铝合金阳极氧化素材

1、目的：铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，由于这种自然氧化膜极薄，耐蚀能力很低，故远不能满足工业上应用的需要。为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，大多数情况下可以采取阳极氧化处理。

铝及铝合金阳极氧化液有酸性液、碱性液和非水液等三大类。通常采用酸性液。它可分为硫酸、铬酸、磷酸等无机酸体系，草酸、氨磺酸、丙二酸、磺基水杨酸等有机酸体系，以及无机酸加有机酸的混合酸体系。 溶液对铝的溶解能力应适当，盐酸的腐蚀性太强，不能用于铝阳极氧化；硼酸和硼酸铵的溶解能力太弱，除特殊应用外，一般情况也不适宜。

工业生产中主要采用硫酸法、铬酸法、草酸法和混合酸法，其中硫酸法应用最为广泛。 2、机理：1 阳极氧化的电极反应

铝及铝合金阳极氧化液一般采用中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等， 将铝及铝合金零件作为阳极，铅板为阴极，通以直流电，阴极上的反应为： 2H+ 2e →H2↑ 而在阳极上，主要是水的放电：

H2O －2e → [O] + 2H

通过电子显微镜、示踪原于等现代测试方法，对氧化膜形成过程提出了新的观点，在阳极上铝原子失去电子而氧化：

Al － 3e → Al 2Al

3＋

3＋

+

+

＋ 3O

2－

→ Al2O3

与铝结合的氧离子来自哪个原子团或离子尚不得而知，实际上阳极反应过程是相当复杂的，一些问题仍在探索中。

在氧化膜／溶液界面上还发生氧化膜的化学溶解：

Al2O3 ＋ 3H2SO4 → Al2(SO4)3 ＋ 3H2O 2Al + 3[O] → A12O3 ＋ 1670kJ

AB段 阻挡层形成 通电开始的几秒至十几秒时间内，电压随时间急剧增加到最大值，称为临界电压或形成电压。说明在阳极上形成了连续的、无孔的薄膜层，具有较高的电阻，称为阻挡层。随着膜层加厚，电阻增大，引起槽电压急剧地呈直线上升，阻挡层的出现阻碍了膜层的继续加厚。阻挡层的厚度与形成电压成正比，形成电压越高，阻挡层越厚；而与氧化膜在溶液中的溶解速度成反比。在普通硫酸阳极氧化时采用13V—18V槽电压，则阻挡层厚度约为0.01μm～0.015μm。温度对形成电压的影响很大，温度高，溶液对膜的溶解作用强，阻挡层薄，形成电压低。这一段的特点是氧化膜的生成速度远大于溶解速度。

BC段 膜孔的出现 阳极电压达到最大值后开始有所下降，这时由于阻挡层膨胀而变得凹凸不平，凹处电阻较小而电流较大，在电场作用下发生电化学溶解，以及溶液侵蚀的化学溶解，凹处不断加深而出现孔穴，这时电阻减小而电压下降。

CD段 多孔层增厚 大约在阳极氧化20s后，电压趋向平稳，随着氧化的进行，电压稍有增加，但幅度很小。 这说明阻挡层在不断地被溶解，孔穴逐淅变成孔隙而形成多孔层，电流通过每一个膜孔，新的阻挡层又在生成。

这时阻挡层的生长和溶解的速度达到动态平衡，阻挡层的厚度保持不变，而多孔层则不断增厚。多孔层的厚度取决于工艺条件，主要因素是温度。由于氧化生成热和溶液的焦耳热使溶液温度升高，对膜层的溶解速度也随之加大。当多孔层的形成速度与溶解速度达到平衡时，氧化膜的厚度也就不会再继续增加。该平衡到来的时间愈长，则氧化膜愈厚。

氧化膜孔隙的形成可通过电渗现象来解释，如图26—2所示。部分孔壁水化氧化膜带负电，新鲜的酸溶液从孔中心直人孔底，在孔底处因酸溶液的溶解而形成富Al的液体，带正电。在电场作用下发生电渗流，使富Al

3＋

3＋

液体只能沿孔壁向外流动，而新鲜溶液又从中心向底部补充，使孔内液体不断更新，结果孔底继续溶解而加深。沿孔壁向外流动的高Al液体对膜已失去溶解能力，因此随氧化时间的延续，使孔不断加深，逐渐形成多孔层。孔隙的存在和孔内溶液的不断更新，使离子可以通行无阻，因此在多孔层建立过程中电阻变化不大．电压也就比较平稳。

3＋

3、工艺流程如下：

机械准备——除油——水洗——浸蚀(或化学抛光、电化学抛光)——水洗——阳极氧化——水洗——着

色——水洗——封闭——水洗——干燥 4、硫酸阳极氧化

铝及铝合金硫酸阳极氧化可在硫酸或含有添加剂的硫酸溶液中进行。常用的工艺规范列于表26—2。

表26—2 硫酸阳极氧化工艺规范

配 方

成分及操作条件

1

硫酸H2SO4(d=1.84)／g2L

－1－1

2 150~160

3 150~200 5~6

4 150~160 50

180~200

草酸C2H2O422H2O／g2 L 甘油C3H8O7 ／g2 L 温度/℃

电流密度／A2dm 电压／V

－2

－1

15～25 0.8～1.5 12～22

20±1 1.1～1.5 18～20

15～25 0.8～1.2 18～24

20 1～3 16～18

配方1为通用配方；配方2适合建筑用铝合金，电源用直流或脉冲；配方3、4为有添加剂的溶液。阳极氧化过程中，溶液需适当搅拌，可通入干燥的压缩空气或移动极杆。

铝阳极氧化的电流效率在室温下通常为60％－70％。氧化时间视所需膜厚来定，并与电流密度和温度有关，一般防护装饰性膜为30min～40min，需要着色时选上限或更长时间；含铜量高的铝合金需要较长的氧化时间，适宜在较高浓度的溶液中氧化。硫酸溶液的体积电流密度一般不应大于0.3 A／L；每立方米溶液允许氧化零件面积总和为3.3m。所以，应控制氧化零件的装载量。合金成分不同或形状差异较大的零件避免在同一槽中氧化，以防止膜厚差别加大。 2．溶液的控制

配制溶液应采用蒸馏水或去离子水，硫酸最好用化学试剂，如用工业硫酸，其NaCI含量应不大于0.02％。 阳极氧化液中可能存在的杂质有金属离子，如Al、Fe 、Cu、Pb、Mg、Mn及阴离子Cl、F 、NO3

－

3+

3+

2+

2+

2+

2+

－

－

2

等。金属高于来自铝及铝合金的自身溶解，少量Al(1 g／L左右)有益于氧化膜的正常生成。随着Al的增加，

3+

3+3+

溶液导电性变差，电压和电流不稳定，膜的透明度、耐蚀性和耐磨性均有所下降。当Al大于20g／ L 时，铝表面将出现白点或块状白斑，氧化膜的吸附能力下降，着色困难。 Cu > 0.02g／L， Fe> 0.2 g／L时，氧化膜会出现暗色条纹和黑色斑点，Sn 、Pb、Mn等会使氧化膜发暗至发黑。阴离子杂质来源于溶液的配制水和洗涤水的带人。 Cl、F 、 NO3存在时，氧化膜孔隙率增大，表面粗糙疏松，造成局部腐蚀，严重时发生穿孔，允许的最大含量为： Cl 0.05 g／L、 F 0.01g／L、 NO3 0.02g／L。

溶液中的铝离子可先将溶液温度升高到40 ℃ ～50 ℃ ，在不断搅拌下缓慢地加入硫酸铵，使铝变成硫酸钼铵复盐沉淀除去。铜等重金属杂质可通过低电流密度电解处理清除。硅常悬浮于溶液中，可采取过滤方法排除。硫酸溶液成本较低，若有害杂质过多且严重影响膜层质量时，更换新溶液可能比处理杂质更为经济。

－

－

－

－

－

－2+

2+

2+

2+

3+

3工艺流程: 装挂→ 脱脂→ 水洗→ 碱蚀→ 水洗→ （出光或抛光） → 中和（出光除灰）→ 水洗→水洗→ 阳极氧化→ 水洗→ （电解着色或染料着色）→ 封孔→水洗→ 干燥 4、 工艺参数

1、 装挂前的准备：

检查导电梁、导电杆等导电部位能否充分导电、并定期打磨、清洗或修理。 检查传送带及相关设备是否正常。

核对随料单或生产任务单的型号、长度、支数、颜色、膜厚等要求是否与订单及实物相符。

装挂时：

应将型材均匀排布在导电杆有效区间、并上紧每一根料。 装挂前应打磨净导电杆上的氧化膜。

装挂时，严禁将型材全部装挂在挂具的下部或上部。

装挂的型材必须保持一定的倾斜度（>5°）以利于电泳或着色时排气，减少斑点（气泡）。 装挂时必须考虑型材装饰面和沟槽的朝向、防止色差、汽泡、麻点产生在装饰面上 2、

产品名称 产品型号 除油粉 开槽比例 参数控制 常温～45℃ 备 注 ①日常应定时检测槽液中除油粉的含量并及时补充。 ②除油洁净度判断：工件水洗后，水膜均匀，无挂 除油剂 LY-900 1～4% 处理时间 2～5 min 珠现象。 ③及时清理槽液表面浮油及底部污物。④换槽周期3～6个月。 3、

参数 备 注 LY-901 3～7% 处理温度 使用自来水，保持溢流清洁，下进水上出水为宜，处理温度 常温 每1～2天换清水。 处理时间 1～2min 控制pH值 8～10 4、

产品名称 开槽比例 控制参数 备 注 氢氧化钠 2～6% 处理温度：40～60℃ ① 超出120g/L铝离子时，要清理槽底沉渣LY-908 1～3% 处理时间：2～3min 方可再继续使用。 ② 平常要定期检测碱控制参数：氢氧化钠浓 度 铝离子浓度 5、

的浓度以及铝离子的含量。 ③ 换槽周期为一年或视使用情况而定。 参数 备 注 使用自来水，保持溢流清洁，下进水上出水为宜，处理温度 常温 每1～2天换清水。 处理时间 1～2min 控制pH值 8～9 6、

产品名称 开槽比例 控制参数 备 注 硝酸(68%) 16～18% 处理温度：常温～35℃ ① 平常要定期检测硝酸的浓度。

LY-911 2～4% 处理时间：2～3min ② 定期观察除灰速度及效果。 控制参数：硝酸浓度 7、

③ 换槽周期为一年或视使用情况而定。 参数 备 注 使用纯水，保持溢流清洁，下进水上出水为宜，每1～处理温度 常温 2天换清水。 处理时间 1～2min 控制pH值 3～4 8、

参数 备 注 使用纯水，保持溢流清洁，下进水上出水为宜，每1～处理温度 常温 2天换清水。 处理时间 1～2min 控制pH值 6～7 ? 9、硫酸 (比重1.84，CP) (g/l) 160～180 宽温氧化剂LY-920(g/l) 30-50

温度(℃) 15～25(最佳18~22） 电压(V) 12～20 阳极电流密度(A/dm2) 1～1.5（<2.0）

时间(min) 10～25 使用纯水，电解液中的CCl-≤15mg/L，总矿物质≤50mg/L

一般温度控制在18~22度获得的氧化膜多孔、吸附性能好、富有弹性、抗蚀能力较强，但耐磨性能较差。温度过高会导致膜层溶解速度加大，使膜层减薄，孔隙率增加。降低温度，膜层的化学溶解速度减慢，使膜层增厚，孔隙率减小，而耐蚀和耐磨能力增强 10、

参数 备 注 使用纯水，保持溢流清洁，下进水上出水为宜，每1～处理温度 常温 2天换清水。 处理时间 1～2min 控制pH值 2～4 11、

参数 LY-930A LY-930B 处理温度 处理时间 控制pH值 20ml/L 8ml/L 25-35℃ 5～10min 5～6 备 注 使用纯水，根据处理量或检测参数进行补加LY-930A，LY-930B则用于调节pH，一般用量为LY-930A的30-40%。 冷封孔:是一种较新的工艺，常温使用 使用方法:

1. 初始用量(每1升槽容量)里添加: A剂:18~25ml B组:6ml-10ml 2. pH值:5.0-6.0。A剂可降低pH，B剂可提高pH。 但若有需要, 也可用硫酸或KOH溶液调节。 3. 温度:25-35℃, 最好28-30℃

4. 处理时间: 20um的氧化层0.5分钟/um; 薄氧化层, 达1分钟/um

参数 备 注 使用纯水，保持溢流清洁，下进水上出水为宜，每1～处理温度 常温 2天换清水。 处理时间 1～2min 控制pH值 6～7 13、烘干

故障处理

5、 检测与设备

整流器、冷冻机、PVC槽和一些配套设备 6、 所需材料

上面提到的化学材料

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