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1、铝材阳极氧化的基本介绍 一.铝合金基本常识 第一位数：主要添加合金元素(如1050、5052、6063等) 。 1000：纯铝 2000：主要添加合金元素为铜 3000：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4000：主要添加合金元素为硅 5000：主要添加合金元素为镁 6000：主要添加合金元素为硅与镁 7000：主要添加合金元素为锌与镁 8000：不属於上列合金系的新合金 二二. 铝的物理特性铝的物理特性 （1）、铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝的密度为2.7g/cm3。 （2）、塑性高：铝及铝合金延展性好，能够最终靠挤压、轧制作成各种型状的材 料； （3）、导电好。仅次于金、银、铜。 （4）、耐
2、腐蚀。易生成氧化膜后具有非常好的耐腐的能力，一般在空气中不反应。 （5）、易表面处理。如阳极氧化、电镀、电泳、喷涂等，提高了铝的装饰性 和保护效果。 三三. 铝的化学特性铝的化学特性 （1）、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； （2）、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，高温下能 将许多金属氧化物还原为相应的金属； （3）、铝是两性的，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。 （4）、铝在大气中拥有非常良好的耐蚀性，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。 阳极氧化的原理：将金属或合金的制件作为阳极，
3、采用电解的方法使其表面形 成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐 腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合 金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电 流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化 ，表面上形成氧化铝薄层 ，阳 极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，良好的耐热性 ，优良的绝缘 性 ，耐击穿电压 ，增强了抗腐蚀和抗老化性能 ，氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸 附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着 色成各种美观艳丽的色彩。 四四. 什么是阳极氧化什么是阳极氧化 五五. 铝
4、阳极氧化作用铝阳极氧化作用 使产品增加： （1）、耐蚀性； （2）、硬度和耐磨性，铝基体的硬度为HV100，普通阳极氧化膜的硬度约 HV300，硬质氧化膜可达HV500。 （3）、装 饰性，不尽可保护抛光表面的光泽，也可染色、着色，获得和保 持丰富多彩的外观。 （4）、电绝缘性。 （5）、透明性。 （6）、功能性 六六. 阳极氧化的原理阳极氧化的原理 铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时，在阴极上，放出氢气；在阳 极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，通常在反应中以分子 氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全 部与铝
5、作用，一部分以气态的形式析出。 电极反应：电极反应： 阳极：阳极：H2O2E2H+O 2AL+33O AL2O3+1670.5J 阴极阴极: 2H+2E H2 膜的溶解：膜的溶解： AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O 七七. 阳极氧化的种类阳极氧化的种类 按电流形式分为： 1.直流电阳极氧化 2.交流电阳极氧化， 3.脉冲电流阳极氧化。 按电解液分有： 1.硫酸阳极氧化 2.草酸阳极氧化 3.铬酸阳极氧化 4.磷酸阳极氧化 5.瓷质阳极氧化 6.硬质阳极氧化 7.微弧阳极氧化 按膜层性子分有： 1.普通膜 2.硬质膜（厚膜） 3.瓷质膜 4.光亮修饰层 5.半导体作用的阻挡
6、层 八八. 阳极氧化膜结构阳极氧化膜结构 阳极氧化膜由两层组成，多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上上成长 起来的，后者称为阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究，膜层的纵横面 几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔，它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的 阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整 个膜层是又无数个这样的晶胞组成。阻挡层是又无水的氧化铝所组成，薄而致密， 具有高的硬度和阻止电流通过的作用。 普通氧化常用参数范围普通氧化常用参数范围 九九. 氧化膜成长机理氧化膜成长机理 在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其
7、表面受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最 弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大 量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此 得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开， 最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修 补”似的。随着氧化时间的延长，膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发 展，从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。 其内层（阻挡层、介电层、活性层）厚度至氧化结束基本都不变，位置却不断向 深处推移；而外层在一定的
8、氧化时间内随时间而增厚。 AL2O3.H2O 多孔层 阻挡层 铝基体 B A C A.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一 层致密 无孔的阻挡层,其厚 度取决于槽电压。 B.由于氧化铝原子体积大，故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平，造成电流分布不均匀， 凹处电阻小，电流大，凸处相反。 C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解，凹处逐渐变成孔穴，凸 处变成孔壁，阻挡层向多孔层转移。 十十. 阳极氧化制程阳极氧化制程 铝材脱脂水洗化抛 活化染色 封孔 铝原材脱脂后铝材表面 化抛后铝材表面 阳极氧化 多孔层铝表面 去一次膜多孔 层铝表面 去二次膜多孔 层铝表面 脱脂目的：除去
9、加工产品表面油污杂质及产品表 面的 刮 伤、 金属毛剌、金属氧化物等，给阳极氧化着色打好基础，使其光泽达 到客户的要求。 脱脂方法：铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱 性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、 乳化脱脂。 脱脂槽： 洗洁精槽、冷脱槽、热脱槽、纯硝酸槽、 稀片碱槽 。 十十.一一 脱脂的目的和方法脱脂步骤脱脂的目的和方法脱脂步骤 十十.二二 .一一 化抛的目的和方法步骤化抛的目的和方法步骤 化抛目的是在磷酸基溶液浸泡工件，以消除工件表面的机械缺陷， 减小表面粗糙度，并提高其表面光泽。 影响因素： a. 化抛液成分； b. 化抛液浓度； c. 化抛温度； d. 化抛时
10、间； 操作步骤：a. 将工件置于化抛槽中浸泡; b. 将工件在化抛槽中轻轻旋转; c. 将工件从化抛槽中快速取出，并用热水洗; d. 水洗 十十.二二.二二 中和的目的和方法步骤中和的目的和方法步骤 中和的目的是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清 理表面附着的油污脏物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从 而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。 此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其它操作条件，可得到平 滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。 Al2O3 + NaOH Al3+ + other; Al + NaOH NaAlO2 +
11、H2 化学反应公式化学反应公式 影响因素： a. 碱液浓度； b. 铝离子浓度； c. 操作温度； d. 操作时间； 操作方法： a. 将待处理的工件置于中和槽上方； b. 将工件放入中和槽； c. 设定中和时间； d. 中和时间到时迅速将工件移出中和槽并转入水洗槽 十十.三三 阳极氧化的目的和方法步骤阳极氧化的目的和方法步骤 阳极氧化工艺获得的铝氧化膜外观无色透明，厚 硬度高，孔隙多，吸附型强，有利 于染色，经封闭处理后，具有较高的抗侵蚀的能力。 阴半极反应：2H+ + 2e H2 阳半极反应：4OH 4e 2H2O; Al + O2 Al2O3; Al2O3 + H2 2Al3+ + 3H2
12、O 影响因素： a. 电解液浓度; b.电解液温度; c.电压; 电流密度； d：氧化时间 成膜过程：2Al + 3H2O Al2O3 + 6H+ + 6e 膜溶解过程：Al2O3 + 6H+ 2Al3+ + 3H2O 阳极阳极氧化氧化 阴极阴极还原还原 整流器 传感器传感器 阳极 (产品） 阳极阳极 电解液电解液 V A 吹风机 冷却 阴极 循环循环 阳极氧化的原理图解阳极氧化的原理图解 十十.四四 活化的目的和方法步骤活化的目的和方法步骤 阳极氧化后，在着色之前，可用酸液处理将氧化膜活化，所有有 机酸/无机酸及酸性盐都可当作活化剂，由于酸溶液对氧化铝的 化学溶解作用，氧化膜孔的孔壁从外向
13、内溶解，使孔径扩大，同 时能够最终靠控制活化时间的长短，得到孔径大小不同的氧化铝膜， 达到扩孔，增加孔隙率，从而提高吸附染料能力的效果。 影响因素： a. 活化剂种类； b. 活化剂浓度； c. 活化温度； d.活化时间 十十.五五 染色的方法和注意事项染色的方法和注意事项 染色的方法：铝阳极氧化膜的化学着色是基于多孔膜层有 如纺织纤维一样的吸附染料能力而得以进行的。一般 阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03m，而染料在水 中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030m，着色时 染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积，而且 与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封 孔处理，染料被
14、固定在孔隙内。 染色注意事项： a. 氧化膜必须有足够的厚度，具体厚度要依染色的色调而定，如 果暗色要求较厚的膜层；而鲜艳的色泽需要较薄的膜层。-可 经过控制氧化时间来控制膜的厚度。 b. 氧化膜必须要有足够的孔隙和吸附能力。-可通过控制电流密 度来控制膜的孔隙，控制活化过程来控制膜的孔径，从而控制膜 的吸附能力。 c. 氧化膜应均匀，膜层本身的颜色适应于染色处理-选择 合适的电解液 染色方法：染色方法： 1整体发色阳极氧化 2有机和无机染料染色 3电解着色 4干涉着色 5多色电解着色 常用染色方法：常用染色方法： 电解着色：是金属微粒沉积在阳极氧化膜多孔 层的底部。随机分布的金属微粒对光线、反射， 得到棕色，随着沉积金属微粒的增加，颜色由 稻草黄到棕色，直至黑色。 封孔处理目的是：把阳极氧化膜的微孔封闭并将微孔内染料固定，是染 色工艺整体的一个部分。 封孔处理方法是：封孔处理最简单的是在沸水中处理，只要进行的适当，就 能保证染色膜表现出应有的色泽牢固度，而且还可使工件具有防止脂印，色斑及 油脂所染的能力。阳极氧化过的表面只有经过充分的封孔才能使它失去对接触物 影响的能力。 影响因素： a.封孔液组成； b.封孔液PH值； c.封孔温度； d.封孔时间 十十.五五 封孔的目的方法和需要注意的几点封孔的目的方法和需要注意的几点 封孔的原理：封孔的原理： 新鲜的阳极氧化膜在沸水或接近沸点的热水中处
16、理一定的时间后，失去活性， 不再吸附染料，已染上的颜色不易退去，这一过程就是封闭，也称封孔。用热蒸 汽也能封闭，但耗能大，应用不及热水广泛。1931年，公布了重铬酸钾溶液封闭， 封闭后的阳极氧化膜呈浅黄色，有特别高的耐蚀性，大范围的应用于3C产品和飞机制 造业。 铝材氧化外观检查关键参数：铝材氧化外观检查关键参数： （1）粗糙度）粗糙度：表面粗糙度是指加工表面具有较小间距和微小峰谷的不平度 检测设备检验测试设备：粗糙度仪 （2）膜厚）膜厚: 阳极氧化的膜层厚度 检测设备检验测试设备：粗糙度仪 （3）光泽度）光泽度：用数字表示物体表面接近镜面的程度 检测设备检验测试设备：光泽仪 （4）色差）色差: 两种颜色的差
17、别。色差值表示颜色的差别大小，用E标示 检测设备检验测试设备：色差仪 铝材氧化常见缺陷及其原因：铝材氧化常见缺陷及其原因： 1 . 白线：白线： 这是最常见也是最令人头疼的表面缺陷之一，其主要成因是因 为材料中成分不均，含有杂质等 2 . 暗影暗影： 这也是常见缺陷，根本原因是挤压时模具固定不稳，材料流速 不均匀而造成。 3 . 砂眼砂眼： 顾名思义铝材中含有杂质 4 . 局部无氧化膜局部无氧化膜 ：装夹位置不当，氧化液太稀或是除油未除干净 5 . 氧化膜疏松有粉末状氧化膜疏松有粉末状： 氧化时间太长或是加硫酸后溶液未搅拌均匀 6 . 变形变形： 一般氧化前或后需加工的产品，由于加工时装夹不当或加工中 进刀量太大引起 7 . 划伤划伤：加工或者运输中保护不当所引起 谢谢大家！
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