铝合金阳极氧化与表面处理技术.docx

铝合金阳极氧化与表面处理技术一、铝及铝合金的特点1. 密度低铝的密度约为2.7g/cm3，在金属结构料中仅高于镁的第二轻金属， 只有铁或者铜的 1/32. 塑性高铝及其合金延展性好，可通过挤压、轧制或拉拔等压力加工手段 制成各种型、板、箔、管和丝材3. 易强化纯铝强度不高，但通过合金化和热处理容易使之强化，制造高强 度铝合金，强度可以和合金钢媲美4. 导电好铝的导电性和导热性仅次于银、金、铜设铜相对导电率为 100， 则铝为64 ，铁只有16如按照等质量金属导电能力计算，铝几乎是铜 的一倍5. 耐腐蚀铝和氧具有有极高的亲和力，自然条件下铝表面会生成保护性氧 化物，具有比钢铁好得多的耐腐蚀性6. 易回收铝的熔融温度低，为660°C左右，废料容易再生，回收率极高， 回收能耗只是冶炼的 3%7. 可焊接铝合金可通过惰性气体保护法焊接，焊接后力学性能好，耐腐蚀 性好，外观美丽，满足结构料要求8. 易表面处理铝可通过阳极氧化着色处理，处理后硬度高，耐磨耐腐蚀及电绝 缘性好，通过化学预处理还可以进行电镀、电泳、喷涂等进一步提高 铝的装饰性和保护性二、铝的表面机械预处理1. 机械预处理的目的提供良好的表观条件，提高表面精饰质量；提高产品品级；减少 焊接的影响；产生装饰效果；获得干净表面。

2. 机械预处理的常用方法常用的机械预处理方法有抛光、喷砂、刷光、滚光等方法具体 采用那一种预处理要根据产品的类型、生产方法、表面初始状态及最 终精饰水平而定3. 机械抛光的原理及作用高速旋转的抛光轮与工件摩擦产生高温，是金属表面发生塑性变 形，从而平整了金属表面的凸凹点，同时使在周围大气氧化下瞬间生 成的金属表面的极薄氧化膜反复地被磨削下来，从而变得越来越光亮 主要作用是去除工件表面的毛刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、气孔等表 面缺陷同时进一步清除工件表面上的细微不平，使其具有更高的光 泽，直至镜面效果4. 喷砂的原理及作用用净化的压缩空气将干沙流或其它磨粒喷到铝制品表面，从而去 除表面缺陷，呈现出均一无光的沙面主要作用：去除工件表面的毛 刺、铸件熔渣及其他缺陷和污垢；改善合金机械性能；取得均一的表 面消光效果5. 刷光的原理及作用刷光是借助刷光轮的旋转刷除产品表面的毛刺、污垢等对铝合 金拉说就是对产品进行拉丝处理，主要目的是起到装饰的作用6. 滚光的原理及作用滚光是将工件放入盛有磨料和化学溶液的滚筒中，借助滚筒的旋 转使工件与磨料、工件与工件相互摩擦已达到抛光的效果三、铝的化学预处理1. 化学预处理的定义及作用采用化学溶液或者溶剂对铝表面进行预处理的工艺，它可以有效 除去原始铝材表面的油污、污染物和自然氧化膜等，使铝材获得润湿 均匀的清洁表面。

2. 化学预处理常用工艺流程常用的化学预处理方法有脱脂、碱洗、除灰、氟化物砂面处理、 水洗等方法根据待处理铝材的用途，对表面质量的要求，可采用不 同的化学预处理工艺流程3. 脱脂的原理及作用油脂在酸性脱脂液中会发生水解反应生成甘油和相应的高级脂肪 酸，在少量润湿剂和乳化剂协助下油脂更容易溶解，提高脱脂效果 经脱脂处理可清除铝表面的油脂和灰尘等，使后道碱洗比较均匀4. 碱洗的原理及作用将铝材放入以氢氧化钠为主要成分的强碱性溶液中进行浸蚀反应， 进一步除去表面的脏污，彻底去除铝表面的自然氧化膜，显露出纯净 的金属基体以便进行后续的阳极氧化处理5. 除灰的原理及作用碱洗后产品表面往往会附着一层不溶于碱洗槽液的金属化合物及 其碱洗产物，它们是一层灰褐色或灰黑色挂灰除灰的目的就是除去 这层不溶于碱液的挂灰，以防至后道阳极氧化工序槽液的污染6. 氟化物砂面处理的原理及作用氟化物砂面处理是利用氟离子使铝材表面生产高度均匀、高密度 点腐蚀的一种酸性浸蚀工艺，目的是消除产品表面的挤压痕并生成平 整的表面但由于氟化物砂面处理工艺存在严重的环境污染问题，目 前已不与推广使用四、铝的（电）化学抛光和化学转化1. 化学抛光或电化学抛光的作用化抛是高级精饰处理方法，能去除铝制品表面轻微的模痕和擦划 伤条纹，去除机械抛光中可能形成的摩擦条纹、热变形层、氧化膜等， 使粗糙的表面趋于光滑从而获得近似镜面光亮的表面，提高了铝制品 的装饰效果。

2. 化抛的原理化抛是通过控制铝材表面选择性的溶解，使铝材表面微观凸出部 分较其凹洼部分优先溶解，从而达到表面平整光亮的目的电化抛的 原理是尖端放电，其他的化抛类似3. 化学转化的作用化学转化主要用于保护铝及其合金不受腐蚀，可直接用作涂层或 者作为有机聚合物的底层，不仅解决了涂层与铝的附着性，也可提高 有机聚合物涂层的耐腐蚀性4. 化学转化的原理在化学处理溶液中金属铝表面与溶液中化学氧化剂反应生成化学 转化膜的化学处理过程，常见的化学转化分为化学氧化处理、铬酸盐处理、磷铬酸盐处理和无铬化学转化5. 化学转化介绍铝在沸水中可以得到致密的保护性化学氧化膜，这种方法称为化 学氧化处理，但由于成膜速度和性能不具备量产性；铬酸盐处理形成 的铬化膜是目前耐蚀性最佳的铝化学转化膜，它不仅常用于喷涂的底 层也可直接作为铝合金最终涂层直接使用，但它的缺点是环境污染严 重；磷铬酸盐处理可以满足喷涂的底层并且三价铬是无毒的，目前在 3C 产品使用的较多；无铬化学转化目前工业化生产主要采用含钛或 （和）锆的氟络合物的无铬化处理，无铬化处理要求有严格的化学预 处理，同时无铬化膜是无色透明的，肉眼无法断定化学转化的实际效 果，因此更加依赖于可靠的工艺和制程的的严格控制。

综上所述化学 转化最常用于3C产品的是磷¥各酸盐处理五、铝合金的阳极氧化1. 阳极氧化的定义阳极氧化是一种电解氧化，在该过程中铝合金的表面通常转化为 一层氧化膜，这层膜具有保护性、装饰性以及其他的一些功能性2. 阳极氧化膜的分类氧化膜分两大类：壁垒型氧化膜和多孔型氧化膜，壁垒型氧化膜 是一层紧靠金属表面的致密无孔的薄氧化膜，厚度取决于外加电压一 般不超过0.1um多孔型氧化膜由阻挡层和多孔层两层氧化膜组成， 阻挡层厚度和外加电压有关，多孔层厚度取决于通过的电量我们最 常用的是多孔型氧化膜3. 阳极氧化膜的特性a. 氧化膜结构呈多孔性蜂窝状结，膜的多孔性使具有很好的吸附 能力，可以作涂镀层的底层也可被染色，提高金属的装饰效果b. 氧化膜的硬度高，阳极氧化膜的硬度很高，其硬度大约在196 -490HV,因为硬度高决定了氧化膜的耐磨性非常好c. 氧化膜的耐蚀性，铝氧化膜在空气、土壤中都很稳定，同基体的 结合力也很强，一般情况下氧化后都会进行染色封孔或喷涂处理，使 其耐腐蚀性进一步增强d. 氧化膜的结合力，氧化氧化膜于基体金属的结合力很强，很难 用机械的方法将它们分离，即使膜层随金属弯曲，膜层仍于基体金属 保持良好的结合，但氧化膜的塑性小，脆性大，当膜层受到较大的冲 击负荷和弯曲变形时，会产生龟裂，所以这种氧化膜不易在机械作用 下使用，可以用作油漆层的底层。

e. 氧化膜的绝缘性，铝的阳极氧化膜的阻抗较高，导热性也很低， 热稳定性可高达 1500 度，热导率 0.419W/（m?K）—1.26 W/（m?K）可用作电解电容器的电介质层或电器制品的绝缘层六、铝合金氧化膜生成过程1. 阳极氧化的第一阶段无孔层的形成阶段, ab段，通电开始断时间（几秒到几十秒）内 电压剧增，达到临界电压，（电压的最大值）表明这时阳极表面形成 了连续、无孔的薄膜层无孔层电阻较大，阻碍了膜的继续增厚，无 孔层的厚度与形成电压成正比，氧化膜在电解液中溶解速度成反比厚度约0.01〜0.1微米2. 阳极氧化的第二阶段多孔层形成阶段,bc段，在膜最薄的地方将首先被溶解出空穴来， 电解液就可以通过这些空穴到达铝的新鲜表面，电化学反应得以继续 进行，电阻减小，电压随之下降（下降幅度为最高值的10〜15%）, 膜上出现多孔层3. 阳极氧化的第三阶段多孔层增厚,cd段，这时电压平稳而缓慢的上升，这时无孔层不 断被溶解成多孔层，新的无孔层友在生长，这样多孔层就在不断增厚， 当生成速度与溶解速度达到动态平衡时，膜的厚度就不再增加，这时 反应就应该停止了七、铝合金阳极氧化的工艺1. 阳极氧化的常用工艺铝合金阳极氧化的常用工艺有：硫酸阳极氧化工艺、铬酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺和磷酸阳极氧化工艺。

最常用的是硫酸阳 极氧化2. 硫酸阳极氧化 目前国内外广泛使用的阳极氧化工艺就是硫酸阳极氧化，和其他方法相比他在生产成本、氧化膜特点和性能上都具有很大优势，它成 本低、膜的透明性好、耐腐蚀耐摩擦性好、着色容易等优点它是以 稀硫酸作电解液，对产品进行阳极氧化，膜的厚度可达 5um—20um， 膜的吸附性好，无色透明，工艺简单，操作方便3. 铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化得到的膜较薄，只有2-5um,能保持工件原有的 精度和表面粗糙度；孔隙率低难染色，不做封孔也可使用；膜层软， 耐磨性较差但弹性好；耐腐蚀力较强，铬对铝的溶解度小，使针孔和 缝隙内残留液对部件的腐蚀较小，适于铸件等结构件，该工艺在军事 上用得较多同时可以对部件质量进行检验，在裂纹处褐色电解液就 会流出，很明显4. 草酸阳极氧化草酸对铝的氧化膜溶解性小，所以氧化膜孔隙率低，膜层耐磨性 和电绝缘性比硫酸膜好；但草酸氧化成本高是硫酸的 3~5 倍；同时草 酸在阴极和阳极都会被反应，导致电解液稳定性差；草酸氧化膜的色 泽易随工艺条件变化，导致产品产生色差，所以该工艺应用受到一定 限制但草酸可做硫酸氧化添加剂使用较常见5. 磷酸阳极氧化氧化膜在磷酸电解液中溶解比硫酸大，因此氧化膜薄（只有3um ），同时孔径大。

因磷酸膜有较强的防水性，可阻止胶黏剂因水 合而老化使胶接剂的结合力比较好，所以主要用于印刷金属板的表面 处理和铝工件胶接的预处理八、铝合金硬质阳极氧化1. 硬质氧化膜的特点铝合金硬质阳极氧化和普通氧化膜相比具有以下特点：氧化膜比 较厚（一般厚度不小于25um ）、硬度比较高（大于350HV ）、耐磨 性较好、空隙率较低、耐击穿电压较高，而表面平整性可能显得稍差 一点✓ vt\o2. 硬质阳极氧化的工艺特点 硬质阳极氧化和普通氧化的原理、设备、工艺和检测等各方面没有本质的区别硬质氧化设法降低氧化膜的溶解性，主要特点为：a. 槽液温度较低（普通20度左右，硬质5度以下），一般情况下 温度低生成的氧化膜硬度高b. 槽液浓度低（普通硫酸浓度20%，硬质15%以下），浓度低对 膜溶解性小c. 槽液里添加有有机酸，硫酸里面加草酸或者酒石酸等d. 外加电压、电流较高（普通电流1.5A/dm2,电压18V以下，硬 质电流2~5A/dm2，电压25V以上最高可达100V）e. 外加电压宜采用逐步递增电压的方法因其电压高电流大，处 理时间长因此能耗大同时硬质氧化常采用脉冲电源或者特殊波形电 源3. 铸造铝合金硬质阳极氧化铸造铝合金通常需要硬质阳极氧化来提高其性能，铸造铝合金常 用铝 /硅系合金和铝 /铜系合金，铝硅系具有良好的铸造性能和耐磨性 能而用量最大，广泛应用于结构件和零部件，有时添加铜和镁改善力 学性能和耐热性。

铝铜系也是常用的铸造合金，主要用于承受大的动 静载荷和形状不复杂的砂型铸件铸造铝合金因含有非金属等元素需 要对电解液和电源波形进行改进，电解液一般可在硫酸中加某些金属 盐或有机酸，硫酸-草酸-酒石酸溶液、硫酸-干油溶液；电源形式一般 改为交直流叠加、不对称电流、脉冲电流等，其中脉冲效果较好电 铸件氧化前应对菱角导园和去除毛刺等，防止电流集中九、铝合金微弧氧化（MAO）。