阳极氧化铝板

　　阳极氧化铝板

　　阳极氧化铝板是将铝板置于相应电解液(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。

　　1概述

　　阳极的铝板氧化，表面上形成氧化铝薄层 ，其厚度为5～20微米 ，硬质阳极氧化膜可达60～200微米 。阳极氧化后的铝板，提高了其硬度和耐磨性，可达250～500千克/平方毫米，良好的耐热性 ，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K ，优良的绝缘性 ，耐击穿电压高达2000V ，增强了抗腐蚀性能，在ω=0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。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。有色金属或其合金(如铝、镁及其合金等)都可进行阳极氧化处理。

　　挤压材料，用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构，如交通运输车辆的桁架、杆件、容器;大型热交换器，以及焊接后不能进行固熔处理的部件;还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒。

　　7039冷冻容器、低温器械与贮存箱，消防压力器材，军用器材、装甲板装置

　　用于锻造静态强度与合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件，如飞机与零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与6合金的相等，而韧性稍高

　　飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是：抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高

　　空调器铝箔与特薄带材;3003、6061、7178合金板材与管材的包覆层

　　用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造

　　用于锻造航空器用的高强度结构性。材料有良好的综合性能，即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高

　　7178供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件

　　机身用的包铝的与未包铝的板材，机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件

　　飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等

　　2应用范围

　　阳极氧化铝板广泛应用在机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，建筑装饰，机器外壳，灯具照明、电子消费品、工艺品、家用电器、室内装潢、标牌、家具、汽车装饰等行业。

　　3术语

　　表面处理

　　(1)光亮化 brightening 用化学或电化学抛光的方法，使金属表面光亮的过程 。

　　(2)光亮浸渍 bright dipping 金属在溶液中浸渍后，使金属表面光亮。

　　(3)抛光 polishing 减小金属表面粗糙度的过程。

　　(4)软轮磨光 buffing 金属表面通过旋转的软轮进行抛光。轮上所用的磨料为 含有细小研磨粒的悬浊液、膏体或粘性油脂。

　　(5)电解光亮化 electrobrightening 用适当的电解处理方法使金属表面光亮化。

　　(6)电解抛光 electropolishing 铝在适当的电解液中作为阳极的抛光处理。

　　(7)电解浸蚀 electrolytic etching 铝在适当的溶液中用电解法所进行的浸蚀。

　　(8)化学光亮化 chemical brightening 铝浸入溶液中使其表面光亮化的处理。

　　(9)化学抛光 chemical polishing 铝浸入化学溶液中的抛光处理。

　　(10)脱脂 degreasing 用机械、化学或电解方法除去表面的油脂。

　　(11)酸洗 pickling 通过化学作用(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、弱碱溶液、溶剂及其蒸气，清除表面油脂和污垢 的处理方法。这种处理可以采用化学或电解法。

　　(13)除灰 desmutting 除去附着在铝表面上的灰状物(例如：铝在碱洗之后再 浸入硝酸溶液中的处理俗称出光)。

　　(14)去氧化物处理 deoxidizing 除去表面的氧化物。

　　(15)浸蚀 etching，etch 金属材料的表面在酸性或碱性溶液中，由于表面全部 或局部溶解使其粗糙化。酸浸蚀过程可以在通电或不通电的条件下进行。这种方法也可用于电解电容器铝箔、印刷电路板和装饰性结构等特殊生产工艺。

　　(16)刷光 brushing 表面进行机械清理的一种方法，通常用旋转的刷子。

　　(17)磨光 grinding 采用附着在刚性或柔性物体上的磨料去除表层物质的过程。

　　(18)带式磨光 belt grinding，belt polishing 一种机械处理铝件的方法，铝件与 粘有磨料的环行条带摩擦接触。

　　(19)滚筒磨光 tumbling 为改善金属表面的光洁度，在滚筒中(有无磨料或弹 丸均可)批量处理铝件的过程。

　　(20)喷磨 abrasive blasting 用空气流将刚玉或玻璃砂射向物体表面的处理方 法。也可采用悬浮在水或其他液体中的细小磨料进行喷磨(湿喷或蒸喷)。

　　(21)喷丸 shot blasting 向金属表面喷射硬而小的球状物(如金属丸)的处理 方法。

　　(22)喷玻璃丸处理 glass bead blasting 将细小的球状玻璃丸喷射在金属表面， 使其表面得到清洁或硬化的处理方法。

　　(23)喷砂 sand blasting 用砂或氧化铝进行喷磨。

　　(24)湿喷 wet blasting liquid honing 将含有磨料的水浆以高速向工件喷射， 对其表面进行清洗或精加工。

　　(25)活化 activation 表面由钝态向活化态的转变。

　　(26)再活化 reactivation(of an anodic oxide coating)阳极氧化膜经酸处理后， 吸附染料能力增加的现象。

　　(27)脱膜 stripping 用适当的化学溶液除去金属表面的阳极氧化膜。

　　阳极氧化

　　(1)阳极氧化anodizing，anodic oxidation 电解氧化过程。在该过程中的铝或 铝合金的表面通常转化成一层氧化膜，该膜具有防护性、装饰性及一些其他功 能特性。

　　(2)阳极 anode 1)在电解过程中，使负离子放电，生成正离子或发生其他 氧化反应的电极。2)能够起到上述作用的物体。

　　(3)阴极 cathode 1)在电解过程中，使正离子放电，生成负离子或发生其他还 原反应的电极。2)能够起到上述作用的物体。

　　(4)辅助电极auxiliary electrode 在电解过程中，为了使电流均匀分布所采用的 附加阳极或阴极。

　　(5)电流密度 current density 通过物体单位表面积的电流强度。一般用安培每 平方米或每平方分米(A/m2,A/dm2)。

　　(6)临界电流密度 critical current density 电解时特定的电流密度值，高于或低 于该值时会发生不同的有时是不希望发生的反应。

　　(7)电流效率 current efficiency 阳极氧化过程中形成氧化膜所消耗的有效电流 与法拉弟定律计算所得的理论电流的比值。通常用百分数表示。

　　(8)阳极效率 anode efficiency1)一般是指在某一特定阳极过程中的电流效率。

　　(9)交流阳极氧化 AC anodizing 用交流电进行的阳极氧化。

　　(10)直流阳极氧化 DC anodizing 用直流电进行的阳极氧化。

　　(11)硫酸阳极氧化 sulfur acid anodizing 用硫酸电解液进行的阳极氧化。

　　(12)铬酸阳极氧化 chromic acid anodizing 用铬酸电解液进行的阳极氧化。主 要用于航空方面。

　　(13)光亮阳极氧化 bright anodizing 以表面光亮度为主要要求的阳极氧化。

　　(14)硬质阳极氧化 hard anodizing 生成硬质氧化膜的阳极氧化方法。该膜具有 较好的耐磨性能。

　　(15)自着色阳极氧化 self-colour anodizing 用适当的电解液(常以有机酸为基 )使铝在阳极氧化过程中就生成带色的氧化膜。

　　(16)带材阳极氧化 strip anodizing，coil anodizing 长带材依次通过各工序进行 连续的阳极氧化(着色)。

　　(17)筐篮与桶式阳极氧化 basket or barrel anodizing 小零件(如铆钉)在带孔 的筐篮或桶中阳极氧化。铝制品小件压入筐篮或桶中作为阳极，酸性电解液在零件间循环。

　　(18)恒电压阳极氧化 constant voltage anodizing 在恒定电压下进行阳极氧化。

　　(19)本高-斯托特工艺 Bengough-Stuart process 工业上最早应用的铬酸电解液阳极氧化的工艺。

　　(20)阻挡层阳极氧化 barrier layer anodizing 在铝上生成薄而致密无孔的氧化 膜的阳极氧化。这种方法通常用于制造电解电容器。

　　(21)阻挡层 barrier layer 一层紧靠着金属表面的薄而无孔的铝氧化物层(0.01 -0.07um)。它区别于具有多孔结构的氧化膜主体部分。

　　(22)阳极氧化膜 anodic oxide coating 在阳极氧化过程中，于铝及铝合金表面上生成的保护氧化膜。

　　(23)阳极氧化膜结构 structure of anodic oxide coating 阳极氧化膜通常由带有中心小孔的六方结构组成，一层薄阻挡层介于铝表面和作为主体的多孔型氧化层之间。

　　(24)氧化物单元 oxide cell 非晶态多孔型氧化膜的最小结构单位。它的心中有一小孔，直通铝表面的阻挡层，孔壁为较致密氧化物。

　　(25)孔 pore 指氧化物单元中心的小孔，它是由于电流局部流动形成的。

　　(26)电解 electrolysis 电流流经电解液的电极上产生电化学反应的过程。

　　(27)电解液 electrolyte 由离子传输电流的导电性液体介质。

　　(28)周期换向电解 periodic reverse electrolysing 电流 呈周期性换向的电 解方法。

　　(29)迭加交流电 superimposed AC 在电解过程将交流电迭回直流电上的电流形式。

　　(30)分流电极 thief，robber 放在特定的位置上的辅助电极，它能将工件上某些部位的电流部分转移，以避免局部电流密度过高。

　　(31)分布能力 throwing power 在电解过程中，电流在不规则电极表面上均匀分布的能力。

　　(32)槽电压 tank voltage，bath voltage 电解槽中阳极与阴极之间的电压。

　　(33)化学转化膜 chemical conversion coating 铝浸在碱性或酸性的氧化性溶液中，通过化学反应使其表面生成一层膜(大部分是氧化膜)。此膜常用于铝的涂漆底层。

　　(34)化学氧化 chemical oxidation 在化学氧化剂的作用下，使金属表面生成一层氧化膜。

　　(35)汇流排(母线) bus bar 将电流导入阳极或阴极(例如在阳极氧化槽中)的刚性金属导体。

　　(36)挂架 jig rack(U.S)化学或电化学处理时悬挂和运载工件的装置。阳极氧化时，它可用铝或钛制成。

　　(37)助滤剂 filter aid 惰性、不溶的疏松材料。在过滤中起辅助作用，以防止主过滤器上滤渣堆积过多。

　　(38)空气搅拌 air agitation 使空气穿过溶液，起到搅动与混合的作用。

　　着色与封孔

　　(1)着色 colouring 通常指待着色的物体进行的上色处理。例如，未经封孔的阳极氧化膜浸在适当的着色剂中所进行的处理。

　　(2)着色剂 colourant 用于对氧化膜进行上色的材料或物质。常用的有染料(有机或无机)、颜料和金属盐。

　　(3)颜料 pigment 几乎不溶的有颜色的粉状物质。

　　(4)染料 dyestuff 能将其本身颜色染到其他材料(如阳极氧化膜)上去的带色化合物，通常是可溶或不溶的有机化合物(着色物质)。

　　(5)颜色 colour 由入射光谱的组成、物件对光的反射或透射以及观察者的光感所决定的物体外观特性。

　　(6)电解着色 electrolytic colouring 阳极氧化膜的多孔型结构中由于电沉积金属或金属氧化物而着色。

　　(7)褪色 fading 原有颜色强度减弱。

　　(8)失色 bleeding 由于染色的阳极氧化膜中染料的溶解而使颜色减褪。例如在封孔过程中染料(颜料)的溶解。

　　(9)阳极氧化膜封孔 sealing of anodic oxide coating 阳极氧化后的氧化膜经吸附作用、化学反应或其他机制所进行的处理，以增加氧化膜的耐污、耐蚀性能、改善氧化膜颜色的耐久性和达到所要求的其他性能。

　　(10)蒸汽封孔 steam sealing 阳极氧化膜用饱和的或不饱和的蒸汽进行的封闭处理。

　　(11)镍盐封孔 nickel sealing 用镍盐封闭氧化膜的方法。主要用乙酸镍。

　　(12)铬酸盐(重铬酸盐)封孔 chromate sealing，dichromate sealing 在含有重铬酸盐的[(常用的重铬酸钾或重铬酸钠)5%(m/m)]溶液中所进行的封孔过程，一般是为了增加防蚀能力。

　　(13)勃母石(一水氧化铝)boehmite 阳极氧化膜在温度高于80℃的水或蒸汽中封孔时，由于膜的水合作用所生成的一水铝氧化物。

　　(14)拜尔休(三水氧化铝)bayerite 阳极氧化膜在温度过低(低于80℃)的水或蒸汽中封闭时，由于膜的水合作用所生成的一种三水合铝氧化物(15)去离子 deionization demineralizing 用离子交换的方法除去溶液中的离子。

　　检验

　　(1)耐磨性 abrasion resistance 表面的耐磨损能力。

　　(2)弯曲实验 bend test 确定阳极氧化膜不产生肉眼可见的裂纹的最小弯曲半径的试验方法(与板片厚度有关)。

　　(3)击穿电压 breakdown voltage 在规定条件下，氧化膜表面上的探头与铝基体之间产生火花前达到的最大电压。

　　(4)卡斯试验 CASS test 用乙酸、氯化铜、氯化钠溶液喷雾的加速磨蚀试验方法。卡斯(CASS)是英语“含铜乙盐喷雾试验”的缩写字。

　　(5)克氏试验 Kesternish test 在含有二氧化硫的高温潮湿气氛中进行的加速腐蚀试验方法。

　　(6)法克特试验 FACT test 即福特阳极氧化铝腐蚀实验。该试验是在确定的电解池中，在氧化膜上施加直流电所进行的腐蚀试验。

　　(7)盐雾试验 salt spray test，NSS test 在5%(m/m)氯化钠盐雾介质中加速腐蚀的试验方法。

　　(8)耐侯性 weather resistance 阳极氧化膜承受长期大气暴露的能力。

　　(9)耐光性 light fastness 着色表面在长期光照下的耐光能力(不含大气的影响)。

　　(10)蓝卡 blue scale 测定染料耐光性的国际标准卡。此卡由八种蓝色程度不同的毛织品组成，每种表示不同的耐光性。

　　(11)灰卡 grey scale 在表面上染有不同强度灰色的国际标准卡，一般用于估计颜色的变化。

　　(12)允许色差 colour tolerance，colour limits 在规定的照明与观察条件，与已知标准颜色相对比时所允许的偏差。

　　(13)涡流 eddy current 一种高频感应电流形式。用于测量非磁性基体金属上非导电性膜的厚度(例如铝阳极氧化膜)。

　　(14)氧化膜质量 coating mass 单位表面积上阳极氧化膜的质量(cm2)(15)导纳试验 admittance test 用交流电路测定氧化膜的表观导纳值。导纳值是阻抗值的倒数。

　　(16)阻抗试验 impedance test 用交流电路测定氧化膜的表观阻抗。阻抗值为导奈值的倒数。

　　(17)损耗系数 loss factor，dissipation factor 阻抗中电阻分量与电容分量之比。

　　(18)绝缘强度 dielectric strength 氧化膜在电击穿前所承受的最大电场强度。单位为千伏每毫米(kv/mm)。

　　(19)染斑试验 dye spot test，dye aborption test，dye stain test 在规定的条件下，检查阳极氧化膜吸收染料能力的试验。主要用于评价封孔质量。

　　(20)反射率 reflectance 反射光与入射光之比。

　　(21)光亮度 brightness 物体表面对光的反射能力(非精确的术语)。

　　4特点

　　(1)加工性好：阳级氧化铝板装饰性强，硬度适中，可轻易折弯成型，进行连续性高速冲压，方便直接加工成产品，无需再进行复杂的表面处理，大大减短产品生产周期和降低产品生产成本。

　　(2) 耐候性好：标准厚度氧化膜(3μm)的阳极氧化铝板室内使用长期不变色，不腐蚀，不氧化，不生锈。加厚氧化膜(10μm)的阳极氧化铝板可使用于室外，可长期暴露于太阳光线下不变色。

　　(3)金属感强：经阳极处理的铝板表面硬度高，达宝石级，抗刮性好，表面无油漆覆盖，保留铝板金属色泽，突出现代金属感，提高产品档次和附加值。

　　(4) 防火性高：纯金属制品，表面无油漆和任何化工物质，600度高温不燃烧，不产生有毒气体，符合消防环保要求。

　　(5)抗污性强：不留手印，还会有污点痕迹，容易清洗，不产生腐蚀斑点。

　　(6)适用性强：用途广，适用于金属铝天花板，幕墙铝板，铝塑面板，防火板，蜂窝铝板，铝单板，电器面板，橱柜面板，家具面板等。

　　5氧化过程

　　(1)阳极氧化铝板氧化膜生成的一般原理：

　　以铝板为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝板的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。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作用，一部分以气态的形式析出。

　　(2)阳极氧化铝板氧化电解溶液的选择：

　　阳极氧化膜生长的一个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。

　　(3)阳极氧化铝板氧化的种类：

　　阳极氧化按电流形式分为：直流电阳极氧化，交流电阳极氧化，脉冲电流阳极氧化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性子分有：普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。铝及铝 合金常用阳极氧化方法和工艺条件见表-5。其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。

　　(4)阳极氧化铝板氧化膜结构、性质：

　　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。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。阻挡层厚约0.03-0.05μm，为总膜后的0.5%-2.0%。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。当电解液为硫酸时，膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成，此外还含有电解液的阳离子。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的，它们都与阳极氧化条件密切相关。

　　6工艺流程

　　通用工艺流程

　　铝工件→上挂具→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封闭→水洗→下挂具

　　高光亮度的铝制品工艺流程

　　铝工件→机械抛光→脱脂→水洗→中和→水洗→化学或电化学抛光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封闭→水洗→机械光亮