铝表面处理工艺|阳极氧化的工艺美

铝合金挤压型材未经表面处理时外观单一，并且在潮湿空气中容易腐蚀，很难满足建筑材料高装饰性和强耐候性的要求，惠州阳极氧化，为了提高装饰效果、增强抗腐蚀性及延长使用寿命，铝型材一般都要进行表面处理。由其构成装饰的各种建筑物，日用铝制品，工艺美术品，装饰品，家具用品等美观大方，适应顾客需求，因而铝材的应用价值大为提高。

阳极氧化膜的结构与特性
阳极氧化膜的应用与它的阳极氧化技术及其结构特征有着密切的关系。 随着铝阳极氧化电解液的种类不同，可以得到阻挡型氧化物薄膜(Barrier-TypeAn2odicOxide)和多孔型氧化物薄膜(Porous-TypeAnodicOxide)。在含有硼酸-硼酸钠混合水溶液和酒石酸胺、柠檬酸、乙二醇等水溶液中进行阳极氧化时，阳极氧化，可得到阻挡型氧化物薄膜。因为这些水溶液对氧化物的溶解能力弱，所以在铝表面形成致密的阻挡层氧化物膜。阻挡型氧化膜结构并不是均匀层，而是多层结构。Kobayashi等人通过透射电镜(TEM)研究了纯铝阳极氧化膜阻挡层结构后发现[9]，在. Ammonium Bromide 氧化液中生成的阻挡型氧化膜为非晶相，而阳极氧化之前在空气中加热到550℃，15min处理后，非晶相会部 分转变为γ′-Al2O3，其γ′-Al2O3厚度约0.2μm，并发现随阳极氧化电位升高，γ′-Al2O3 相厚度增大。Chen等人研究纯铝箔在85℃磷酸氢二胺氧化液中阳极氧化膜的TEM结构也发现类似规律，铝箔表面的氧化膜晶化程度随电流密度下降而增大;随阳极电位升高而增大，且晶相γ′-Al2O3较非晶相Al2O3有更高的介电稳定性。Chiu等人的研究结果表明，预先退火处理的1%Al-0.5%Si-Cu合金在酒石酸中阳极氧化之后，其铝合金表面氧化膜层也主要是由非晶态***构成，中间夹以弥散分布的γ′-Al2O3，实验结果还发现γ′-Al2O3***中有多孔特征出现，这一现象也被众多研究者观察到。目前，对此解释有两种说法，其一是非晶相向晶相转变过程中体积收缩引起多孔产生;其二是阳极氧化过程中产生的氧气倾向于在Al2O3晶相周围偏聚，从而形成包围晶相的多孔结构。铝及铝合金在***、铬酸、磷酸及草酸等酸性溶液中阳极氧化处理时，一般可得到多孔型氧化物薄膜，进一步研究发现多孔质氧化膜由两层膜组成。紧靠基体铝的一层为阻挡层，外面的一层为多孔质层，它是由***有圆孔的六方形棱柱体构成。多孔质层的厚度取决于电解氧化时间，电流密度和电解液温度等，电解时间越长，电流密度越大，则多孔质层越厚。而多孔的孔径大小则与电解液种类有关，一般***膜、草酸膜、铬酸膜孔径依次增大。特别有趣的近期发现是在氧化期间，采用突然降低电压或突然增加电压的方法，可以得到氧化膜孔形状发生分支结构。当电压突然降低，膜孔在某一个分支点上形成分支;从图3b看出，当电压突然增加，膜孔在某一个结点上形成会聚。根据膜孔在某一个点上分支或会聚的原理可以人为地控制整个氧化膜层各个邻位膜孔的大小，这对于将铝阳极氧化薄膜应用到磁学、光电及光学等领域有着重要的意义。

1　夹具的设计与制作

1.1　夹具的特点

阳极氧化用的夹具与电镀用的挂具是截然不同的，若采用电镀用类似挂勾的挂具作阳极化夹具是不适宜的，因为阳极氧化时夹具与工件表面都会很快生成氧化膜，在此过程中夹具与工件稍有松动即会变更触点位置，阻碍电流流通，为此，必须采用具有弹性的夹具夹紧工件。只有这样才能使阳极氧化过程正常进行。

1.2　夹具的结构形式

夹具结构以个体式为宜，若采用组装式的，则经几次使用后铆接或焊接处会因腐蚀而松动，阻碍阳极氧化过程中电流的正常流通。同时，夹具要有一定的横截面积。一定截面的夹具也就有足够的弹力和夹紧力，使工件与夹具保持良好的接触，保证所夹工件阳极氧化时所需电流正常流通。避免因接触不良产生热量而烧毁工件。

1.3　夹具材料的选择

制作夹具以选择硬质铝材为好，硬质铝材弹性好，紧固耐用。

2　工件的装夹

2.1　给夹具清洗去膜

在阳极氧化过程中夹具也会产生氧化膜。为此，使用过的夹具再次使用之前一定要退除氧化膜。退膜可在铝的除油溶液中进行。也可将夹具与工件接触部位的氧化膜用锉刀锉去，此法对某些夹具来说还可延长夹具的使用寿命。

2.2　装夹位置的选择

装夹工件的位置要选择得当，一般应装夹在工件的副面（即非装饰的部位）。否则工件与夹具的接触部位因被夹具遮盖而无法生成氧化膜，当然也就无法染上颜色，此处即会显现出明显的白涩班点，影响外观质量。此外，工件装夹后悬挂在溶液中的凹入部位会否产生窝气等问题也要予以考虑。

2.3　防止工件装夹变形

夹具非同挂具，夹具有一定的弹性。装夹变形的工件时尤需注意，应避免用力过猛导致工件变形。

2.4　防止装夹过松

当工件装夹过松时，夹具与工件之间的电流会时通时断，在这种情况下很可能把工件烧毁。

2.5　逐一装夹需染色的阳极化件

有些单位对某些小件采用纱窗布包扎或用其它方法包扎后作阳极氧化处理。这种方法虽在一定场合下可节省工时和提率，但只可用于某些质量要求不高的本色阳极氧化，即使少量工件在相互遮盖处无法生成氧化膜，也不易被识别出来。但对于需要染黑色的工件，采用此种装夹方法显然是不可取的。必须逐一装夹，保证阳极氧化质量。

3　阳极氧化工艺条件的控制

3.1　溶液的温度与电压的关系

在额定的范围内溶液的温度越低，所需的电压应越高，因为溶液温度较低时氧化膜生成速度较缓慢，膜层较为致密，为获得一定厚度的氧化膜，阳极氧化过程需升高电压。当溶液的温度较高时，氧化膜的溶解速度加块，且生成的氧化膜是疏松的，此时降低电压能适当改善氧化膜的质量。

3.2　阳极氧化溶液的温度与时间的关系

溶液的温度越低，所需的阳极氧化时间应越长。因为溶液温度较低时氧化膜的生成速度缓慢。溶液的温度升高时则氧化膜的生成速度加快。此时要缩短阳极氧化时间，阳极氧化加工，否则由于氧化阳极氧化阳极氧化膜的外层电阻加大而导致膜层溶解，出现工件尺寸的改变、表面粗糙掉膜的现象。

以上措施只是在既无降温设备，又无加温装置的条件下采取的应急措施。

4　染黑色溶液的配方与配制过程

4.1　配方及工艺条件

酸性毛元 ATT　　　　　　　　　20～30g/L酸性湖蓝　　　　　　　　　　　　　 2～3g/L温度　　　　　　　　　　50～70℃时间　　　　　　　　　　　　　　 10～15minpH　　　　　　　　　 3～3。5（或4。5～5。5）

4.2煮沸溶液，促使染料溶解完全，保证无疙瘩。待溶液冷却后用滤纸过滤，滤去不溶物微粒及液面上漂浮的油状物质。较后测量pH值，用冷醋酸或氨水调整至工艺要求。

5　染色过程应注意事项

5.1　加强染色前的冲洗

工件由阳极氧化槽中取出后要充分冲洗，特别是工件的狭缝，盲孔等处，否则残余的酸、碱在染色过程中会缓慢流出来，使染色溶液的pH值偏离正常范围，并使残留酸碱部位表面的色泽与洁净部位有明显差别，甚至腐蚀氧化膜而显示白色。

5.2　阳极氧化后即染色

工件经阳极氧化后要立即染色。若工件阳极氧化后在空气中暴露时间过久膜层孔隙即会缩小，并有可能沾上污物，导致染色困难。若因染色槽过小，需分批染色时，阳极氧化厂，应把待染色件浸泡在干净的水中。

5.3　染色时工件不可重叠

染色时工件不可重叠，尤其是平面部位，否则由于重叠部位被遮盖而形成阴阳面。

5.4　加强染色后的冲洗

工件表面若不冲洗干净，留有残余颜料将会污染组合件。

6　清理工作注意事项

6.1　小心拆卸工件

拆卸夹具时严防工件被划伤，否则会出现道道白痕，应松动夹具让工件自由脱落，不可以在夹具未松开之前硬拉工件。

6.2　工件干燥方法

先将工件孔眼内的水份甩干净，以免残余水份污染工件表面。干燥方法以毛巾擦干为好，楷擦过程中还能把因铝材材质或操作工艺问题引起的表面浮霜一起楷擦干净。

6.3　包装要求

包装选用软质，干净纸为好，且逐个包装以防互相擦毛。

7　染黑色溶液的维护与***

染黑色溶液的维护与***工作主要是维护溶液的pH值。据有关资料介绍，酸性ATT染料是由不同扩散性能的酸性蓝黑10B 和酸性橙Ⅱ组成。当染色液的pH值在5～6或3～3。5范围时，酸性橙Ⅱ和酸性蓝黑10B的吸收作用都比较好，被氧化膜吸收的量也较大，膜层中两种染料的量符合配比要求，所获色泽呈正常的黑色。而当pH 值在4左右时，氧化膜层吸收酸性橙Ⅱ的作用增大，吸收量也就自然增加，膜层中的酸性橙Ⅱ大于正常配比，因而色泽显现带红色。当pH值回复到3～3。5或5～5。5范围后，则氧化膜层对酸性橙Ⅱ的吸收量又会回落，染色工件又呈正常的黑色，据此，染黑色液的pH值的准确控制是很重要的。

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