摘要：由于铝及酸性铝合金采用阳极酸性氧化镀膜技术涂层能够有效提高金属基体涂层表面的化学硬度、耐蚀性和化学耐磨性等，不同阳极酸性氧化工艺技术条件下应用能够直接得到不同氧化性能的各种阳极酸性氧化技术膜和涂层。并对根据铝及铬酸酸性阳极化和铜及硫酸酸性阳极化涂层技术的性能特点分别进行了统计分析，对铜及铝合金阳极酸性氧化涂层技术最近所已经取得的研究进展情况进行了分析总结，对当前开展新一代工艺技术研究、改善阳极酸性氧化技术膜的涂层质量情况提供重要参考。

关键词：铝合金;阳极氧化;阳极氧化膜层

引言

全球每年铝的平均产量已经仅次于铜和铁。因为铝和金属铝合金总体密度小且易用于加工，并且它们可以用于制造和组成各种形状结构十分复杂的机械零件，因而它在现代工业生产中的技术应用日益广泛，但是由于铝及其金属合金易加工产生铝结晶间腐蚀、表面涂层硬度低、不耐机械磨损。国内外都在积极采取各种技术方法对这些铝及其金属合金产品表面涂层进行耐磨改质优化处理，以使其获得各项优良耐蚀性能，拓宽其工业应用领域范围。

1微弧氧化工艺机理及其特点

微弧陶瓷氧化反应工艺主要是在弱酸强碱性金属溶液中，通过静电高压，化学及其他电化学和金属等离子体间的放电相互作用，在陶瓷基体氧化材料涂层表面直接生成一层以其主要金属活性氧化物分子为主体并具有良好陶瓷氧化性能的保护性金属氧化膜。初始氧化阶段与光电阳极管的氧化反应工艺类似，随着氧化电压不断增大，其氧化反应过程进入静电火花、微弧和静电弧光基体放电这三个关键阶段。随着导电压不断增大， 电流密度不断增大，膜与厚层较薄弱的区域被电流击穿从而重新生长发育出新的陶瓷膜与薄层。随着基体反应不断的持续进行， 因此陶瓷基体反应材料表面膜与薄层间的厚度变化是相对均匀的。同时由于陶瓷等离子体在放电作用区瞬时反应温度很高，最高温度可能会达到7000k，导致基体表面材料al2o3膜的薄层厚度发生多种晶态化学结构线性转变，又因为基体反应材料属于基体原位反应生成，陶瓷膜膜层与其他基体材料结合后的强度相对较高。该显微氧化处理陶瓷的材料膜层显微氧化处理硬度高、高耐磨、耐高度氧化和防腐蚀、抗氧化和耐腐蚀隔热能力突出、绝缘性好，特别适用于高速高空飞行运动且同时应用需要高耐磨、耐高度氧化和防腐蚀、抗氧化和防高温和耐冲击的各种轻质性复合金属和轻质铝合金金属材料相关零部件。在我国民用航空、航天、兵器、汽车、船舶、等许多航空工业应用方面以其陶瓷应用最为广泛。微弧膜层显微氧化处理陶瓷应用技术的突出特点应用技术特点主要表现是： ①大大提高了氧化陶瓷材料的产品膜面外层整体表面显微氧化处理硬度，膜层外面材料表层显微的热氧化处理硬度在1000～3000hv， 超过材料膜面表层氧化热处理后的材料膜面表层高度为碳离子复合不锈钢的显微氧化硬度;②提高材料膜层耐热性和抗氧化磨损性、耐热性及材料膜面表层耐热抗氧化和耐腐蚀性强的应用特点尤为突出。弥补了传统铝镁合金在工业实际中广泛应用不足之处;③电极的绝缘性好;④与膜结合作用强度高，膜与外层结合厚度均匀致密，孔隙吸水率低。

2阳极氧化技术

在用于铝的一种表面化学处理氧化方法中，阳极电解氧化法可称得上铝也是一种"万能"的氧化方法。用于氧化铝的一种人工阳极氧化电解槽的氧化制备方法也就是用铜或铁和铜与铝或铝及铜等其他铝合金金属材料或铝作阳极，用铜或铁和铝及铅、碳或铜和锌等其他不锈钢合金材料或铝作阴极，在溶于水或铝的草酸、硫酸、铬酸等一些碱性物质溶液中对铝进行阳极电解。用该阳极氧化制备方法也就是说可以快速制备和得到铝的自然氧化成膜这是氧化阳极制备的方法难以达到的一种自然氧化成膜阳极氧化制备速度。

2.1硫酸阳极氧化

目前，工业上最普遍广泛使用的方法是三氟硫酸阳极活性氧化，其槽液的加工成本低，操作简便，适应性强，只要适当采用改变特殊工艺氧化条件，就可以能迅速加工获得一种适合所加工需要的玻璃薄膜厚度和阳极氧化处理性能的一种必需阳极氧化活性硅胶玻璃膜。经采用玻璃薄膜封闭（其中主要包括各种玻璃薄膜染色）特殊工艺氧化处理后，能有效率地达到安全玻璃防护和对玻璃以及装饰品的使用安全目的。阳极关于化学阳极氧化的各种工艺操作方法工艺技术条件对化学氧化玻璃膜的耐蚀性、耐磨性、透明度和氧化玻璃膜的着色性等均值都会对其具有较大的直接波动影响，若使用氧化膜水溶液的硫酸浓度高于硫酸影响阳极氧化质量导致氧化膜的浓度过高、温度过高、电流密度太大（阳极氧化初始直流氧化电压过高）、氧化膜的持续时间氧化长度拖得太长等情况都会直接导致使阳极质量氧化后的玻璃膜疏松易碎而迅速脱落。

硫酸阳极激光化学玻璃氧化处理工艺产品具有硫酸阳极化学氧化后可以使玻璃膜膜的颜色透明度、耐蚀性、耐磨性和相比玻璃膜的硬度高;着色容易、颜色鲜艳;，成本低;产品加工容易操作、维护简单;对室内室外环境污染较小等几大主要特点

普通氧化不含有浓硫酸金属阳极性的材料氧化化学试剂涂层可直接通过获得0.5-20.0um之间并且吸附性较好的材料氧化形成膜状材料涂层，适用于一般建筑油漆基层防护或作为民用建筑油漆基层保护材料涂层的建筑墙体油漆粘结剂基层和涂料底层（其中例如在例如民用航空飞机舱内外涂料蒙面的油漆皮等）。目前，工业上最普遍广泛使用的氧化是不含硫酸阳极性的氧化，因为浓硫酸属于交流阳极性的氧化电流效率低，氧化形成膜的耐蚀性差、硬度低、所以很少广泛使用。目前国内外广泛应用的主要是用于硫酸直流铝的阳极废液氧化，它与其它酸阳极废液氧化相互的结合进行比较，在它的氧化生产成本、氧化铝的电解膜染色处理工艺特点和废液染色处理性能三个主要方面基础上它仍然具有下列明显的以下几点及其优越性：它的氧化生产成本低，电解液所用的碱性金属材料硫酸阳极氧化价格低，电解液的氧化耗电少，废液氧化染色工艺处理简单，与其它使用硫酸氧化阳极膜的废液氧化工艺比较中它仍然是一种最为廉价的废液染色处理工艺;硫酸氧化阳极膜的废液染色处理透明度高。一般来说是以硫酸阳极和氢氧化铝的染色膜为电解膜体内部无色透明，且阳极氧化铝越纯，膜体的染色透明度越好，合金中的金属元素层中诸如诸如si、fe、mn等元素都会发生变色，这使电解膜的整体透明度明显有所下降;耐蚀性和电解膜的染色耐磨性好;也使电解液的整体着色和其他各种化学生物膜的染色容易。由于硫酸阳极和氢氧化铝的电解膜一般上都是多孔型，孔隙和其着色率一般可以直接达到35%，且电解膜体内部无色透明，不受电解液体具有本色的气候变化因素影响，在各种金属电解液的整体着色准备工作进行过程中，金属的阳极铝离子也极有可能从其孔底析出而发色，使电解膜的整体色泽美观、耐光和电解膜的着色耐侯性好，在各种其他化学生物膜的染色中，多孔型金属膜体的离子吸附力强，容易直接染成使其他化学生物染色的溶液直接从中渗入或向外流到阳极氧化铝在膜体的孔中率中渗出去，发生化学作用或其他各种物理化学作用，染成各种鲜艳的不同液体颜色。

2.2铬酸阳极氧化

1923年，英国的本戈（bengough）和斯图尔特（stuart）等日本人先后发明了将碱性铬酸铝及其他铬酸铝合金在薄层碱性氧化铬酸氢铝涂层溶液中直接加热进行阳极活性化学氧化的处理方法。用于薄层碱性铬酸铝盐活性氧化铝涂层薄膜中的涂层一般呈现乳白色或者陶瓷状乳白或者石灰色，膜的耐蚀性好，耐磨性远远不如目前使用用于硫酸、草酸等化学氧化处理工艺的薄层铬化硝酸氧化铝厚层涂膜，但薄的一层碱性铬酸铝盐活性氧化铝涂层薄膜与酸性硝酸氢铝涂层的相互作用附着性好。

铬酸盐为阳极性氢氧化物的工艺工作条件一般为：30～100g/l铬酐，θ=40～70℃，ja=0.1～3a/dm2，u=0～100v，t=35～60min。铬酸法和阳极酸性氧化铝的膜比其他硫酸氧化法加工得到的膜薄，通常厚度δ只有2～5μm，膜的薄层较软，但是有弹性好，耐蚀性高，铬酸法和阳极膜的氧化会使膜的薄层失去颜色，由原的薄层灰白色逐渐扩大一直到逐渐变为原的深灰色，一般人都不能对膜进行人工染色;由于氧化铬酸法和氧化阳极法等酸性的氢氧化铝的工件膜与其他氧化硫酸铝合法和氧化阳极法等碱性硫酸氧化铝的工件膜不同，膜的基体薄层致密而但通常呈一种菱形状或树状而且又无任何分支状的膜或薄层状的结构，氧化后不经任何人工处理封闭或经过热处理的工件膜薄层即可重复使用;由于氧化铬酸铝的酸性溶液对飞机金属工件铝的各种化学性质溶解度较小，因此它们的膜可以广泛地应用于较精密的和飞机金属表面化学结构中的粗糙度较低的航空金属飞机工件基体材料的膜加工;铬酸氧化法和硫酸铝合法的膜加工工艺得到的飞机金属工件膜是薄层并且是不会由于温度明显降低而对金属工件基体的疲劳强度，耐蚀性高，大量地广泛应用于大型航空飞机金属零件材料制造业。

2.3瓷质阳极化

（1）外观色泽。膜层膜的外观一般呈灰、褐至淡黄黑色，与外膜材质化学成分和外膜工艺温度有关，而且外膜温度愈低、膜的薄层愈厚则外膜色泽愈深。

（2）薄层厚度。薄膜厚度最高可达250μm，所以又可简称为厚度薄膜或抗氧化。

（3）提高表层整体硬度。这种微孔氧化铝合金薄膜应用表层整体硬度很高，在纯普通氧化铝上尽管该表层膜度为hvl200～hvl500，在普通氧化镁和铝合金上尽管该种薄膜表层硬度显著高但有所轻微降低，hv400左右，由于这种新型微孔氧化薄膜应用可同时自动吸附多种耐蚀润滑剂，故该种薄膜应用能大大提高膜的耐磨性和耐蚀润滑能力。

（4）耐蚀。该类产品可以具有很高的耐热性和抗蚀性，尤其在高度易于工业化的湿润大气和海洋性气候中更可以具有卓越的耐蚀性。

（5）结合力。与基体结合十分强固。

（6）耐热绝缘性能和约束导热性。硬质膜导热电阻大，膜厚l00μm，可耐2000v以上，熔点高可达2050℃，导热电阻系数低至67kw/（mk），是极好的耐热绝缘材料。

2.4硬质阳极化

电解硫酸铝及铝与氧化铜和铝合金的薄膜外层氧化阳极薄膜电解铝和氧化阳极薄膜原理是以活性硫酸铝与水作为氧化铝的外层阳极并直接放置于一种富含活性电解质的硫酸水溶液中，利用硫酸铝与铝和水的外层阴极通过电解酶和氧化酶的作用，在硫酸铝的外层阳极上进行氧化反应生成一种铝及氧化铝合金外层阳极薄膜。产品特点铝及氧化铝合金外层阳极薄膜由含有弹性铝的阻挡层和附在薄膜上的外层阳极组成，阻挡层为无水ai2（）3，厚度仅大约为0.03—0.05tnn，薄而致密，硬度高，电阻大。外层主要薄膜结构外层是泛泛指由大量非晶型晶体y—ai2及少量的晶型y[unk]ai20h20组成的一个呈圆形蜂窝六棱直角三角四棱体状的外层薄膜结构，厚度从几微米逐渐扩大缩小到几百微米，孔隙表示薄膜外层直径大约为0，0l一0.03tma。硬质中的氧化反应层是该薄膜的主要化学性能由外层薄膜的最外层的硬质氧化反应厚度和孔隙中的氧化率和质量所关系决定，它们与其在阳极下的硬质氧化反应处理过程条件中以及比如其在阴极下的电解质和阳极水溶液的硬质氧化反应浓度、温度、电流密度和硬质氧化反应处理过程持续时间等等因素有关。

3铝合金阳极氧化技术发展趋势

3.1研究方向广阔

铝合金进行氧化及器件氧化处理技术在不断提高器件氧化处理速度及氧变硬度技术方面仍然会具有很大的发展趋势。目前许多中国高校科学家一直积极探索致力于不断探索技术研究不断探索提高各种各类现代化对铝合金产品进行器件氧化性、可靠的持续性和利用性的关键技术应用方法。其中就有比如这是一种研究能够大幅度提高各种器件进行氧化以及处理速度的新型具有器件综合脉冲滤波处理性能的新型功率脉冲式综合滤波处理器件称为eoe，其器件进入时的输出直流氧化电压及输入氧化电流作用十分明显，相当于几个不同功率电源转换电路之间叠加的进入输出氧化电流，且其产品进行器件氧化后的处理速度极快，充分的利用发挥了其节省了剩余能源使用电力，提高了器件氧化处理速度以及器件氧化处理硬度的关键技术应用优势。

3.2应用越来越广泛

近年来，随着国内高端合金制造业对铜及铝合金金属基体镀膜表面导热性能技术要求的不断稳步攀升，阳极硫酸氧化封闭技术的不断发展已经取得了长足的技术进步：镀膜脉冲封闭阳极硫酸氧化技术能有效提高硫酸铝及其他铜合金基体阳极硫酸氧化铝镀膜的化学致密度和化学硬度，并能有效使合金膜面表层的脉冲耐击力贯穿性和电压大幅升高，同时还能减小合金膜面表层的脉冲导热阻力系数，使氧化铝及其他铜合金基体具有更广的实用价值;镀膜脉冲冷开封闭处理技术主要是将阳极硫酸氧化铝镀膜直接浸泡在稀土硫酸铝酸钠溶液中后再利用脉冲电流技术进行脉冲封闭，耗能少，对室内环境无任何污染;利用稀土金属元素在不断提高铜及铝合金耐蚀性中可以显示表现出优异导热性能以及无环境污染、低成本造价等诸多优点;

3.3操作趋于简单

现在关于金属镁合铝的阳级氧化工程技术的工艺操作中在工艺应用过程中已经出现了越来越多的新型具有现代创新设计思维的新氧化技术的不断产生。这些新型的技术不仅大大提高了企业生产工作效率，而且也最大化的程度地有效避免了工业环境污染的各种可能性。在现在的冶金工业生产中越来越广泛的企业采用此类新方法，在金属铝合金铝的表面涂层形成厚重的阳级氧化涂层膜一次二十来次的改变了铝合金的涂层抗压和腐蚀性及一系列的创新的阳级涂层氧化工艺技术，这些旧的新技术已经是目前我国现在基本和国际通用的金属铝合金阳级氧化工艺表面涂层处理的主要方法。在未来的企业发展使命历程中，技术人员必然应当继续致力于越来越简单的氧化工艺技术上的创新。

参考文献

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