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)—1.26W/(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。

2.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。