關于陽極氧化原理第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日一、氧化目的：

使產品有耐腐蝕、耐磨性的效果，并且有一定的裝飾性，從而滿足客戶的需求。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日二、氧化種類：

1、化學氧化：

A.定義：將鋁及其合金置于某種適當的化學藥液中進行化學反應的過程稱化學氧化。

B.性質：氧化膜較薄(厚度為0.5-4um)多孔有良好的吸附能力,質軟不耐磨、抗蝕性低于陽極氧化膜，一般作為涂裝的底層（如白色鈍化、金黃色鈍化）。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日2、電化學氧化：

A.定義：

將鋁及其合金置于某種適當的電解液中作為陽極，在外電流作用下，使其表面生成氧化膜的過程稱為陽極氧化，又稱電化學氧化。

第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日B、陽極氧化膜的性質（與化學氧化膜相比）：

①氧化膜結構的多孔性;

②氧化膜的耐磨性;

③氧化膜的抗蝕性；

④氧化膜的電絕緣性；

⑤氧化膜的絕熱性；

⑥氧化膜的結合力；

⑦氧化膜的硬度高；

⑧氧化膜的裝飾性。第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日C、陽極氧化分類：

①硫酸陽極氧化；

②草酸陽極氧化；

③鉻酸陽極氧化；

④磷酸陽極氧化；

⑤瓷質陽極氧化；

⑥硬質陽極氧化;

⑦微弧陽極氧化。第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日D、陽極氧化機理1、電極反應：陽極：H2O—2E→2H++[O]2AL+3[3O]→AL2O3+1670.5J陰極:2H++2E→H2↑膜的溶解：AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日E、H2SO4物理性質：

①98.3%的濃H2SO4，是無色粘稠狀液體,沸點338度,是一種難揮發性的酸

②化學性質：

a.強酸性；

b.易與活潑金屬反應；

c.濃H2SO4具有吸水性，結合水后放出大量的熱，常溫下，濃H2SO4遇鐵、鋁合金發生鈍化。

第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日2、氧化膜的生長過程：

總體上說包含兩個方面：

一是膜的生成過程；

二是膜的電化學溶解過程.

AL2O3.H2O多孔層阻擋層鋁基體BAC第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日A.通電瞬間,氧和鋁有很大親和力,鋁基材迅速形成一層致密無孔的阻擋層,其厚度取決于槽電壓。

B.由于氧化鋁原子體積大，故發生膨脹，阻擋層變得凹凸不平，造成電流分布不均勻，凹處電阻小，電流大，凸處相反。

C.凹處在電場作用下發生電化學溶解以及H2SO4的化學溶解，凹處逐漸變成孔穴，凸處變成孔壁，阻擋層向多孔層轉移。

第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日D.多孔膜形成過程：1.陽極氧化初期，電流密度一般均超出臨界電流密度，形成均勻的壁壘型膜；2.壁壘型膜逐漸成長。當電流密度低于臨界值時，鋁離子不能再形成新膜物質，膜的表面暴露在電解液中受到浸蝕；3.進一步陽極氧化，溶液對膜的浸蝕變得不均勻；4.形成的空洞之間存在發展競爭。這種發展有“自催化”作用；5.發展較快的空洞(主空洞)在向膜深處和橫向發展6.主空洞繼續沿縱向和橫向發展，相鄰主空洞之間互相靠近，主空洞之間的小空洞停止生長；7.空洞停止橫向發展，僅沿縱向深入，孔徑固定。此時，空洞的產生及發展階段結束，陽極氧化進入穩態階段。第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日三、硫酸陽極氧化：

(一)特性：

與草酸、鉻酸相比、具有以下特點；

1、溶液穩定；

2、允許雜質含量范圍大；

3、電能消耗少；

4、操作方便；

5、成本低；

6、要求溫度低，須冷凍.

第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日（二）工藝參數及操作條件：

H2SO4：10%-20%160-200g/L

AL3+：3-15g/L

溫度：視具體情況而定15℃-26℃

電壓：視具體情況而定

6V、8V、10V、13V、15V、17V

時間：視具體情況而定10分-50分

攪拌：壓縮空氣攪拌

電源：直流電/交流電

第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日注意事項：

1、硫酸電解液的配制；

A.根據槽體的容積和硫酸濃度計算所需硫酸量

B.在槽內加3/4體積純水,并打風攪拌；

C.將硫酸緩緩加入槽內，并補充純水至規定體

積(注意切勿將水加入硫酸中）

D.冷卻至工藝條件溫度；

E.化驗室取樣分析,OK后即可投入生產

2、硫酸的純度要求：

最好用試劑，我們通常用CP（化學純）

硫酸。

第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日3、槽液維護A、對槽液要定期進行分析，一般只分析游離硫酸和鋁含量。槽液在使用過程中，游離硫酸濃度會逐漸下降，而鋁含量上升，當游離硫酸濃度降到規定濃度下限，鋁含量尚未升到上限時，只需計量添加硫酸，但當鋁含量超過規定上限時，應排放部分（1/4~1/3）槽液，然后再計量添加硫酸和去離子水。排放的硫酸溶液可用耐酸泵抽入硫酸脫脂槽內二次利用。降低氧化槽內的鋁含量也可用硫酸回收設備。第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日B、槽液液面上的漂浮物和油污應及時清除，脫落在槽液中的鋁工件和雜物應及時撈起。C、氧化槽液沉淀物較少，一般只需一年倒槽清底一次，此時應刷洗或更換陰極板。第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日(三)氧化膜的影響因素：

①硫酸濃度：

當其他條件不變時，提高硫酸濃度，氧化膜的生長速度減慢，這是由于生長中的氧化膜在較濃的硫酸溶液中溶解速度加快的結果。若硫酸濃度太低，導電性下降，其氧化時間就要延長；硫酸的濃度升高，有利於多孔膜的生成，該膜的彈性好，吸附力強；易獲得防護裝飾性氧化膜，硫酸濃度多利用上限，即20%的H2SO4，為了獲得硬而厚的耐磨氧化膜，應選用較稀的硫酸溶液，通常利用10%-15%的H2SO4。第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日2、溫度：

一般情況下，電解液溫度控制比較嚴格，有的需用保持在±1℃范圍內，溶液溫度高，氧化膜溶解速度大，生成的速度減小，生成的膜疏松。若溫度過低，氧化膜發脆易裂。當控制溫度在18-22℃時，得到的氧化膜多孔，吸附性強，富有彈性，抗蝕性好，但耐磨性較差；

第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日槽液溫度是陽極氧化一個重要工藝參數,為確保氧化膜的質量和性能要求恒定,一般需嚴格控制在選定溫度±(1~2)℃范圍內,控制和冷卻槽液溫度有下列四種方法:①冷凍機中的致冷劑與安裝在氧化槽內的蛇形管連通直接冷卻;②用蛇形管間接冷卻裝置,即冷凍機冷卻冷水池中的水,再用水泵將冷水打入氧化槽中蛇形管內冷卻槽液;③冷凍機中的致冷劑借助熱交換器冷卻槽液循環系統中的槽液;④用槽液循環系統間接冷卻裝置,即冷凍機冷卻冷水池中的水,再用冷水借助熱交換器冷卻槽液循環系統中的槽液.第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日3、電壓：

A、電壓高，氧化膜生長速度提高，孔隙增多，易染色，硬度和耐磨性提高。

B、電壓低，生成氧化膜的速度慢，膜層較致密。

4、氧化時間：

根據硫酸濃度，溶液溫度、電壓，膜厚而定，其它條件不變，時間越長，膜厚越厚，但達到一定厚度時，膜厚將不會增加（即膜的溶解速度與生長速度相等）。

第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日5、雜質離子影響：

可能存在的雜質離子：CLˉ、Fˉ、NO3ˉ、AL3﹢、CN2﹢、Fe2﹢、Si2﹢等

A、CLˉ、Fˉ、NO3ˉ等陰離子含量高時，氧化膜孔隙增加表面粗糙、疏松。CLˉ﹤0.05g/LFˉ﹤0.01g/L

B、AL3﹢、CN2﹢、Si2﹢主要影響氧化膜色澤，透明度和抗蝕性。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日雜質來源最大允

含量（g/L）對陽極氧化膜質量的影響排除方法Cl-水0.05

在氧化膜上形成黑色腐蝕斑點，嚴重時鋁制品表面會發生穿孔而報廢。

用去離子水或蒸餾水配制槽液，并嚴格控制清槽水質。F-水0.01同上同上第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日AL3+

鋁基體在陽極氧化過程中溶解進入電解液10

氧化膜透明度變差,染色性能下降,耐蝕性、耐磨性下降，嚴重時會導致工件燒蝕。

升溫至40~50℃,在攪拌條件下加入硫酸銨,變成硫酸鋁銨去除,也可通過稀釋或更換槽液的方法除去.Cu2+

合金鋁中的Cu溶解進入電解液0.02

氧化膜出現暗色條紋或斑點

用電解處理法使銅在陽極上析出,平時可用刷法陽極的方式減小累積第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日Fe3+

合金鋁中的Fe溶解進入電解液2同上稀釋或更換槽液Si2+懸浮于電解液中

合金鋁中的Si溶解進入電解液

使電解變得渾濁,并常常以粉狀吸附在工件上過濾排除第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日6、Al3+含量：

電解液中Al3+含量控制在0.5~5g/L時,有助于氧化膜的抗蝕性和耐磨性,Al3+含量在5g/L以下時，膜層對染色吸附能力下降，Al3+含量在5~15g/L時，氧化膜吸附能力基本保持穩定，Al3+含量超出15g/L時，氧化膜會出現不規則現象，且皮膜色澤發黃，膜層性能下降。因此，為了染色色澤均勻，Al3+含量必須控制在5~12g/L之間。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日7、電流密度：

電流密度越大，膜較硬，耐磨性好，但電流密度過高，則會因焦耳熱影響，使膜層溶解作用增加，電流密度過高，膜層氧化時間過長，膜疏松，硬度降低，對于需染色或電解著色的氧化膜，電流密度宜取1.5A/dm2~2.0A/dm2,裝飾性陽極氧化膜電流密度宜取0.5~0.8A/dm2;第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日8、攪拌影響：因氧化膜電阻較大,在電流作用下產生很高的焦耳熱,如不及時擴散,工件易被燒損,即使不燒爛,生成的膜多疏松,甚至粉化。一般采用壓縮空氣攪拌,用于攪拌電解液的壓縮空氣必須經過油水分離器凈化,以免污染槽液;第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日9、材質影響：所謂材質不僅僅指合金成分,還包括組織狀態(熱處理狀態)和表面加工狀態。鋁越純,生成氧化膜透明光亮,否則,氧化膜透明度和光亮度越低,且抗蝕力越差,組織狀態或加工不同，形成氧化膜不均勻。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日注：鋁的陽極氧化是以鋁或鋁合金作陽極,以鉛板作陰極在硫酸、草酸、鉻酸等水溶液中電解，使其表面生成氧化膜層。其中硫酸陽極氧化處理應用最為廣泛。鋁和鋁合金硫酸陽極氧化氧化膜層有較高的吸附能力，易進行封孔或著色處理，更加提高其抗蝕性和外觀。陽極氧化膜層一般3-15um，鋁合金硫酸陽極氧化工藝操作簡單，電解液穩定，成本也不高，是成熟的工藝方法，但在硫酸陽極化過程中往往免不了發生各種故障，影響氧化膜層質量。認真總結分析故障產生的原因并采取有效預防措施，對提高鋁合金硫酸陽極氧化質量有重要的現實意義。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日(四）常見故障及分析:(1)鋁合金制品經硫酸陽極氧化處理后,發生局部無氧化膜,呈現肉眼可見的黑斑或條紋,氧化膜有鼓瘤或孔穴現象.此類故障雖不多見但也有發生.上述故障原因,一般與鋁和鋁合金的成分、組織及相的均勻性等有關，或者與電解液中所溶解的某些金屬離子或懸浮雜質等有關。鋁和鋁合金的化學成分、組織和金屬相的均勻性會影響氧化膜的生成和性能。純鋁或鋁鎂合金的氧化膜容易生成，膜的質量也較佳。而鋁硅合金或含銅量較高的鋁合金，氧化膜則較難生成，且生成的膜發暗、發灰、光澤性不好。第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日如果表面產生金屬相的不均勻、組織偏析、微雜質偏析或者熱處理不當所造成各部分組織不均勻等，則易產生選擇性氧化或選擇性溶解。若鋁合金中局部硅含量偏析，則往往造成局部無氧化膜或呈黑斑點條紋或局部選擇性溶解產生空穴等。另外，如果電解液中有懸浮雜質、塵埃或銅鐵等金屬雜質離子含量過高，往往會使氧化膜出現黑斑點或黑條紋，影響氧化膜的抗蝕防護性能。(2)同槽處理的陽極氧化零件,有的無氧化膜或膜層輕薄或不完整,有的在夾具和零件接觸處有燒損熔蝕現象.這類故障在硫酸陽極氧化工藝實踐中往往較多發生,嚴重影響鋁合金陽極氧化質量.第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日

由于鋁氧化膜的絕緣性較好,所以鋁合金制件在陽極氧化處理前必須牢固地裝掛在通用或專用夾具上,以保證良好的導電性.導電棒應選用銅或銅合金材料并要保證足夠接觸面積.夾具與零件接觸處,既要保證電流自由通過,又要盡可能減少夾具和零件間的接觸面積過小,電流密度太大,會產生過熱易燒損零件和夾具.無氧化膜或膜層不完整等現象,主要是由于夾具和制件接觸不好,導電不良或者是由于夾具上氧化膜層未徹底清除所致.(3)鋁合金硫酸陽極氧化處理后,氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉,特別是填充封閉后,制件表面出現嚴重粉層,抗蝕性低劣.這一類故障多發生在夏季,尤其是沒有冷卻裝置的硫第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日酸陽極氧化槽,往往處理1-2槽零件后,疏松粉化現象就會出現,明顯地影響氧化膜的質量.由于鋁合金陽極氧化膜電阻很大,在陽極氧化工藝過程中會產生大量焦耳熱,槽電壓越高產生熱量越大,從而導致電解液溫度不斷上升.所以在陽極氧化過程中,必須采用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在一定范圍.一般情況下,溫度應控制在15-24℃,氧化膜質量較佳.若電解液溫度超過30℃,氧化膜會產生疏松粉化,膜層質量低劣,嚴重時發生“燒焦”現象。另外，當電解液溫度恒定時，陽極電流密度也必須予以限制，因為陽極電流密度過高，溫升劇烈，氧化膜也易疏松呈粉狀或砂粒狀，對氧化膜質量十分不利。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日(4)偶然發生鋁合金硫酸陽極氧化后氧化膜暗淡無光,有時產生點狀腐蝕,嚴重時黑色點狀腐蝕顯著,導致零件報廢,引起較大損失.這類故障往往是偶然發生并有特殊原因造成的.在鋁合金陽極氧化過程中,中途斷電又重新給電,往往會使氧化膜暗淡無光,而中途停電零件在清洗槽停留過久,清洗水槽酸度過高,水質不凈,含懸浮物、泥砂等較多，往往會使鋁合金制件發生電化學腐蝕，發生點狀腐蝕黑斑等。有時向電解液中添加自來水，水經漂白粉處理且Cl-含量超標或有時盛裝過HCl的容器未經徹底清洗又盛裝硫酸，都會使陽極氧化電解液中混入超量的Cl-，從而導致鋁合金零件陽極氧化產生點狀腐蝕使產品報廢等。第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日（五）預防故障的措施鋁合金硫酸陽極氧化膜質量好壞,抗蝕防護性能的優劣主要取決于鋁合金的成分,膜層厚度以及陽極氧化處理工藝條件,如溫度、電流密度、使用水質及陽極氧化后的填充封閉工藝等。要減少或避免陽極氧化故障提高產品質量要從微細處著手，采取有效措施。(1)對不同的鋁合金,如鑄造成型、壓延成型或機械加工成型或經熱處理焊接等工序，要根據實際情況選擇適宜的前處理方法。比如，澆鑄成型的鋁合金表面，其非機加工表面一般應采用噴砂或噴丸除凈其原始氧化膜、粘砂等。對硅含量較高的鋁合金（尤其是鑄鋁）應經過含有5%左右氫氟酸的硝酸混合第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日酸溶液浸蝕活化，才能有效地保持良好的活化表面，確保氧化膜質量。不同材質的鋁合金，純鋁和零件大小規格不同的鋁和鋁合金零件，一般不宜同槽氧化處理。對于搭接、點焊或鉚接的鋁合金組合件，對于在陽極氧化過程中易形成氣袋不易排除的鋁合金制件，從質量考慮，一般不允許采用硫酸陽極氧化工藝。(2)裝掛夾具材料必須確保導電良好,一般選用硬鋁合金棒,板材要保證有一定彈性和強度。拉鉤宜選用銅或銅合金材料。已使用過的專用或通用工夾具如陽極氧化處理時再次第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日使用，必須徹底退除其表面氧化膜，確保良好接觸。工夾具既要保證足夠導電接觸面積，又要盡量減少夾具印痕。如果接觸面太小，會導致燒損熔蝕陽極氧化零件。(3)硫酸陽極氧化溶液的溫度必須嚴格控制,最佳溫度范圍是15-25℃.硫酸陽極氧化工藝過程中需采用壓縮空氣攪拌,并應配備制冷裝置.在無制冷裝置的情況下,在硫酸電解液中加入1.5%-2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸，可以使陽極氧化溶液溫度范圍超過35℃而避免或減少氧化膜的疏松或粉化。一些工藝試驗和生產實踐已證實，在硫酸陽極氧化電解液中加入適量羧酸或丙三醇可有效減少反應熱效應的不良影響，可以在不降低氧第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日化膜厚度和硬度的條伯下提高陽極氧化電解液的溫度允許上限，在保證質量的前提下，提高生產效率。另外，控制溫度恒定的條件下，也要注意有效控制陽極電流密度，才能更好地保證氧化膜質量。(4)硫酸陽極氧化電解液所使用的水質及電解液中的有害雜質必須嚴格控制.配制硫酸陽極氧化溶液不宜用自來水,尤其不能用渾濁的含Ca2+、Mg2+、SiO32-及Cl-含量高的自來水.一般情況下,水中Cl-濃度達25mg/L時就會對鋁合金的陽極氧化處理產生有害影響.Cl-(包括其它鹵族元素)可破壞氧化膜生成,甚至根本形不成氧化膜.硫酸陽極氧化應選用軟化水、去離子水或蒸餾水，電解液中的第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日Ccl-≤15mg/L總礦物質≤50mg/L。硫酸溶液在陽極氧化工藝過程中，會產生油污泡沫及懸浮雜質，應定期排除。硫酸陽極氧化溶液中常見的其他有害雜質還有Cu2+、Fe3+、Al3+等。如果雜質含量超過允許含量，會產生有害影響，可部分或全部更換硫酸溶液，才能有效保證鋁合金硫酸陽極氧化質量。鋁合金硫酸陽極氧化處理是廣泛應用且成熟的抗蝕防護裝飾處理工藝，只要嚴格執行工藝條件，認真操作，硫酸陽極氧化膜質量是完全可以保證的。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日四、草酸陽極氧化：草酸陽極氧化膜的耐蝕性和耐磨性比硫酸陽極氧化均有所提高，且富有彈性，孔隙率小，絕緣性好，且裝飾性優于硫酸陽極氧化，另生產成本是硫酸陽極氧化的3-5倍；性質：氧化膜顏色稱黃褐色，且隨膜厚增加，顏色逐漸加深。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日1、工藝：草酸（C2H2O4.2H2O）：40~60g/L溫度：20~30℃

電流密度：1.5~4.5A/dm2

電壓:90~150V時間:40~60分鐘2、槽液配制：用4/5工作體積用的去離子水或蒸餾水加熱至70~80℃，在攪拌條件下加入所需量草酸；第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日3、電解維護：因草酸在陽極能被還原為羥基乙酸，陽極上被氧化成二氧化碳，故穩定性較差，約每1A·h通電消耗草酸0.13g-0.14g,草酸鋁生成;約1A·h大約有0.08g~0.9g鋁與草酸結合生成草酸鋁,可按鋁溶解量的5倍補加草酸,電解液對Al3+、Cl-等雜質較敏感，故Al3+≤2g/LCl-≤0.04g/L.第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日4、操作注意事項：（1）零件在小電流密度下帶電入槽，呈階梯式逐步升高電壓，防止燒穿或氧化膜不均；（2）電壓不宜超過120V，保持在110V，且電壓自然下降；（3）強性冷卻保持電解液溫度恒定。第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日五、硬質陽極氧化（也稱膜厚陽極氧化）1、工藝：低溫、高壓、強烈攪拌以獲取厚而密的高硬度膜層；2、性質特點：①