陽極氧化技術(shù)

關(guān)于陽極氧化技術(shù)主要內(nèi)容陽極氧化機理陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)陽極氧化工藝工藝參數(shù)對陽極氧化的影響膜厚及其均勻性的控制陽極氧化膜著色簡介陽極氧化新工藝簡介第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)陽極氧化機理陽極氧化：是將零件作為陽極放入特定的電解質(zhì)溶液中，在外加電流的作用下，使表面形成具有保護性氧化膜的表面處理方法。陽極（鋁件）：H2O-2e[O]+H+2Al+3[O]2Al2O3陰極（鉛板）：2H++2eH2同時伴隨酸對鋁和氧化膜的化學(xué)溶解反應(yīng)：2Al+6H+2Al3++3H2Al2O3+6H+2Al3++3H2O第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天ab段：阻擋層形成。通電瞬間迅速形成致密氧化膜，其厚度與電壓成正比，一般0.01-0.015μm；鋁陽極氧化特性曲線與氧化膜生長示意圖bc段：膜孔的出現(xiàn)。阻擋層形成的同時電解液對其產(chǎn)生溶解作用。某些部位溶解較多，被電壓擊穿，出現(xiàn)空穴，此時電阻減小，電壓下降；第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天cd段：多孔層增厚。電壓降到c點趨于平衡，隨氧化進行，電壓稍有增加，說明阻擋層不斷被溶解，空穴逐漸變?yōu)榭紫抖纬啥嗫讓樱娏魍ㄟ^膜孔又會生成新的阻擋層。此時阻擋層生成和溶解速度達到動態(tài)平衡，故阻擋層厚度不再變化，只有多孔層不斷增厚，當(dāng)多孔層溶解和生成速度達到動態(tài)平衡時，氧化膜厚度穩(wěn)定。第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)和特點

膜層組成與結(jié)構(gòu)阻擋層多孔層阻擋層：致密無孔的非晶氧化鋁，硬度高。多孔層：帶結(jié)晶水的非晶氧化鋁，硬度低。由多孔六面柱體的胞狀結(jié)構(gòu)組成，每個單元中心有一小孔，孔一直貫通到阻擋層，孔壁為較致密的氧化物。第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

膜層特點厚度范圍：5-20μm（常規(guī)氧化膜）；

250-300μm（硬質(zhì)氧化膜）1）硬度高：常規(guī)膜100-300 HV，硬質(zhì)膜在鋁合金上達400-600HV，在純鋁上1500HV.2）吸附性強：易于吸附涂料、粘結(jié)劑和染料等.3）絕緣性能好：高的絕緣電阻和擊穿電壓.4）絕熱耐熱性能好：低的熱導(dǎo)率0.419-1.26W/(mK),耐熱溫度可達1500℃。5）結(jié)合強度高：基體金屬直接參與成膜反應(yīng)，故結(jié)合牢固。6）耐蝕性較好：不耐堿腐蝕，惡劣環(huán)境下，要用清漆、蠟或潤滑油進行封閉處理。第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

硫酸陽極氧化工藝（以硫酸作為電解液）第三節(jié)鋁及鋁合金陽極氧化工藝工藝流程：表面整平—除油—浸蝕或拋光—陽極氧化—著色處理—封閉處理—干燥優(yōu)點：第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天李慕勤，等.材料表面工程技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

鉻酸陽極氧化工藝優(yōu)點：氧化膜不透明，為淺灰色或乳白色，厚度僅2-5微米，孔隙率低，所以工件仍能保持原來的精度和表面光潔度，因此該工藝適用于精密零件。缺點：膜層軟，耐磨性較差，不易染色。李慕勤，等.材料表面工程技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

草酸陽極氧化工藝優(yōu)點：氧化膜較厚8-60微米，硬度和耐蝕性高，孔隙率低，電絕緣性好。缺點：成本高（為硫酸陽極氧化的3-5倍），溶液有毒且穩(wěn)定性差。李慕勤，等.材料表面工程技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天其它金屬的陽極氧化工藝第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)工藝參數(shù)對硫酸陽極氧化的影響

硫酸濃度第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天硫酸濃度太高，膜層中SO3含量升高，導(dǎo)致膜層松散；另外對膜層溶解加劇，使膜層外層孔徑變大，使封孔困難。第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

槽液溫度第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

氧化電壓電壓高，膜層孔少徑大；反之，孔多徑小。用電壓和時間控制氧化膜厚度時，如果槽液溫度出現(xiàn)大的波動，電流密度就會發(fā)生較大變化，使得膜層厚度難以控制。第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

氧化電流密度第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天朱祖芳.鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天電流密度要根據(jù)對氧化膜質(zhì)量要求和以下幾點確定：第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

氧化時間第35頁,共51頁，2024年2月25日，星期天時間增加，硫酸溶液對膜層溶解作用加劇，使膜孔壁變薄，從而耐磨性變差

第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)膜厚及其均勻性的控制

陽極氧化膜厚控制第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

陽極氧化膜均勻性控制第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)陽極氧化膜著色簡介著色的作用耐磨裝飾耐蝕著色方法電解著色整體著色吸附著色第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

整體著色法概念：采用特定成分的鋁合金或在特殊的電解液中陽極氧化時，獲得氧化膜的同時而著上不同顏色，又稱為自然著色法。缺點：能耗大，成本高，廢水處理困難，色澤不鮮艷，逐漸被電解著色取代。第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

吸附著色法概念：將陽極氧化后的鋁制品浸漬到帶有染料的溶液中，使多孔層外表面吸附各種染料而呈現(xiàn)出染料的顏色。缺點：由于染料存在于多孔層表層，故耐光性、耐曬性、耐磨性較差。分類：無機鹽著色和有機染料著色。第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1）無機鹽著色特點：耐曬性好，但色種少，色調(diào)不鮮艷，與基體結(jié)合差。李慕勤，等.材料表面工程技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2）有機染料著色特點：色澤鮮艷，顏色范圍廣，但耐曬性差。李慕勤，等.材料表面工程技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天特點：耐曬性、耐磨性和耐候性均良好。在建筑裝飾鋁型材上應(yīng)用廣泛。

電解著色法概念：鋁制品陽極氧化后，再在含金屬鹽的電解液中進行交流電解，則在多孔層孔隙底部沉積金屬或金屬化合物而顯色。第46頁,共51頁，2024年2月25日，星期天李慕勤，等.材料表面工程技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.第47頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第七節(jié)陽極氧化新工藝簡介1）草酸-甲酸混合液交流快速氧化

采用草酸-甲酸混合液，是因為考慮到甲酸是一種強氧化劑，在這樣的槽液中，甲酸起到對氧化膜內(nèi)層加速溶解，從而使其成為多孔層的作用。這種槽液的導(dǎo)電率可以得到提高(即可提高電流密度)，使氧化膜能快速生成。與純草酸氧化法相比，這種溶液能使生產(chǎn)率提高37.5%，減少電耗量，節(jié)約電力40%。

工藝配方為：草酸4～5%、甲酸0.55%，三相交流44士2伏，電流密度2～2.5A/d㎡，溫度30±2℃。

第48頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2）混合酸氧化

該法于1976年正式納入日本國家標準，并為日本北星日輕家庭用品株式會社所采用。其特點是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐腐蝕性能都比普通的硫酸氧化法高，膜層呈銀白色，適用于印花、著色產(chǎn)品。我國鋁制品行業(yè)赴日考察后，于1979年開始推薦使用。推薦工藝配方為:H2SO410～20%，COOHCOOH·2H2O1～2%，電壓10～20V，電流密度1～3A/d㎡，溫度15～30℃，時間30分鐘。第49頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3）瓷質(zhì)氧化

瓷質(zhì)氧化主要以鉻酸、硼酸、草酸鈦鉀為電解質(zhì)，用高電壓和較高溫度作電解處理。其膜層外觀像瓷器上的釉，有高度的抗腐蝕性能，耐磨性能良好，膜層可用有