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表面处理培训[精选]
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表面处理简介
表面处理：它是通过机械和化学的方法处理后，能在产品的表面上形成一层保护机体的保护层.在自然界中能达到稳定状态,增加机体的抗蚀性和增加产品的美观,从而提升产品的价值.表面处理种类的选择首先要从使用环境,使用寿命,人为欣赏的角度出发,当然经济价值也是考虑的核心所在.
表面处理的流程包括前处理,成膜,膜后处理.包装,入库.出货等工序,其中前处理包括机械处理,化学处理。
.机械处理包括喷吵,抛丸,打磨,抛光,打蜡等工序.机械处理目的使产品表面剔除凹凸不平,补救表面其它外观不良现象. 化学处理使产品表面的油污锈迹去除,并且形成一层能使成膜物质更好的结合或和化成活性金属机体,确保镀层有一个稳定状态,增加保护层的结合力,从而达到保护机体的作用。
第一章，铝材表面处理
一,铝材常见的化学处理有铬化,喷漆,电镀,化学镀,阳极氧化，电泳等工艺。.其中机械处理有拉丝,抛光,喷吵,打磨,等工艺：
铬化会便产品表面形成一层化学转化膜,膜层厚度在0.5-4um,这层转化膜吸附性好，主要作为涂装底层。外观有金黄色，铝本色，绿色等。这种转化膜导电性能好,是电子产品的最好选项,如手机电池内导电条,磁电设备等.该膜层适合所有铝及铝合金产品.但该转化膜质软，不耐磨，因此不利于做产品外部件利用。
铬化工艺流程：
铬化适合于铝及铝合金，镁及镁合金产品。
品质要求：1）颜色均匀，膜层细致，不可有碰伤，刮伤，用手触摸，不能有粗糙，掉灰等现象。
2）膜层厚度0.3-4um。
第二节，阳极氧化
阳极氧化:可以使产品表面形成一层均匀,致密的氧化层,(Al2O3。6H2O俗名钢玉)这种膜能使产品的表面硬度达到(200-300HV),如果特种产品可以做硬质阳极氧化,产品表面硬度可达400-1200HV,因而硬质阳极氧化是油缸,传动,不可缺的表面处理工艺.,另外这种产品耐磨性非常好,可做航空,航天相关产品的必用工艺.阳极氧化和硬质阳极氧化不同之处:阳极氧化可以着色,装饰性比硬质氧化要好的多.施工要点:阳极氧化对材质要求很严格,不同的材质表面有不同的装饰效果,常用的材质有75,2024等,其中,2024相对效果要差一些,由于材质中CU的含量不同,因此7075硬质氧化呈黄色,呈褐色,但普通阳极氧化75没多大的差别,但2024就容易出现很多金斑..
一，常见工艺
常见的阳极氧化工艺有拉丝雾面本色,拉丝亮面本色,拉丝亮面染色,雾面拉丝染色(可染成任何色系).抛光亮面本色,抛光雾面本色,抛光亮面染色,抛光雾面染色.喷吵亮面本色,喷吵雾面本色,喷沙染色.以上镀种均可用在灯饰器材上。
二，阳极氧化工艺流程：
二，常见品质异常判断
A 表面出现花斑.这种异常一般是由于金属调质不好或材质本身太差所至,处理办法,重新热处理.或更换材质.
B表面出现彩虹色.这种异常一般阳极作业失误所致.,上挂时松动,造成产品导电不良.,处理办法,退电重新阳极处理.
C,表面碰伤,刮伤严重.这种异常一般是由于运输或加工过程中,作业大意所致,处理办法,退电,打磨再电.
D,染色时表面出现白点.,这种异常一般是由于阳极作业时,水中有油,或其它杂质所致.
三，品质标准：
膜厚5-25um，硬度在200HV以上，封孔实验色变率小于5%
盐雾实验在36小时以上，且能达到9级以上CNS标准。
外观不能有碰伤，刮伤，彩云等现象。表面不能有挂点，发黄等不良现象。]
四，压铸铝,如A380,A365,A382等均不能做阳极氧化.
第三节,铝材电镀工艺:
铝及铝合金具有导电性好，传热快，比重轻，易于成型等优点，但铝及铝合金有硬度低，不耐磨，易发生晶间腐蚀，不易焊接，等缺点，影响到使用范围。故为了扬长避短，现代工业中，利用电镀解决了这一问题。
铝材电镀的优点：
改善装饰性，
提高表面硬度与耐磨性
降低摩擦系数，改善润滑性。
提高表面导电性能。
提高耐蚀性（包括与其它金属组合）
提高与橡胶热压合时的结合力。
提高反光率
修复尺寸公差
由于铝是一个比较活泼的金属,被电镀物均比铝材活泼性强,因此,电镀前,必须做相应的化学转化,如浸锌，锌铁合金，锌镍合金，而使锌及锌合金底层有良好的结合力的中间层氰化镀铜层。压铸铝由于机体结构疏松，打磨时，不能打磨掉机体表层部份，否则出现针孔，吐酸，脱皮等现
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引言：表面处理即是通过物理或化学的方法在材料表面形成一层具有某种或多种特殊性质的表层。通过表面处理可以提升产品外观、质感、功能等多个方面的性能。外观：颜色、图案、logo、光泽\线条（3D、2D）；质感：手感、粗糙度、寿命（品质）、流线型等等；功能：硬化、抗指纹、抗划伤；下面就金属、塑料、玻璃的多种表面处理工艺做详尽介绍：表面处理金属一、阳极氧化 阳极氧化：主要是铝的阳极氧化，是利用电化学原理，在铝和铝合金的表面生成一层Al2O3（氧化铝）膜。这层氧化膜具有防护性、装饰性、绝缘性、耐磨性等特殊特性。 工艺流程: 单色、渐变色：抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化→中和→染色→封孔→烘干双色：①抛光/喷砂/拉丝→除油→遮蔽→阳极氧化1→阳极氧化2 →封孔→烘干②抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化1 →镭雕→阳极氧化2 →封孔→烘干 技术特点: 1、提升强度,2、实现除白色外任何颜色。3、实现无镍封孔，满足欧、美等国家对无镍的要求。 技术难点及改善关键点：阳极氧化的良率水平关系到最终产品的成本，提升氧化良率的重点在于适合的氧化剂用量、适合的温度及电流密度，这需要结构件厂商在生产过程中不断探索，寻求突破。阳极氧化处理相关厂商 1、比亚迪2、富士康3、大禹化工4、鸿荣恒铝制品…… 二、电泳 ( ED-Electrophoresis deposition ) 电泳：用于不锈钢、铝合金等，可使产品呈现各种颜色，并保持金属光泽，同时增强表面性能，具有较好的防腐性能。 工艺流程：前处理→电泳→烘干 技术特点:优点：1、颜色丰富；2、无金属质感，可配合喷砂、抛光、拉丝等；3、液体环境中加工，可实现复杂结构的表面处理；4、工艺成熟、可量产。缺点：掩盖缺陷能力一般，压铸件做电泳对前处理要求较高。 电泳处理相关厂商1、船南济城科技2、弘昕五金…… 三、微弧氧化 (MAO) 微弧氧化：在电解质溶液中（一般是弱碱性溶液）施加高电压生成陶瓷化表面膜层的过程，该过程是物理放电与电化学氧化协同作用的结果。 工艺流程：前处理→ 热水洗→ MAO →
烘干 技术特点：优点：1、陶瓷质感，外观暗哑，没有高光产品，手感细腻，防指纹；2、基材广泛：Al, Ti, Zn, Zr, Mg, Nb, 及其 合金等；3、前处理简单，产品耐腐蚀性、耐候性极佳，散热性能佳。缺点：目前颜色受限制，只有黑色、灰色等较成熟，鲜艳颜色目前难以实现；成本主要受高耗电影响，是表面处理中成本最高的其中之一。 微弧氧化处理相关厂商1、比亚迪2、金唐材料应用技术…… 四、PVD真空镀物理气相沉积（Physical vapor deposition，PVD）：是一种工业制造上的工艺，是主要利用物理过程来沉积薄膜的技术。 PVD原理示意图 工艺流程: PVD前清洗→进炉抽真空→洗靶及离子清洗→镀膜→镀膜结束，冷却出炉→后处理（抛光、AFP） 技术特点: PVD（Physical Vapor Deposition,物理气相沉积) 可以在金属表面镀覆高硬镀、高耐磨性的金属陶瓷装饰镀层 PVD加工厂商 1、中南国际2、纳峰3、北京北方微电子4、天马微电子5、上海金科纳米涂层技术…… 五、电镀 (Electroplating) 电镀：是利用电解作用使金属的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用的一种技术。 工艺流程：前处理→无氰碱铜→无氰白铜锡→镀铬 技术特点：优点：1、镀层光泽度高，高品质金属外观；2、基材为SUS、Al、Zn、Mg等；成本相对PVD低。缺点：环境保护较差，环境污染风险较大。 电镀相关厂商1、泰安宏达…… 六、粉末喷涂 (Powder coating) 粉末喷涂：是用喷粉设备（静电喷塑机）把粉末涂料喷涂到工件的表面，在静电作用下，粉末会均匀的吸附于工件表面，形成粉状的涂层；粉状涂层经过高温烘烤流平固化，变成效果各异（粉末涂料的不同种类效果）的最终涂层 工艺流程：上件→静电除尘→喷涂→低温流平→烘烤
技术特点：优点：1、颜色丰富，高光、哑光可选；2、成本较低，适用于建筑家具产品和散热片的外壳等；3、利用率高，100%利用，环保；4、遮蔽缺陷能力强；5、可仿制木纹效果。缺点：目前用于电子产品比较少。 粉末喷涂相关厂商1、伟创力（上海）金属件2、朗法博…… 六、金属拉丝
拉丝：是通过研磨产品在工件表面形成线纹，起到装饰效果的一种表面处理手段。根据拉丝后纹路的不同可分为：直纹拉丝、乱纹拉丝、波纹、旋纹。 技术特点：拉丝处理可使金属表面获得非镜面般金属光泽，同时拉丝处理也可以消除金属表面细微的瑕疵。 金属拉丝相关厂商1、杭州华峰2、润泽金属制品…… 七、喷砂 喷砂:是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，获得一定的清洁度和不同的粗糙度的一种工艺。 技术特点:1、实现不同的反光或亚光。2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的档次。3、清楚前处理时遗留的残污，提高工件的光洁度，能使工件露出均匀一致的金属本色，使工件外表更美观，好看。 喷砂相关厂商1、旸灿工贸2、宏达喷砂…… 八、抛光抛光：利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。针对不同的抛光过程:粗抛(基础抛光过程)，中抛(精加工过程)和精抛(上光过程)，选用合适的抛光轮可以达到最佳抛光效果，同时提高抛光效率。 工艺流程：技术特点：提高工件的尺寸精度或几何形状精度，得到光滑表面或镜面光泽，同时也可消除光泽。 抛光相关厂商1、佛山弘禾…… 九、蚀刻蚀刻：通常所指蚀刻也称光化学蚀刻，指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。 工艺流程： 曝光法：工程根据图形开出备料尺寸-材料准备-材料清洗-烘干→贴膜或涂布→烘干→曝光→显影→烘干-蚀刻→脱膜→OK网印法：开料→清洗板材(不锈钢其它金属材料)→丝网印→蚀刻→脱膜→OK 技术特点:优点：1、可进行金属表面细微加工；2、赋予金属表面特殊的效果；缺点：蚀刻时采用的腐蚀液体（酸、碱等）大多对环境具有危害。 蚀刻相关厂商1、珠海联辉…… 表面处理塑料一、模内装饰技术（IMD）模内装饰技术（In-Mold Decoration-IMD）:是将已印刷好图案的膜片放入金属模具内，将成形用的树脂注入金属模内与膜片接合,使印刷有图案的膜片与树脂形成一体而固化成成品的一种成形方法。IMD包含IML（无拉伸、曲面小）、IMF（高拉伸产品、3D）、IMR(表面薄膜去掉，只留下油墨在表面)。目前业内把IML和IMF统称IML。 IML工艺流程：IMR工艺流程：技术特点：1、精美的装饰图文、标识内藏，不受摩擦或化学腐蚀而消失；2、图文、标识及颜色设计可随时改变，而无需更换模具；3、三维立体形状产品的，印刷精度准确，误差±0.05mm；4、能提供图文、标识背透光性及高透光性的视窗效果；5、功能按键凸泡均匀、手感好，寿命可达100万次以上；6、三维变化，可增加设计者对产品设计的自由度；7、复合成型加工达到无缝效果。 IMD加工厂商1、NISSHA2、Automotive3、应宏科技…… 二、喷涂( Painting )喷涂：利用喷枪等喷射工具把涂料雾化后，喷射在被涂工件上的涂装方法。 工艺流程：注塑→底漆→烘干→面漆→烘干 技术特点：优点：1、颜色丰富；2、液体环境中加工，可实现复杂结构的表面处理；3、工艺成熟、可量产；4、有独特的透明度，光泽度高。缺点：1、成本过高，低成本定位产品不适用于此工艺；2、工艺相对复杂，良率较低。 喷涂相关企业1、富士康2、比亚迪3、赫比…… 三、NCVM不导电真空镀
NCVM:又称不连续镀膜技术或不导电电镀技术，是采用镀出金属及绝缘化合物等薄膜，利用各不连续之特性，得到最终外观既有金属质感且不影响到无线通讯传输之效果。。 工艺流程:技术特点:1、所制产品不导电，可以通过高压电表几万伏特的高压测试，不导通或不被击穿2、所制产品表面具有金属质感的同时可实现半透明化控制。 NCVM加工厂商1、香港东升科技2、深圳金源康…… 四、电镀 电镀：使塑料以较高成品率及较低成本获得金属效果表面。与PVD相似，PVD是物理原理，电镀是化学镀，主要分为真空电镀和水电镀。 工艺流程：水电镀工艺流程 技术特点：优点：1、重量减轻；2、全面节省成本；3、较少的加工工序；4、仿真金属零件。缺点：1、包括金属插件在成型过程中不能变更；2、塑模制造大于200平方英寸的零件比拉模之铸造困难的多；3、电镀塑料用于某类家庭用具时存在着火的危险。 电镀相关厂商1、锦泓真空镀膜…… 五、印刷
塑胶件印刷：是通过移印、网印、转印等方法将所需图案印制在塑胶件表面的一种工艺 移印：是一种间接的可凹胶头印刷技术，先将设计的图案蚀刻在印刷平板上，把蚀刻板涂上油墨，然后，通过硅胶头将其中的大部分油墨转印到被印刷物体上。 网印：是孔版印刷术中的一种主要印刷方法:印版呈网状，印刷时印版上的油墨在刮墨板的挤压下从版面通孔部分漏印至承印物上。通常丝网由尼龙、聚醋、丝绸或金属网制作而成。 转印:水转印，热转印水转印:是利用水压将带彩色图案的转印纸/塑料膜进行高分子水解的一种印刷。热转印:是将花纹或图案印刷到耐热性胶纸上，通过加热，加压，将油墨层的花纹图案印到成品材料上的一种技术。 印刷相关厂商1、睿翔塑胶…… 六、镭雕镭雕：也叫激光雕刻或者激光打标，是一种用光学原理进行表面处理的工艺,与网印移印类似，通过镭雕可以在产品表面打字或者图案。 技术特点：1、范围广泛、安全可靠2、精确细致、安全快捷3、成本低廉、节约环保 镭雕相关厂商1、天威激光……七、咬花 咬花：是用化学药品如浓硫酸等对塑料成型模具内部进行腐蚀，形成蛇纹、蚀纹、犁地等形式的纹路，塑料通过模具成型后，表面具有相应纹路的一种工艺方法。 工艺流程： 模具接收→喷砂→化学清洗(酸洗)→贴花→上沥清粉→加热→上洋→干漆→化学腐蚀→化学清洗→喷砂→品检 技术特点： 1、提升产品的视觉效果和手感2、防滑3、增大表面积，利于散热4、利于脱模，易于成型 咬花相关厂商 1、益隆模具……表面处理玻璃一、玻璃钢化（物理） 钢化玻璃:其实是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度通常使用化学或物理的方法。在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。工艺流程：
特点：钢化玻璃具有抗冲击强度高(比普通平板玻璃高4～5倍)、抗弯强度大(比普通平板玻璃高5倍)、热稳定性好以及光洁、透明、防指纹等特点。钢化玻璃相关企业康宁蓝思科技伯恩……二、玻璃钢化（化学）-离子交换法离子交换：离子交换法强化玻璃是玻璃钢化的一种形式，属于化学的钢化，即将玻璃侵入到熔融状态的碱金属盐中，进行Na+与K+的交换，然后冷却得到的。 工艺流程：原片检验→切裁→磨边→清洗干燥→低温预热→高温预热→离子交换→高温冷却→中温冷却→低温冷却→清洗干燥→检验→包装入库 技术特点：1、非常坚固，耐刮花，不会产生痕迹2、防破碎、抗裂纹。 相关厂商：康宁……三、抛光玻璃抛光：是指利用化学或者物理的方法，祛除玻璃表面的纹路,划痕以及一些其他的瑕疵,提高玻璃的透明度和折射率,让玻璃更加玻璃化。 抛光处理的方法主要包括：1、火抛光
2、抛光粉抛光3、酸抛光
4、机械抛光抛光相关厂商明星抛光……四、印刷印刷：玻璃的印刷可采用丝网印刷、喷墨印刷和转移印刷等多种方式，目前大多仍采用丝网印刷。丝网印:丝网印刷是孔版印刷术中的一种主要印刷方法:印版呈网状，印刷时印版上的油墨在刮墨板的挤压下从版面通孔部分漏印至承印物上。通常丝网由尼龙、聚醋、丝绸或金属网制作而成。印刷相关厂商善光佳工艺……五、镀膜玻璃镀膜：就是在玻璃表面涂渡一层或多层金属膜或金属化合物，以改变玻璃光学性能和物理性能。 技术特点：1、太阳透过率好2、单项透视功能及镜面反射效果3、保护隐私4、性能持久镀膜相关厂商信义玻璃……六、AF Coating
AFCoating：即是利用蒸镀方式，在Lens表面镀上一层奈米级的涂层，该涂层会将Lens表面的毛细孔填充的更加绵密平实，使得脏污、油物不易附着于Lens表面，纵使沾于Lens也可以轻易擦拭掉。技术特点：防油防污防指纹（指纹易擦除）AFCoating 相关企业印象光电……如果您是表面处理相关供应商，请回复：表面处理+工艺类型+公司+联系方式免费加入导航。作者：Seven.新材料在线独家整理，转载请注明出处！特别鸣谢以下企业的大力支持：比亚迪股份有限公司比亚迪创立于1995年，分别在香港联合交易所及深圳证券交易所上市，主要从事以二次充电电池业务，手机、 电脑零部件及组装业务为主的IT产业，以及包含传统燃油汽车及新能源汽车在内的汽车产业，并利用自身技术优势积极发展包括太阳能电站、储能电站、LED及 电动叉车在内的其他新能源产品。比亚迪现有员工约18万人，总占地面积近1700万平方米，在全球建立了22个生产基地。点击“阅读原文”查看更多
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&&【讨论】碳化硅砖表面氧化层为什么是黄褐色？
【讨论】碳化硅砖表面氧化层为什么是黄褐色？
按道理碳化硅氧化后，应该是白色的sio2的，但是实际碳化硅砖烧后，氧化层都是黄褐色的，是不是高铝矾土的原因？是矾土的颜色？
在还原气氛下也这样吗？
我的碳化硅也是这样，有什么方法可以去除黄褐色了？高温如何操作？:hand:
木质素在300度就烧失了，只留下极微量的氧化钙或氧化钠。不可能是这个原因。我也做过类似的，做完抗氧化实验后表面呈红色甚至黑色的斑点，看铁的含量。
我埋碳烧成的话，未发现这种情况，但是氧化气氛下出现了黄色甚至黑色斑点。
我当时做的铁沟料抗氧化实验，也是表面出现黄色和黑色的，猜测黄色是氧化铁影响，黑色是氧化钛影响导致有黑色钛酸铝生成，不知是否。。。
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铝氧化的相关常识
&& 铝及铝合金的氧化处理的方法（） 主要有两类：①化学氧化，氧化膜较薄，厚度约为0.5～4微米,且多孔，质软，具有良好的吸附性，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和抗蚀性能均不如阳极氧化膜；②电化学氧化，氧化膜厚度约为5～20微米（硬质阳极氧化膜厚度可达60～200微米），有较高硬度，良好的耐热和绝缘性，抗蚀能力高于化学氧化膜，多孔，有很好的吸附能力。
1.铝及铝合金的化学氧化处理 铝及铝合金的化学氧化处理设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，适用范围广，不受零件大小和形状的限制。
铝及铝合金化学氧化的工艺按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类。
按膜层性质可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸－磷酸盐膜。
&1&铝及铝合金碱性铬酸盐化学氧化溶液的配方及工艺条件如表7－4。
组成物的质量浓度/g?L
配 方 编 号
8～10注：①配方1，2适用于纯铝，铝镁合金，铝锰合金和铝硅合金的化学氧化。膜层颜色为金黄色，但后二种合金上得到的氧化膜颜色较暗。碱性氧化液中得到的膜层较软，耐蚀性较差，孔隙率较高，吸附性好，适于作为涂装底层。
②配方3中加入硅酸钠，获得的氧化膜为无色，硬度及耐蚀性略高，孔隙率及吸附性略低，在硅酸钠的质量分数为2％的溶液中封闭处理后可单独作为防护层用，适合于含重金属铝合金氧化用。
③工件经氧化处理后为提高耐蚀性，可在20g/L的CrO3溶液中，室温下钝化处理5～15s，然后在低于50℃温度下烘干。
&2&铝及铝合金酸性铬酸盐化学氧化溶液配方及工艺条件如表7－5。
组成物的质量浓度/g?L
配 方 编 号
磷酸氢二氨
3注：①配方1得到的氧化膜较薄，韧性好，耐蚀性好，适用于氧化后需变形的铝及铝合金，也可用于铸铝件的表面防护，氧化后不需要钝化或填充处理。
②配方2溶液pH值为1.5～2.2,得到的氧化膜较厚，约1～3微米,致密性及耐蚀性都较好，氧化后零件尺寸无变化，氧化膜颜色为无色至浅蓝色，适用于各种铝及铝合金氧化处理。在配方2溶液中氧化处理后零件应立即用冷水清洗干净，然后用重铬酸钾40～50g/L溶液填充处理（PH＝4.5～6.5时用碳酸钠调整），温度90～95℃,时间5～10分钟，清洗后在70℃烘干。
③配方3溶液中得到的氧化膜为无色透明，厚度约0.3～0.5微米，膜层导电性好，主要用于变形的铝制电器零件。
④配方4适用于纯铝及防锈铝及铸铝等合金。氧化膜很薄，导电性及耐蚀性好，硬度低，不耐磨，可以点焊或氩弧焊，但不能锡焊；主要用于要求有一定导电性能的铝合金零件。
⑤配方5得到的氧化膜较薄，约0.5微米，导电性及耐蚀性好，孔隙少，可单独作防护层用。
2铝和铝合金的阳极氧化（电化学氧化处理） 铝是比较活泼的金属，标准电位-1.66v，在空气中能自然形成一层厚度约为0.01～0.1微米的氧化膜，这层氧化膜是非晶态的，薄而多孔，耐蚀性差。但是，若将铝及其合金置于适当的电解液中，以铝制品为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜，这种方法称为阳极氧化。
通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度约为几十至几百微米的阳极氧化膜，其耐蚀性，耐磨性和装饰性等都有明显改善和提高。
1.氧化膜的形成与生长
Al及铝合金的阳极氧化所用的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用。铝及其合金进行阳极氧化时，在阳极发生下列反应：
H2O－2e ---& O ＋ 2H
2Al＋3O ---& Al2O3
在阴极发生下列反应：
2H+ ＋2e ---& H2
同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应为：
2Al ＋ 6H+ ---& 2Al3+ ＋3H2
Al2O3 ＋ 6H+ ---& 2Al3+ ＋ 3H2O
氧化膜的生长过程就是氧化膜不断生成和不断溶解的过程。
第一段a（曲线ab段）：无孔层形成。通电刚开始的几秒到几十秒时间内，铝表面立即生成一层致密的、具有高绝缘性能的氧化膜，厚度约0.01～0.1微米，为一层连续的、无孔的薄膜层，称为无孔层或阻挡层，此膜的出现阻碍了电流的通过和膜层的继续增厚。无孔层的厚度与形成电压成正比，与氧化膜在电解液中的溶解速度成反比。因此，曲线ab段的电压就表现出由零急剧增至最大值。
第一段b（曲线bc段）：多孔层形成。随着氧化膜的生成，电解液对膜的溶解作用也就开始了。由于生成的氧化膜并不均匀，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。
第一段c（曲线cd段）：多孔层增厚。阳极氧化约20s后，电压进入比较平稳而缓慢的上升阶段。表明无孔层在不断地被溶解形成多孔层的同时，新的无孔层又在生长，也就是说氧化膜中无孔层的生成速度与溶解速度基本上达到了平衡，故无孔层的厚度不再增加，电压变化也很小。但是，此时在孔的底部氧化膜的生成与溶解并没有停止，他们仍在不断进行着，结果使孔的底部逐渐向金属基体内部移动。随着氧化时间的延续，孔穴加深形成孔隙，具有孔隙的膜层逐渐加厚。当膜生成速度和溶解速度达到动态平衡时，即使再延长氧化时间，氧化膜的厚度也不会再增加，此时应停止阳极氧化过程。阳极氧化特性曲线与氧化膜生长过程如图7－1所示。
图7－1 阳极氧化特性曲线与氧化膜生长过程示意图
2.铝及铝合金的阳极氧化工艺
铝及其铝合金阳极氧化的方法很多，常用的有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、硬质阳极氧化和瓷质阳极氧化。
&1&硫酸阳极氧化：在稀硫酸电解液中通以直流和交流电对铝及其合金进行阳极氧化处理，可获得5～20微米厚，吸附性较好的无色透明氧化膜。
硫酸阳极氧化工艺简单，溶液稳定，操作方便，允许杂质含量范围较宽，电能消耗少，成本低，且几乎可以适用于铝及各种铝合金的加工，所以在国内已得到了广泛的应用。
表7－6为几种典型的阳极氧化工艺：
配方及工艺条件
硫酸（g/L）
铝离子Al3＋（g/L）
阳极电流密度（A/dm2）
时间（min）
阴极面积/阳极面积
1 ：1影响氧化膜质量的因素主要有：
①硫酸浓度：通常采用15％～20％。浓度升高，膜的溶解速度加大，膜的生长速度降低，膜的孔隙率高，吸附力强，富有弹性，染色性好（易于染深色），但硬度，耐磨性略差；而降低硫酸浓度，则氧化膜生长速度加快，膜的孔隙少，硬度高，耐磨性好。
所以，用于防护，装饰及纯装饰加工时，多使用允许浓度的上限，即20%浓度的硫酸做电解液。
②电解液温度：电解液温度对氧化膜质量影响很大。温度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低。当温度为22～30℃时，所得到的膜是柔软的，吸附能力好，但耐磨性相当差；当温度大于30℃时，膜就变得疏松且不均匀，有时甚至不连续，且硬度低，因而失去使用价值；当温度在10～20℃之间时，所生成的氧化膜多孔，吸附能力强，并富有弹性，适宜染色，但膜的硬度低，耐磨性差；当温度低于10℃，氧化膜的厚度增大，硬度高，耐磨性好，但孔隙率较低。因此，生产时必须严格控制电解液的温度。要制取厚而硬的氧化膜时，必须降低操作温度，在氧化过程中采用压缩空气搅拌和比较低的温度，通常在零度左右进行硬质氧化。
③电流密度：在一定限度内，电流密度升高，膜生长速度升高，氧化时间缩短，生成膜的孔隙多，易于着色，且硬度和耐磨性升高；电流密度过高，则会因焦耳热的影响，使零件表面过热和局部溶液温度升高，膜的溶解速度升高，且有烧毁零件的可能；电流密度过低，则膜生长速度缓慢，但生成的膜较致密，硬度和耐磨性降低。
④氧化时间：氧化时间的选择，取决于电解液浓度，温度，阳极电流密度和所需要的膜厚。相同条件下,当电流密度恒定时,膜的生长速度与氧化时间成正比；但当膜生长到一定厚度时,由于膜电阻升高,影响导电能力,而且由于温升,膜的溶解速度增大，所以膜的生长速度会逐渐降低，到最后不再增加。
⑤搅拌和移动：可促使电解液对流,强化冷却效果，保证溶液温度的均匀性，不会造成因金属局部升温而导致氧化膜的质量下降。
⑥电解液中的杂质：在铝阳极氧化所用电解液中可能存在的杂质有Clˉ,Fˉ,NO3ˉ,Cu2＋,Al3+,Fe2+等。其中 Clˉ,Fˉ,NO3ˉ使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松。若其含量超过极限值,甚至会使制件发生腐蚀穿孔（Clˉ应小于0.05g/L,Fˉ应小于0.01g/L）；当电解液中Al3+含量超过一定值时，往往使工件表面出现白点或斑状白块,并使膜的吸附性能下降,染色困难（Al3+应小于20g/L）；当Cu2＋含量达0.02g/L时，氧化膜上会出现暗色条纹或黑色斑点；Si2+ 常以悬浮状态存在于电解液中,使电解液微量混浊,以褐色粉状物吸附于膜上。
⑦铝合金成分：一般来说,铝金属中的其它元素使膜的质量下降，且得到的氧化膜没有纯铝上得到的厚,硬度也低，不同成分的铝合金,在进行阳极氧化处理时要注意不能同槽进行。
&2&铬酸阳极氧化：
铬酸阳极氧化是指用5～10%的铬酸电解液对铝及其合金进行阳极氧化的技术。用此法得到的氧化膜具有如下特点:①较薄(与硫酸和草酸氧化膜比)，约2～5微米，可保持工件原有精度和粗糙度；②质软弹性高,几乎没有气孔，耐蚀性强于硫酸阳极氧化膜；③不透明,颜色由灰白至深灰色,甚至彩虹色，故不易染色；④由于孔隙少,膜层不用封闭处理就可使用；⑤与有机物的结合力好,因此常用作油漆的底层；⑥与硫酸阳极氧化比,成本较高,使用受到一定限制。
表7－7是几种铬酸阳极氧化工艺：
配方及工艺条件
铬酸（g/L）
温度（℃）
电流密度（A/dm2）
氧化时间（min）
铝板和石墨&3&草酸阳极氧化：
草酸阳极氧化是用2%～10%的草酸电解液通以直流或交流电进行的氧化工艺。
当使用直流电进行阳极氧化时，所得膜层硬度及抗蚀力不亚于H2SO4阳极氧化膜，而且由于草酸溶液对铝及氧化膜的溶解度小，所以可得到比硫酸溶液中更厚的氧化膜层；若用交流电进行氧化,可得较软、弹性好的膜层。草酸阳极氧化的膜层一般为8～20微米，最厚可达60微米。
氧化过程中只要改变工艺条件(如草酸浓度,温度,电流密度,波形等),便可得到银白色、金黄色至棕色等装饰性膜层,不需要再进行染色处理。
草酸阳极氧化电解液对氯离子非常敏感，其质量浓度超过0.04g/L膜层就会出现腐蚀斑点。三价铝离子的质量浓度也不允许超过3g/L。
但草酸阳极氧化成本较高,耗能多(因为草酸电解液的电阻比硫酸,铬酸大),溶液有毒性,且电解液稳定性差。草酸阳极氧化几种工艺如表7－8所示。
配方及工艺条件
草酸（g/L)
电流密度（A/dm2)
电压 （V）
氧化时间（min)
交流&4&瓷质阳极氧化：
在电解液中加入某些物质，使其在形成氧化膜的同时被吸附在膜层中，从而获得光滑，有光泽,均匀不透明的类似瓷釉和搪瓷色泽的氧化膜，称“瓷质阳极氧化膜”或“瓷质氧化膜”。这种氧化膜弹性好，抗蚀性好，染色以后可得到具有塑料感的外观。所得膜厚约6～25微米。
下面是瓷质氧化的两种方法：
①在硫酸或草酸溶液中加入某些稀有金属元素（如钛，钍等）的盐类：氧化过程中，由于这些盐类的水解作用产生发色物质沉积于氧化膜孔隙中，形成类似瓷釉的膜层，硬度高，可以保持零件的高精度和高光洁程度，但成本昂贵，溶液使用周期短，工艺条件要求严。
②以铬酐和硼酸的混合液为阳极氧化液:成分简单，成本低，氧化膜弹性好，但硬度较前一种低，可用于一般装饰性瓷质氧化表面处理。瓷质阳极氧化溶液及工艺条件如表7－9所示。
电解液组成
质量浓度/ g?L
电流密度 /
1.膜层为乳白色，可以染色 2.膜厚10～ 16μm
3.适用于一般装饰性零件
起始： 2～3
终止：0.1～0.6
90～110
40～80
升压时间&5 保持：35～55
总时间：40～60
1.溶液稳定性好，操作方便，2.膜层为灰色 3.厚度10～15μm
4.适用于一般装饰性零件，成本低
柠檬酸
1～1.5
起始：2～3
终止：0.6～1.2
90～110
90～110
5～10 保持：25～30
总时间：40～60
1.膜层为灰白色，硬度高 2.膜厚8～16μm 3.适用于耐磨的高精度零件装饰4.成本高，溶液使用寿命短注：阴极材料可用纯铝，铅板或不锈钢板。
在氧化溶液中，各种组分的变化将对氧化膜的色泽起决定作用:如随铬酐的升高,膜层颜色向不透明灰色方向转化；随硼酸升高,膜层颜色向乳白色方向转化；而随草酸的升高,膜层颜色向黄色方向转化。
3.氧化膜的封闭处理 由于表面氧化膜具有较高的孔隙率和吸附性能，它很容易受到污染，所以阳极氧化后，应对膜层进行封闭处理，以提高膜层的耐蚀性，耐磨性以及绝缘性。常用的封闭方法有：
&1&沸水和蒸气封闭法：
其原理是：在较高温度下无水氧化铝的水化作用：
Al2O3 ＋ nH2O ---& Al2O3?nH2O
当密度为3.42的γ-AL2O3水化为一水化合物时，氧化物体积增加33％，而当它水化为三水化合物时，则氧化物体积增加310％，因此，当将氧化好的零件置于热水中时，阻挡层和多孔层内壁的氧化膜层首先被水化，经过一段时间后，孔底逐渐被水化膜所封闭，当整个孔穴被全部封闭时，孔隙的水就停止循环，膜层的表面层继续进行水化作用，直到整个孔隙的口部被水化膜堵塞为止。如采用蒸气，则可更有效地封闭所有孔隙，但蒸气法所用设备及成本都较沸水法高，除非特殊要求，应尽可能使用沸水法。
&2&重铬酸盐封闭法：此法适宜于封闭硫酸溶液中阳极氧化的膜层及化学氧化的膜层。用本法处理后的氧化膜显黄色，它的抗蚀性高，但不适用于装饰性使用。
其原理是：在较高温度下，氧化膜和重铬酸盐产生化学反应，反应产物碱式铬酸铝及重铬酸铝沉淀于膜孔中，同时热溶液使氧化膜层表面产生水化，加强了封闭作用。故可认为是填充及水化双重封闭作用。
通常使用的封闭溶液是5～10％的重铬酸盐水溶液，操作温度为90～95℃，封闭时间为30分钟，溶液中不得有氯化物或硫酸盐。
&3&水解盐封闭法：
原理：锆盐、镍盐的极稀溶液被氧化膜吸附后，即发生如下的水解反应：
Ni2+＋2H2O ---& Ni(OH)2 ＋2H+
Co2+＋2H2O ---& Co(OH)2 ＋2H+
生成的氢氧化镍或氢氧化钴沉积在氧化膜的微孔中，而将孔封闭。因为少量的氢氧化镍或氢氧化钴几乎是无色的，所以它特别适用于已染色的氧化膜的封闭，不会影响制品的色泽，而且还会和有机染料形成络合物，从而增加颜色的耐晒性。
&4&填充封闭法：
除上面所述的封闭方法外，阳极氧化膜还可以采用有机物质，如透明清漆、熔融石蜡、各种树脂和干性油等进行封闭。
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