陽極氧化基本介紹

1、鋁材陽極氧化的基本介紹一.鋁合金基本常識 第一位數(shù)：主要添加合金元素(如1050、5052、6063等) 。 1000：純鋁 2000：主要添加合金元素為銅 3000：主要添加合金元素為錳或錳與鎂 4000：主要添加合金元素為硅 5000：主要添加合金元素為鎂 6000：主要添加合金元素為硅與鎂 7000：主要添加合金元素為鋅與鎂 8000：不屬於上列合金系的新合金 二二. 鋁的物理特性鋁的物理特性 （1）、鋁合金的突出特點是密度小、強度高。鋁的密度為2.7g/cm3。 （2）、塑性高：鋁及鋁合金延展性好，可以通過擠壓、軋制成各種型狀的材料； （3）、導電好。僅次于金、銀、銅。 （4）、耐腐蝕

2、。易生成氧化膜后具有很好的耐腐蝕性，一般在空氣中不反應。 （5）、易表面處理。如陽極氧化、電鍍、電泳、噴涂等，提高了鋁的裝飾性和保護效果。三三. 鋁的化學特性鋁的化學特性 （1）、鋁的化學性質(zhì)活潑，在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約5nm的致密氧化膜，使鋁不會進一步氧化并能耐水； （2）、鋁的粉末與空氣混合則極易燃燒；熔融的鋁能與水猛烈反應，高溫下能將許多金屬氧化物還原為相應的金屬； （3）、鋁是兩性的，既易溶于強堿，也能溶于稀酸。 （4）、鋁在大氣中具有良好的耐蝕性，但純鋁的強度低，只有通過合金化才能得到可作結(jié)構(gòu)材料使用的各種鋁合金。陽極氧化的原理：將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使

3、其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度，保護金屬表面等。例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置于相應電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進行電解。陽極的鋁或其合金氧化 ，表面上形成氧化鋁薄層 ，陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，良好的耐熱性 ，優(yōu)良的絕緣性 ，耐擊穿電壓 ，增強了抗腐蝕性能 ，氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發(fā)動機氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。四四. 什么是陽極氧化什么是陽極氧化五五. 鋁陽極氧化作用鋁陽極氧化作用使產(chǎn)品增加

4、： （1）、耐蝕性； （2）、硬度和耐磨性，鋁基體的硬度為HV100，普通陽極氧化膜的硬度約HV300，硬質(zhì)氧化膜可達HV500。 （3）、裝 飾性，不盡可保護拋光表面的光澤，也可染色、著色，獲得和保持豐富多彩的外觀。 （4）、電絕緣性。 （5）、透明性。 （6）、功能性六六. 陽極氧化的原理陽極氧化的原理 鋁陽極氧化的原理實質(zhì)上就是水電解的原理。當電流通過時，在陰極上，放出氫氣；在陽極上，析出的氧不僅是分子態(tài)的氧，還包括原子氧（O）和離子氧，通常在反應中以分子氧表示。作為陽極的鋁被其上析出的氧所氧化，形成無水的氧化鋁膜，生成的氧并不是全部與鋁作用，一部分以氣態(tài)的形式析出。 電極反應：電極反應

5、： 陽極：陽極：H2O2E2H+O 2AL+33O AL2O3+1670.5J 陰極陰極: 2H+2E H2膜的溶解：膜的溶解： AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O七七. 陽極氧化的種類陽極氧化的種類 按電流形式分為： 1.直流電陽極氧化 2.交流電陽極氧化， 3.脈沖電流陽極氧化。 按電解液分有： 1.硫酸陽極氧化 2.草酸陽極氧化 3.鉻酸陽極氧化 4.磷酸陽極氧化 5.瓷質(zhì)陽極氧化 6.硬質(zhì)陽極氧化 7.微弧陽極氧化按膜層性子分有： 1.普通膜 2.硬質(zhì)膜（厚膜） 3.瓷質(zhì)膜 4.光亮修飾層 5.半導體作用的阻擋層八八. 陽極氧化膜結(jié)構(gòu)陽極氧化膜結(jié)構(gòu) 陽極氧化膜由兩層

6、組成，多孔的厚的外層是在具有介電性質(zhì)的致密的內(nèi)層上上成長起來的，后者稱為阻擋層（也稱活性層）。用電子顯微鏡觀察研究，膜層的縱橫面幾乎全都呈現(xiàn)與金屬表面垂直的管狀孔，它們貫穿膜外層直至氧化膜與金屬界面的阻擋層。以各孔隙為主軸周圍是致密的氧化鋁構(gòu)成一個蜂窩六棱體，稱為晶胞，整個膜層是又無數(shù)個這樣的晶胞組成。阻擋層是又無水的氧化鋁所組成，薄而致密，具有高的硬度和阻止電流通過的作用。 普通氧化常用參數(shù)范圍普通氧化常用參數(shù)范圍九九. 氧化膜成長機理氧化膜成長機理在硫酸電解液中陽極氧化，作為陽極的鋁制品，在陽極化初始的短暫時間內(nèi)，其表面受到均勻氧化，生成極薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱點

7、（如晶界，雜質(zhì)密集點，晶格缺陷或結(jié)構(gòu)變形處）發(fā)生局部溶解，而出現(xiàn)大量孔隙，即原生氧化中心，使基體金屬能與進入孔隙的電解液接觸，電流也因此得以繼續(xù)傳導，新生成的氧離子則用來氧化新的金屬，并以孔底為中心而展開，最后匯合，在舊膜與金屬之間形成一層新膜，使得局部溶解的舊膜如同得到“修補”似的。隨著氧化時間的延長，膜的不斷溶解或修補，氧化反應得以向縱深發(fā)展，從而使制品表面生成又薄而致密的內(nèi)層和厚而多孔的外層所組成的氧化膜。其內(nèi)層（阻擋層、介電層、活性層）厚度至氧化結(jié)束基本都不變，位置卻不斷向深處推移；而外層在一定的氧化時間內(nèi)隨時間而增厚。AL2O3.H2O多孔層阻擋層鋁基體BACA.通電瞬間,氧和鋁有很

8、大親和力,鋁基材迅速形成一 層致密 無孔的阻擋層,其厚度取決于槽電壓。B.由于氧化鋁原子體積大，故發(fā)生膨脹，阻擋層變得凹凸不平，造成電流分布不均勻，凹處電阻小，電流大，凸處相反。C.凹處在電場作用下發(fā)生電化學溶解以及H2SO4的化學溶解，凹處逐漸變成孔穴，凸處變成孔壁，阻擋層向多孔層轉(zhuǎn)移。十十. 陽極氧化制程陽極氧化制程鋁材脫脂水洗化拋活化染色封孔鋁原材脫脂后鋁材表面化拋后鋁材表面陽極氧化多孔層鋁表面去一次膜多孔層鋁表面去二次膜多孔層鋁表面脫脂目的：除去加工產(chǎn)品表面油污雜質(zhì)及產(chǎn)品表 面的 刮 傷、金屬毛剌、金屬氧化物等，給陽極氧化著色打好基礎，使其光澤達到客戶的要求。脫脂方法：鋁及鋁合金表面脫

9、脂有有機溶劑脫脂、表面活性劑脫脂、堿性溶液脫脂、酸性溶液脫脂、電解脫脂、 乳化脫脂。 脫脂槽： 洗潔精槽、冷脫槽、熱脫槽、純硝酸槽、 稀片堿槽 。十十.一一 脫脂的目的和方法脫脂步驟脫脂的目的和方法脫脂步驟十十.二二 .一一 化拋的目的和方法步驟化拋的目的和方法步驟 化拋目的是在磷酸基溶液浸泡工件，以消除工件表面的機械缺陷，減小表面粗糙度，并提高其表面光澤。影響因素： a. 化拋液成分； b. 化拋液濃度； c. 化拋溫度； d. 化拋時間；操作步驟：a. 將工件置于化拋槽中浸泡; b. 將工件在化拋槽中輕輕旋轉(zhuǎn); c. 將工件從化拋槽中快速取出，并用熱水洗; d. 水洗十十.二二.二二 中和

10、的目的和方法步驟中和的目的和方法步驟中和的目的是作為制品經(jīng)某些脫脂方法脫脂后的補充處理，以便進一步清理表面附著的油污臟物；清除制品表面的自然氧化膜及輕微的劃擦傷。從而使制品露出純凈的金屬基體，利于陽極膜的生成并獲得較高質(zhì)量的膜層。此外，通過改變?nèi)芤旱慕M成、溫度、處理時間及其它操作條件，可得到平滑或緞面無光或光澤等不同狀態(tài)的蝕洗表面。 Al2O3 + NaOH Al3+ + other; Al + NaOH NaAlO2 + H2化學反應公式化學反應公式 影響因素： a. 堿液濃度； b. 鋁離子濃度； c. 操作溫度； d. 操作時間； 操作方法： a. 將待處理的工件置于中和槽上方； b.

11、將工件放入中和槽； c. 設定中和時間； d. 中和時間到時迅速將工件移出中和槽并轉(zhuǎn)入水洗槽十十.三三 陽極氧化的目的和方法步驟陽極氧化的目的和方法步驟陽極氧化工藝獲得的鋁氧化膜外觀無色透明，厚 硬度高，孔隙多，吸附型強，有利于染色，經(jīng)封閉處理后，具有較高的抗腐蝕能力。 陰半極反應：2H+ + 2e H2 陽半極反應：4OH 4e 2H2O; Al + O2 Al2O3; Al2O3 + H2 2Al3+ + 3H2O影響因素： a. 電解液濃度; b.電解液溫度; c.電壓; 電流密度； d：氧化時間 成膜過程：2Al + 3H2O Al2O3 + 6H+ + 6e膜溶解過程：Al2O3 +

12、 6H+ 2Al3+ + 3H2O 陽極陽極氧化氧化 陰極陰極還原還原 整流器傳感器傳感器 陽極 (產(chǎn)品）陽極陽極電解液電解液VA吹風機冷卻 陰極循環(huán)循環(huán)陽極氧化的原理圖解陽極氧化的原理圖解十十.四四 活化的目的和方法步驟活化的目的和方法步驟 陽極氧化后，在著色之前，可用酸液處理將氧化膜活化，所有有機酸/無機酸及酸性鹽都可以作為活化劑，由于酸溶液對氧化鋁的化學溶解作用，氧化膜孔的孔壁從外向內(nèi)溶解，使孔徑擴大，同時可以通過控制活化時間的長短，得到孔徑大小不同的氧化鋁膜，達到擴孔，增加孔隙率，從而提高吸附染料能力的效果。影響因素： a. 活化劑種類； b. 活化劑濃度； c. 活化溫度； d.活化

13、時間十十.五五 染色的方法和注意事項染色的方法和注意事項染色的方法：鋁陽極氧化膜的化學著色是基于多孔膜層有 如紡織纖維一樣的吸附染料能力而得以進行的。一般 陽極氧化膜的孔隙直徑為0.01-0.03m，而染料在水 中分離成單分子，直徑為0.0015-0.0030m，著色時 染料被吸附在孔隙表面上并向孔內(nèi)擴散、堆積，而且 與氧化鋁進行離子鍵、氫鍵結(jié)合而使膜層著色，經(jīng)封 孔處理，染料被固定在孔隙內(nèi)。 染色注意事項： a. 氧化膜必須有足夠的厚度，具體厚度要依染色的色調(diào)而定，如果暗色要求較厚的膜層；而鮮艷的色澤需要較薄的膜層。-可通過控制氧化時間來控制膜的厚度。 b. 氧化膜必須要有足夠的孔隙和吸附能

14、力。-可通過控制電流密度來控制膜的孔隙，控制活化過程來控制膜的孔徑，從而控制膜的吸附能力。 c. 氧化膜應均勻，膜層本身的顏色適應于染色處理-選擇合適的電解液染色方法：染色方法： 1整體發(fā)色陽極氧化 2有機和無機染料染色 3電解著色 4干涉著色 5多色電解著色 常用染色方法：常用染色方法：電解著色：是金屬微粒沉積在陽極氧化膜多孔層的底部。隨機分布的金屬微粒對光線的反射，得到棕色，隨著沉積金屬微粒的增加，顏色由稻草黃到棕色，直至黑色。 封孔處理目的是：把陽極氧化膜的微孔封閉并將微孔內(nèi)染料固定，是染色工藝整體的一個部分。 封孔處理方法是：封孔處理最簡單的是在沸水中處理，只要進行的適當，就能保證染色

15、膜表現(xiàn)出應有的色澤牢固度，而且還可使工件具有防止脂印，色斑及油脂所染的能力。陽極氧化過的表面只有經(jīng)過充分的封孔才能使它失去對接觸物影響的能力。 影響因素： a.封孔液組成； b.封孔液PH值； c.封孔溫度； d.封孔時間十十.五五 封孔的目的方法和注意事項封孔的目的方法和注意事項封孔的原理：封孔的原理： 新鮮的陽極氧化膜在沸水或接近沸點的熱水中處理一定的時間后，失去活性，不再吸附染料，已染上的顏色不易退去，這一過程就是封閉，也稱封孔。用熱蒸汽也能封閉，但耗能大，應用不及熱水廣泛。1931年，公布了重鉻酸鉀溶液封閉，封閉后的陽極氧化膜呈淺黃色，有特別高的耐蝕性，廣泛應用于3C產(chǎn)品和飛機制造業(yè)。 鋁材氧化外觀檢查關鍵參數(shù)：鋁材氧化外觀檢查關鍵參數(shù)： （1）粗糙度）粗糙度：表面粗糙度是指加工表面具有較小間距和微小峰谷的不平度 檢測設備檢測設備：粗糙度儀 （2）膜厚）膜厚: 陽極氧化的膜層厚度 檢測設備檢測設備：粗糙度儀 （3）光澤度）光澤度：用數(shù)字表示物體表面接近鏡面的程度 檢測設備檢測設備：光澤儀 （4）色差）色差: 兩種顏色的差別。色差值表示顏色的差別大小，用E標示 檢測設備檢測設備：色差儀鋁材氧化常見缺陷及其原因：鋁材氧化常見缺陷及其原因： 1 . 白線：白線： 這是最常見也是最令人頭疼的表面