸；v3、電解維護(hù)、電解維護(hù)：v因草酸在陽極能被還原為羥基乙酸，陽極上被氧化成二氧化碳，故穩(wěn)定性較差，約每1A h通電消耗草酸0.13g-0.14g,草酸鋁生成;約1A h大約有0.08g0.9g鋁與草酸結(jié)合生成草酸鋁,可按鋁溶解量的5倍補(bǔ)加草酸,電解液

18、對(duì)Al3+、Cl-等雜質(zhì)較敏感，故Al3+2g/L Cl-0.04g/L.v4、操作注意事項(xiàng)、操作注意事項(xiàng)：v（1）零件在小電流密度下帶電入槽，呈階梯式逐步升高電壓，防止燒穿或氧化膜不均；v（2）電壓不宜超過120V，保持在110V，且電壓自然下降；v（3）強(qiáng)性冷卻保持電解液溫度恒定。v（三）硬質(zhì)陽極氧化（也稱膜厚陽極（三）硬質(zhì)陽極氧化（也稱膜厚陽極氧化）氧化）v1、工藝、工藝：低溫、高壓、強(qiáng)烈攪拌以 獲取厚而密的高硬度膜層；v2、性質(zhì)特點(diǎn)、性質(zhì)特點(diǎn)：v氧化膜較厚（可達(dá)250um300um）一般工業(yè)上通常膜厚通常在2030um;v氧化膜硬度高，耐磨性好，鋁合金一般可達(dá)350600HV，純鋁制品更高 v耐蝕性能好，長(zhǎng)達(dá)數(shù)百小時(shí)鹽霧試驗(yàn)，厚膜甚至可達(dá)1000um以上；v氧化膜熔點(diǎn)高達(dá)2050，耐蝕和隔熱性能極佳；v氧化膜電阻