阳极氧化_阳极氧化处理的工艺参数

阳极氧化处理是在电解质溶液中，以铝作为阳极通过直流电，由于发生电化学反应而在铝上生成阳极氧化膜的工艺过程。这涉及到阳极氧化槽液类型(电解质溶液)，阳极氧化电源和阳极氧化操作参数三个方面。铝阳极氧化的具体工艺参数有:槽液成分与浓度、阳极氧化温度、阳极氧化的电压与电流密度、电解槽的阴/阳极材质与阴/阳极面积比，以及槽液中容许的杂质含量等。而上述工艺参数又随电解槽液的类型不同而不同，本节叙述硫酸、磷酸和铬酸的阳极氧化工艺参数，草酸和混合酸的阳极氧化。

一、电解质槽液

生成多孔型铝阳极氧化膜的电解质槽液主要用无机酸电解液，如硫酸、铬酸和磷酸等，其中硫酸应用最广。有时也使用混合酸，如硫酸加草酸、硫酸加酒石酸等。硫酸阳极氧化膜无色透明，可以着色(电解着色或染色等)，也可以封孔(沸水封孔、冷封孔或电泳涂漆等)，综合性能较好。铬酸阳极氧化膜不透明，但耐蚀性较强。磷酸氧化膜的孔径大，适合于作为涂装或电镀的底层。碱性电解液阳极氧化膜表面粗糙、孔隙大、耐磨性差，除了可以作为涂装底层外，应用相当有限。然而碱性电解液在高电压阳极氧化(如微弧氧化)中经常使用。有机酸中的草酸、酒石酸、磺基水杨酸等，常被加入到硫酸中以降低硫酸对于氧化膜的溶解能力，从而可以提高槽液温度和电流密度，改进膜的质量，形成“宽温氧化”。在特殊需要的情形下，也可以单独使用有机酸，得到耐蚀、耐磨兼具的阳极氧化厚膜。

无机酸槽液主要控制全酸浓度和游离酸浓度，而游离酸浓度往往更有实际意义。槽液浓度应该视酸的种类而异，浓度范围应该按照工艺说明认真管理。一般硫酸阳极氧化的硫酸浓度可以选择在15%~20%(也可以按照130~180g/L配制)，传统上欧洲的硫酸浓度偏高(不超过200g/L)，我国和日本的偏低(约160g/L)。硫酸浓度的变化范围控制在±10g/L，但是在三次电解多色化处理时，阳极氧化槽液的浓度范围控制应该更加严格。（导读：阳极氧化工艺中_硫酸阳极氧化工艺http://www.hswj66.com/Article/yangjiyanghuagongyiz_1.html）磷酸溶液的浓度约

为4%磷酸，铬酸溶液约为3%铬醉。在配制硫酸槽液时可用自来水配制，而在配制草酸或其他有机酸溶液时宜用去离子水。槽液中有害的杂质是氯、氟等形成的阴离子，以及铜、铁、硅等形成的阳离子。槽液中铝离子浓度也应该加以控制，在硫酸阳极氧化时‘铝离子浓度一般控制在低于20g/L的范围，最佳控制稳定在5~10g/L,氯离子浓度不宜高于100mg/L。铝离子浓度过高，则阳极氧化膜的透明度降低，耐磨性下降，严重时还容易发生“烧焦”现象。

二、阳极氧化电源

传统的阳极氧化电源采用直流电(DC)氧化电源，在某些情形下脉冲电流(PC)氧化电源更具优势，例如生产比较厚的或硬度比较高的阳极氧化膜。交流电(AC)阳极氧化和交直流叠加(AC+DC)阳极氧化，在当前工业方面的应用还很少。直流阳极氧化中稳定的直流电，虽然可以由蓄电池或直流发电机提供，但是这并不是理想的电源，在工业应用中很少采用。通常，工业上采用SCR(可控硅)控制或滑动电刷自动变压器控制的整流器提供直流电。最常用的脉冲阳极氧化的电压波形是单向方波脉冲，由于电流回复效应，既保证短时间的高电流密度使阳极氧化膜高速生长，又有利于低电流密度时焦耳热从膜层的散失，而防止膜烧损，最适合于压铸铝合金的阳极氧化厚膜的形成。因此，在硬质阳极氧化方面，脉冲电源可以显示其独特的优越性。在建筑铝型材阳极氧化时，除非生产厚度大于20μm的厚氧化膜，才可能显示脉冲阳极氧化的优越性，因此，在我国铝型材生产中脉冲阳极氧化没有被大量选用。

三、阳极氧化的操作参数

阳极氧化操作参数包括电解槽液温度、外加电压、电流密度、搅拌和电解时间等。

A电解槽液温度

阳极氧化是一个电化学(电解)放电过程，随着氧化膜厚度的增加需要强制散热，用冷却来控制槽液温度是保证阳极氧化膜性能的重要参数。铝阳极氧化的最佳温度范围视电解槽液类型、铝合金类型、阳极氧化条件以及阳极氧化膜的性能要求而有所不同。阳极氧化的槽液温度一般是在20~30℃之间。硫酸溶液的温度宜选择在20℃以下，硫酸硬质阳极氧化的温度要求更低，一般可以选择在-5~+5℃。磷酸槽液大约为25℃，而铬酸槽液可以达到甚至高于30℃。一般来说，电解槽液的温度升高，阳极氧化膜的硬度、耐腐蚀性和耐磨性都会下降，甚至出现阳极氧化膜的烧焦或粉化现象。阳极氧化的操作温度降低，则阳极氧化膜的透明度和染色性都会下降，而且容易引起着色的不均匀，但是阳极氧化膜的硬度会得到提高。

B阳极氧化电压

阳极氧化电压决定了阳极氧化膜的结构，也就是决定了氧化膜的性能。在控制电压(即恒电压)阳极氧化时，外加电压高则电流密度也高，阳极氧化膜的生长速度也随之加快。阳极氧化电压首先与铝合金类型有关，在165g/L硫酸槽液、25℃和1.2A/dm^2电流密度下，6063-T5和5052铝合金的电压约为13~14V，6061-T6和3003铝合金的电压为14~15V，而2014-T6和2024-T3铝合金则为17~18V。同时电压还与电解质类型、电解槽液浓度、铝离子浓度、槽液温度以及搅拌等因素有关。一般条件下，硫酸溶液的电压大致为15V,磷酸溶液约为20V，而铬酸溶液则大于20V。在草酸槽液中阳极氧化，外加电压已经从硫酸溶液中不到20V增加到50V左右。当然，火花阳极氧化(也称微弧氧化)的电压可能达到几百伏，此时外加电压并不是单一电化学反应的结果，而是物理的火花放电过程与电化学过程的共同作用。

C阳极氧化电流密度

控制电流(也称恒电流)直流阳极氧化是最普通、最常用的方法，因为电流密度与时间直接控制阳极氧化膜的厚度，硫酸直流阳极氧化的电流密度大多采用1.0~1.5A/dm2。近年兴起的高速阳极氧化，电流密度可以提高到1.5~3.0A/dm2的范围，长时间保持如此高的电流密度可能烧损氧化膜，因此脉冲阳极氧化应运而生。硬质阳极氧化的电流密度更高一些，可能会达到3.0~4.0A/dm^2左右。在脉冲阳极氧化时，短时间脉冲电流密度可能会达到更高，但是脉冲阳极氧化的电流恢复效应有利于阳极氧化膜的快速生长。电流密度可以直接反映阳极氧化速度的快慢，也就是说电流密度愈大，阳极氧化膜生长速度愈快，生产效率愈高。但是最佳电流密度的选择是与铝合金类型、电解槽液类型与浓度、槽液温度、电源波形甚至搅拌强弱都有关系的，最后总是需要综合考虑各因素达到优化的目的。

D槽液机械搅拌

阳极氧化槽液搅拌的目的是有利于阳极氧化膜的散热，阳极氧化过程中电流通过膜层生成的焦耳热必须散去。工业化批量生产通常将槽液机械循环到槽外，通过换热器冷却再用泵打回槽内，同时槽内再进行空气搅拌可以使槽液成分和温度更加均匀，而且更有助于阳极氧化膜的散热。近年有报道称将一般空气搅拌改进为空气微泡搅拌，可以加强散热以提高阳极氧化膜的生长速度。槽液循环原则.上不能代替空气搅拌，两者同时使用效果更好，我国和欧洲通常同时采用槽液循环和空气搅拌两种方法。日本学者的观点有些不同，他们认为空气搅拌使槽液中含有大量空气泡，增大槽液的电阻从而使能耗增加，另外还可能由于在工件表面上积聚空气泡，造成阳极氧化膜的点缺陷，并不主张进行空气搅拌。日本学者的意见也是不无道理的，因此不必强求硬性规定，应该根据生产的具体情况决定取舍才更加合理。

E电解时间

原则上在电流密度恒定时，阳极氧化膜的厚度是与电解时间成正比的。在恒电流密度阳极氧化时，就是简单地用电解时间来控制阳极氧化膜的厚度。值得强调的是，随着阳极氧化膜厚度的增加，电流通过氧化膜产生的焦耳热加大，阳极氧化膜的生成效率逐渐降低。也就是说阳极氧化膜的生长速度随着电解时间的延长而变慢，直至达到阳极氧化膜的极限厚度。因此在厚膜的生产过程中，单纯依靠延长电解时间是不能达到目的的。必须从降低槽液温度，加强槽液搅拌，降低槽液对于氧化膜的腐蚀性(如加人有机酸)，甚至变恒电流阳极氧化为脉冲阳极氧化等多种措施加以解决。

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