陽極氧化鋁板

　　陽極氧化鋁板

　　陽極氧化鋁板是將鋁板置于相應電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進行電解。

　　1概述

　　陽極的鋁板氧化，表面上形成氧化鋁薄層 ，其厚度為5～20微米 ，硬質陽極氧化膜可達60～200微米 。陽極氧化后的鋁板，提高了其硬度和耐磨性，可達250～500千克/平方毫米，良好的耐熱性 ，硬質陽極氧化膜熔點高達2320K ，優良的絕緣性 ，耐擊穿電壓高達2000V ，增強了抗腐蝕性能，在ω=0.03NaCl鹽霧中經幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發動機氣缸或其他耐磨零件;膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金(如鋁、鎂及其合金等)都可進行陽極氧化處理。

　　擠壓材料，用于制造既要有高的強度又要有高的斷裂韌性的焊接結構，如交通運輸車輛的桁架、桿件、容器;大型熱交換器，以及焊接后不能進行固熔處理的部件;還可用于制造體育器材如網球拍與壘球棒。

　　7039冷凍容器、低溫器械與貯存箱，消防壓力器材，軍用器材、裝甲板裝置

　　用于鍛造靜態強度與合金的相同而又要求有高的抗應力腐蝕開裂勇力的零件，如飛機與零件——起落架液壓缸和擠壓件。零件的疲勞性能大致與6合金的相等，而韌性稍高

　　飛機結構件用中厚板、擠壓件、自由鍛件與模鍛件。制造這類零件對合金的要求是：抗剝落腐蝕、應力腐蝕開裂能力、斷裂韌性與抗疲勞性能都高

　　空調器鋁箔與特薄帶材;3003、6061、7178合金板材與管材的包覆層

　　用于制造飛機結構及其他要求強度高、抗腐蝕性能強的高應力結構件、模具制造

　　用于鍛造航空器用的高強度結構性。材料有良好的綜合性能，即強度、抗剝落腐蝕與抗應力腐蝕開裂性能、斷裂韌性、疲勞強度都高

　　7178供制造航空航天器的要求抗壓屈服強度高的零部件

　　機身用的包鋁的與未包鋁的板材，機翼骨架、桁條等。其他既要有高的強度又要有高的斷裂韌性的零部件

　　飛機蒙皮、螺釘、以及受力構件如大梁桁條、隔框、翼肋、起落架等

　　2應用范圍

　　陽極氧化鋁板廣泛應用在機械零件，飛機汽車部件，精密儀器及無線電器材，建筑裝飾，機器外殼，燈具照明、電子消費品、工藝品、家用電器、室內裝潢、標牌、家具、汽車裝飾等行業。

　　3術語

　　表面處理

　　(1)光亮化 brightening 用化學或電化學拋光的方法，使金屬表面光亮的過程 。

　　(2)光亮浸漬 bright dipping 金屬在溶液中浸漬后，使金屬表面光亮。

　　(3)拋光 polishing 減小金屬表面粗糙度的過程。

　　(4)軟輪磨光 buffing 金屬表面通過旋轉的軟輪進行拋光。輪上所用的磨料為 含有細小研磨粒的懸濁液、膏體或粘性油脂。

　　(5)電解光亮化 electrobrightening 用適當的電解處理方法使金屬表面光亮化。

　　(6)電解拋光 electropolishing 鋁在適當的電解液中作為陽極的拋光處理。

　　(7)電解浸蝕 electrolytic etching 鋁在適當的溶液中用電解法所進行的浸蝕。

　　(8)化學光亮化 chemical brightening 鋁浸入溶液中使其表面光亮化的處理。

　　(9)化學拋光 chemical polishing 鋁浸入化學溶液中的拋光處理。

　　(10)脫脂 degreasing 用機械、化學或電解方法除去表面的油脂。

　　(11)酸洗 pickling 通過化學作用(一般在酸里)，除去表面的氧化物或其他化合物。

　　(12)清洗 cleaning 用弱酸、弱堿溶液、溶劑及其蒸氣，清除表面油脂和污垢 的處理方法。這種處理可以采用化學或電解法。

　　(13)除灰 desmutting 除去附著在鋁表面上的灰狀物(例如：鋁在堿洗之后再 浸入硝酸溶液中的處理俗稱出光)。

　　(14)去氧化物處理 deoxidizing 除去表面的氧化物。

　　(15)浸蝕 etching，etch 金屬材料的表面在酸性或堿性溶液中，由于表面全部 或局部溶解使其粗糙化。酸浸蝕過程可以在通電或不通電的條件下進行。這種方法也可用于電解電容器鋁箔、印刷電路板和裝飾性結構等特殊生產工藝。

　　(16)刷光 brushing 表面進行機械清理的一種方法，通常用旋轉的刷子。

　　(17)磨光 grinding 采用附著在剛性或柔性物體上的磨料去除表層物質的過程。

　　(18)帶式磨光 belt grinding，belt polishing 一種機械處理鋁件的方法，鋁件與 粘有磨料的環行條帶摩擦接觸。

　　(19)滾筒磨光 tumbling 為改善金屬表面的光潔度，在滾筒中(有無磨料或彈 丸均可)批量處理鋁件的過程。

　　(20)噴磨 abrasive blasting 用空氣流將剛玉或玻璃砂射向物體表面的處理方 法。也可采用懸浮在水或其他液體中的細小磨料進行噴磨(濕噴或蒸噴)。

　　(21)噴丸 shot blasting 向金屬表面噴射硬而小的球狀物(如金屬丸)的處理 方法。

　　(22)噴玻璃丸處理 glass bead blasting 將細小的球狀玻璃丸噴射在金屬表面， 使其表面得到清潔或硬化的處理方法。

　　(23)噴砂 sand blasting 用砂或氧化鋁進行噴磨。

　　(24)濕噴 wet blasting liquid honing 將含有磨料的水漿以高速向工件噴射， 對其表面進行清洗或精加工。

　　(25)活化 activation 表面由鈍態向活化態的轉變。

　　(26)再活化 reactivation(of an anodic oxide coating)陽極氧化膜經酸處理后， 吸附染料能力增加的現象。

　　(27)脫膜 stripping 用適當的化學溶液除去金屬表面的陽極氧化膜。

　　陽極氧化

　　(1)陽極氧化anodizing，anodic oxidation 電解氧化過程。在該過程中的鋁或 鋁合金的表面通常轉化成一層氧化膜，該膜具有防護性、裝飾性及一些其他功 能特性。

　　(2)陽極 anode 1)在電解過程中，使負離子放電，生成正離子或發生其他 氧化反應的電極。2)能夠起到上述作用的物體。

　　(3)陰極 cathode 1)在電解過程中，使正離子放電，生成負離子或發生其他還 原反應的電極。2)能夠起到上述作用的物體。

　　(4)輔助電極auxiliary electrode 在電解過程中，為了使電流均勻分布所采用的 附加陽極或陰極。

　　(5)電流密度 current density 通過物體單位表面積的電流強度。一般用安培每 平方米或每平方分米(A/m2,A/dm2)。

　　(6)臨界電流密度 critical current density 電解時特定的電流密度值，高于或低 于該值時會發生不同的有時是不希望發生的反應。

　　(7)電流效率 current efficiency 陽極氧化過程中形成氧化膜所消耗的有效電流 與法拉弟定律計算所得的理論電流的比值。通常用百分數表示。

　　(8)陽極效率 anode efficiency1)一般是指在某一特定陽極過程中的電流效率。

　　(9)交流陽極氧化 AC anodizing 用交流電進行的陽極氧化。

　　(10)直流陽極氧化 DC anodizing 用直流電進行的陽極氧化。

　　(11)硫酸陽極氧化 sulfur acid anodizing 用硫酸電解液進行的陽極氧化。

　　(12)鉻酸陽極氧化 chromic acid anodizing 用鉻酸電解液進行的陽極氧化。主 要用于航空方面。

　　(13)光亮陽極氧化 bright anodizing 以表面光亮度為主要要求的陽極氧化。

　　(14)硬質陽極氧化 hard anodizing 生成硬質氧化膜的陽極氧化方法。該膜具有 較好的耐磨性能。

　　(15)自著色陽極氧化 self-colour anodizing 用適當的電解液(常以有機酸為基 )使鋁在陽極氧化過程中就生成帶色的氧化膜。

　　(16)帶材陽極氧化 strip anodizing，coil anodizing 長帶材依次通過各工序進行 連續的陽極氧化(著色)。

　　(17)筐籃與桶式陽極氧化 basket or barrel anodizing 小零件(如鉚釘)在帶孔 的筐籃或桶中陽極氧化。鋁制品小件壓入筐籃或桶中作為陽極，酸性電解液在零件間循環。

　　(18)恒電壓陽極氧化 constant voltage anodizing 在恒定電壓下進行陽極氧化。

　　(19)本高-斯托特工藝 Bengough-Stuart process 工業上最早應用的鉻酸電解液陽極氧化的工藝。

　　(20)阻擋層陽極氧化 barrier layer anodizing 在鋁上生成薄而致密無孔的氧化 膜的陽極氧化。這種方法通常用于制造電解電容器。

　　(21)阻擋層 barrier layer 一層緊靠著金屬表面的薄而無孔的鋁氧化物層(0.01 -0.07um)。它區別于具有多孔結構的氧化膜主體部分。

　　(22)陽極氧化膜 anodic oxide coating 在陽極氧化過程中，于鋁及鋁合金表面上生成的保護氧化膜。

　　(23)陽極氧化膜結構 structure of anodic oxide coating 陽極氧化膜通常由帶有中心小孔的六方結構組成，一層薄阻擋層介于鋁表面和作為主體的多孔型氧化層之間。

　　(24)氧化物單元 oxide cell 非晶態多孔型氧化膜的最小結構單位。它的心中有一小孔，直通鋁表面的阻擋層，孔壁為較致密氧化物。

　　(25)孔 pore 指氧化物單元中心的小孔，它是由于電流局部流動形成的。

　　(26)電解 electrolysis 電流流經電解液的電極上產生電化學反應的過程。

　　(27)電解液 electrolyte 由離子傳輸電流的導電性液體介質。

　　(28)周期換向電解 periodic reverse electrolysing 電流 呈周期性換向的電 解方法。

　　(29)迭加交流電 superimposed AC 在電解過程將交流電迭回直流電上的電流形式。

　　(30)分流電極 thief，robber 放在特定的位置上的輔助電極，它能將工件上某些部位的電流部分轉移，以避免局部電流密度過高。

　　(31)分布能力 throwing power 在電解過程中，電流在不規則電極表面上均勻分布的能力。

　　(32)槽電壓 tank voltage，bath voltage 電解槽中陽極與陰極之間的電壓。

　　(33)化學轉化膜 chemical conversion coating 鋁浸在堿性或酸性的氧化性溶液中，通過化學反應使其表面生成一層膜(大部分是氧化膜)。此膜常用于鋁的涂漆底層。

　　(34)化學氧化 chemical oxidation 在化學氧化劑的作用下，使金屬表面生成一層氧化膜。

　　(35)匯流排(母線) bus bar 將電流導入陽極或陰極(例如在陽極氧化槽中)的剛性金屬導體。

　　(36)掛架 jig rack(U.S)化學或電化學處理時懸掛和運載工件的裝置。陽極氧化時，它可用鋁或鈦制成。

　　(37)助濾劑 filter aid 惰性、不溶的疏松材料。在過濾中起輔助作用，以防止主過濾器上濾渣堆積過多。

　　(38)空氣攪拌 air agitation 使空氣穿過溶液，起到攪動與混合的作用。

　　著色與封孔

　　(1)著色 colouring 通常指待著色的物體進行的上色處理。例如，未經封孔的陽極氧化膜浸在適當的著色劑中所進行的處理。

　　(2)著色劑 colourant 用于對氧化膜進行上色的材料或物質。常用的有染料(有機或無機)、顏料和金屬鹽。

　　(3)顏料 pigment 幾乎不溶的有顏色的粉狀物質。

　　(4)染料 dyestuff 能將其本身顏色染到其他材料(如陽極氧化膜)上去的帶色化合物，通常是可溶或不溶的有機化合物(著色物質)。

　　(5)顏色 colour 由入射光譜的組成、物件對光的反射或透射以及觀察者的光感所決定的物體外觀特性。

　　(6)電解著色 electrolytic colouring 陽極氧化膜的多孔型結構中由于電沉積金屬或金屬氧化物而著色。

　　(7)褪色 fading 原有顏色強度減弱。

　　(8)失色 bleeding 由于染色的陽極氧化膜中染料的溶解而使顏色減褪。例如在封孔過程中染料(顏料)的溶解。

　　(9)陽極氧化膜封孔 sealing of anodic oxide coating 陽極氧化后的氧化膜經吸附作用、化學反應或其他機制所進行的處理，以增加氧化膜的耐污、耐蝕性能、改善氧化膜顏色的耐久性和達到所要求的其他性能。

　　(10)蒸汽封孔 steam sealing 陽極氧化膜用飽和的或不飽和的蒸汽進行的封閉處理。

　　(11)鎳鹽封孔 nickel sealing 用鎳鹽封閉氧化膜的方法。主要用乙酸鎳。

　　(12)鉻酸鹽(重鉻酸鹽)封孔 chromate sealing，dichromate sealing 在含有重鉻酸鹽的[(常用的重鉻酸鉀或重鉻酸鈉)5%(m/m)]溶液中所進行的封孔過程，一般是為了增加防蝕能力。

　　(13)勃母石(一水氧化鋁)boehmite 陽極氧化膜在溫度高于80℃的水或蒸汽中封孔時，由于膜的水合作用所生成的一水鋁氧化物。

　　(14)拜爾休(三水氧化鋁)bayerite 陽極氧化膜在溫度過低(低于80℃)的水或蒸汽中封閉時，由于膜的水合作用所生成的一種三水合鋁氧化物(15)去離子 deionization demineralizing 用離子交換的方法除去溶液中的離子。

　　檢驗

　　(1)耐磨性 abrasion resistance 表面的耐磨損能力。

　　(2)彎曲實驗 bend test 確定陽極氧化膜不產生肉眼可見的裂紋的最小彎曲半徑的試驗方法(與板片厚度有關)。

　　(3)擊穿電壓 breakdown voltage 在規定條件下，氧化膜表面上的探頭與鋁基體之間產生火花前達到的最大電壓。

　　(4)卡斯試驗 CASS test 用乙酸、氯化銅、氯化鈉溶液噴霧的加速磨蝕試驗方法。卡斯(CASS)是英語“含銅乙鹽噴霧試驗”的縮寫字。

　　(5)克氏試驗 Kesternish test 在含有二氧化硫的高溫潮濕氣氛中進行的加速腐蝕試驗方法。

　　(6)法克特試驗 FACT test 即福特陽極氧化鋁腐蝕實驗。該試驗是在確定的電解池中，在氧化膜上施加直流電所進行的腐蝕試驗。

　　(7)鹽霧試驗 salt spray test，NSS test 在5%(m/m)氯化鈉鹽霧介質中加速腐蝕的試驗方法。

　　(8)耐侯性 weather resistance 陽極氧化膜承受長期大氣暴露的能力。

　　(9)耐光性 light fastness 著色表面在長期光照下的耐光能力(不含大氣的影響)。

　　(10)藍卡 blue scale 測定染料耐光性的國際標準卡。此卡由八種藍色程度不同的毛織品組成，每種表示不同的耐光性。

　　(11)灰卡 grey scale 在表面上染有不同強度灰色的國際標準卡，一般用于估計顏色的變化。

　　(12)允許色差 colour tolerance，colour limits 在規定的照明與觀察條件，與已知標準顏色相對比時所允許的偏差。

　　(13)渦流 eddy current 一種高頻感應電流形式。用于測量非磁性基體金屬上非導電性膜的厚度(例如鋁陽極氧化膜)。

　　(14)氧化膜質量 coating mass 單位表面積上陽極氧化膜的質量(cm2)(15)導納試驗 admittance test 用交流電路測定氧化膜的表觀導納值。導納值是阻抗值的倒數。

　　(16)阻抗試驗 impedance test 用交流電路測定氧化膜的表觀阻抗。阻抗值為導奈值的倒數。

　　(17)損耗系數 loss factor，dissipation factor 阻抗中電阻分量與電容分量之比。

　　(18)絕緣強度 dielectric strength 氧化膜在電擊穿前所承受的最大電場強度。單位為千伏每毫米(kv/mm)。

　　(19)染斑試驗 dye spot test，dye aborption test，dye stain test 在規定的條件下，檢查陽極氧化膜吸收染料能力的試驗。主要用于評價封孔質量。

　　(20)反射率 reflectance 反射光與入射光之比。

　　(21)光亮度 brightness 物體表面對光的反射能力(非精確的術語)。

　　4特點

　　(1)加工性好：陽級氧化鋁板裝飾性強，硬度適中，可輕易折彎成型，進行連續性高速沖壓，方便直接加工成產品，無需再進行復雜的表面處理，大大減短產品生產周期和降低產品生產成本。

　　(2) 耐候性好：標準厚度氧化膜(3μm)的陽極氧化鋁板室內使用長期不變色，不腐蝕，不氧化，不生銹。加厚氧化膜(10μm)的陽極氧化鋁板可使用于室外，可長期暴露于太陽光線下不變色。

　　(3)金屬感強：經陽極處理的鋁板表面硬度高，達寶石級，抗刮性好，表面無油漆覆蓋，保留鋁板金屬色澤，突出現代金屬感，提高產品檔次和附加值。

　　(4) 防火性高：純金屬制品，表面無油漆和任何化工物質，600度高溫不燃燒，不產生有毒氣體，符合消防環保要求。

　　(5)抗污性強：不留手印，還會有污點痕跡，容易清洗，不產生腐蝕斑點。

　　(6)適用性強：用途廣，適用于金屬鋁天花板，幕墻鋁板，鋁塑面板，防火板，蜂窩鋁板，鋁單板，電器面板，櫥柜面板，家具面板等。

　　5氧化過程

　　(1)陽極氧化鋁板氧化膜生成的一般原理：

　　以鋁板為陽極置于電解質溶液中，利用電解作用，使其表面形成氧化鋁薄膜的過程，稱為鋁板的陽極氧化處理。其裝置中陰極為在電解溶液中化學穩定性高的材料，如鉛、不銹鋼、鋁等。鋁陽極氧化的原理實質上就是水電解的原理。當電流通過時，在陰極上，放出氫氣;在陽極上，析出的氧不僅是分子態的氧，還包括原子氧(O)和離子氧，通常在反應中以分子氧表示。作為陽極的鋁被其上析出的氧所氧化，形成無 水的氧化鋁膜，生成的氧并不是全部與鋁作用，一部分以氣態的形式析出。

　　(2)陽極氧化鋁板氧化電解溶液的選擇：

　　陽極氧化膜生長的一個先決條件是，電解液對氧化膜應有溶解作用。但這并非說在所有存在溶解作用的電解液中陽極氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性質相同。

　　(3)陽極氧化鋁板氧化的種類：

　　陽極氧化按電流形式分為：直流電陽極氧化，交流電陽極氧化，脈沖電流陽極氧化。按電解液分有：硫酸、草酸、鉻酸、混合酸和以磺基有機酸為主溶液的自然著色陽極氧化。按膜層性子分有：普通膜、硬質膜(厚膜)、瓷質膜、光亮修飾層、半導體作用的阻擋層等陽極氧化。鋁及鋁 合金常用陽極氧化方法和工藝條件見表-5。其中以直流電硫酸陽極氧化法的應用最為普遍。

　　(4)陽極氧化鋁板氧化膜結構、性質：

　　陽極氧化膜由兩層組成，多孔的厚的外層是在具有介電性質的致密的內層上上成長起來的，后者稱為阻擋層(也稱活性層)。用電子顯微鏡觀察研究，膜層的縱橫面幾乎全都呈現與金屬表面垂直的管狀孔，它們貫穿膜外層直至氧化膜與金屬界面的阻擋層。阻擋層是又無水的氧化鋁所組成，薄而致密，具有高的硬度和阻止電流通過的作用。阻擋層厚約0.03-0.05μm，為總膜后的0.5%-2.0%。以各孔隙為主軸周圍是致密的氧化鋁構成一 個蜂窩六棱體，稱為晶胞，整個膜層是又無數個這樣的晶胞組成。當電解液為硫酸時，膜層中硫酸鹽含量在正常情況下為13%-17%。氧化膜多孔的外層主要是又非晶型的氧化鋁及小量的水合氧化鋁所組成，此外還含有電解液的陽離子。氧化膜的大部分優良特性都是由多孔外層的厚度及孔隙率所覺決定的，它們都與陽極氧化條件密切相關。

　　6工藝流程

　　通用工藝流程

　　鋁工件→上掛具→脫脂→水洗→堿蝕→水洗→出光→水洗→陽極氧化→水洗→去離子水洗→染色或電解著色→水洗→去離子水洗→封閉→水洗→下掛具

　　高光亮度的鋁制品工藝流程

　　鋁工件→機械拋光→脫脂→水洗→中和→水洗→化學或電化學拋光→水洗→陽極氧化→水洗→去離子水洗→染色或電解著色→水洗→去離子水洗→封閉→水洗→機械光亮