铝及铝合金阳极氧化工艺浅谈

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1、1、引言铝为面心立方结构，有较好的导电性和导热性，仅次于Au、Ag.Cu,延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；但铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔融的铝能与水猛烈反应，高温卜•能将许多金属氧化物还原为相应的金属；铝是两性的，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。铝在人气中具有良好的耐蚀性，但纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的AI・Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为

2、防锈铝合金，用于制造油箱、容器、管道、钏钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但防蚀性能有所卜•降，这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近开发的高强度硬铝，强度进一步提高，而密度比普通硬铝减小15%,且能挤压成形，可用作摩托车骨架和轮圈等构件。AI・Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。因为在铝中加入3%〜5%（质量分数）的比铝更轻的金属锂，就可以制造出强度比纯铝高20%〜25%,密度仅2.5t/m3的铝锂合金。这种合金用在人型客机上，可使飞机的重量减少5t多，而载客人数不减少。将铝及其合金置于适当的电解液中作为阳极进行通电处理，此处理过程

3、称为阳极氧化。经过阳极氧化，铝表面能生成厚度为几个至几百微米的氧化膜。这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状的，比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。采用不同的电解液和丄艺条件，就能得到不同性质的阳极氧化膜。早在1896年，Pollak就提岀了在硼酸或磷酸溶液中直流电解，可得到"堡垒〃型氧化膜的专利。到20年代，这个工艺在工业上用于制造电解屯容。阳极氧化最初的商业应用是钮酸阳极氧化。GDBengough和JMStuart在研究铝上镀馅时，因接错线发现了铝表面生成了阳极氧化膜。当时的电解液的组成是250g/L钻酸，2.5g/L硫酸。后來人们进一步研究

4、发现，这种氧化膜可以被墨水或染料染色，氧化膜厚度为3〜5

5、im,工作电压约50V。这种工艺首先用于飞机制造业，用于油漆的底层，防止裂纹和提高耐蚀性。1927年，H本的Kujirai和Ueki首先采用草酸电解液阳极氧化，可以得到15mm以上的氧化膜，但工作电压比硫酸阳极氧化高。这种丄艺先在FI本普及，后来传到德国，逐步被欧洲人采用，用于店面和建筑物的装饰。1927年，Gower^StaffordO'Brien和Partners4发表了硫酸阳极氧化的专利,氧化的电流密度为0.7〜1.3A/dm2,这种电流密度一直延用到现在。硫酸阳极氧化与草酸和俗酸阳极氧化相比，工作电压更低

6、，电解液成本更小，操作更简单，氧化膜装饰性更强，所以这种工艺很快得到完善和普及。目前95%以上的阳极氧化是在硫酸中进行的，阳极氧化如杲没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。2、前处理2.1脱脂和除油铝及铝合金早期是延用钢铁的除油工艺，即：槽液为Na2Co3^Na2SiO3.Na3PO4溶液,操作温度为40〜70°C,时间为5〜15mino这种工艺性能稳定，寿命长，但槽液成本高，不易洗净，现在基本不用。20世纪60年代，人们采用NaOH或Na2CO3加Na3PO4、络合剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂，在室温卜•脱脂，时间为3〜5min。这种工艺除油效率高，成本低，节

7、能，但槽液易产生絮状沉淀，络合剂、表面活性剂易带入后续槽形成污染。现在少数厂仍在使用。从80年代开始，酸性脱脂槽液逐步普及，槽液为H2SO4或H2PO4,加HF、Fe3+、H202、N02■和非离了表面活性剂，室温下操作，时间为3〜5min。这种工艺效率高，不污染后续槽，是较好的脱脂工艺，现在应用越來越广泛。典型工艺：H2SO410g/LH3PO410g/LHNO310g/LHFlOg/L表血活性剂2g/L过硫酸钠5g/L温度45〜70°C时间10〜120s2.2碱腐蚀铝及其合金阳极氧化之前需要除去致密但不均匀的自然氧化膜，对高硅铝合金,采用HN03、HF混合溶液，在室

8、温卜•操作，时间3〜5min,工作时会产生有毒气体。一般不用于其他铝合金，其他铝合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液,NaOH的浓度为30〜70g/L,操作温度为40〜80°C,时间为3〜10mino碱腐蚀工艺维护简单，成本低，腐蚀效杲好，易于除去铝合金表面的加工条纹，是阳极氧化重葡萄糖酸□加入硫化要的配套工艺。目前单独使用NaOH溶液作碱腐蚀已很少见，往往加入钠、柠檬酸钠等络合剂，防止槽液中AI（OH）3沉淀，即所谓〃长寿碱物，防止重金属在铝合金表面发生置换反应，消除“流痕〃。也有的加入氟化物和硝酸盐，用于产生无光砂血效果。2.3电解抛