摘要：铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极，以铅板作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解，其表面生成氧化膜层。其中硫酸阳极氧化处理应用最为广泛。探讨影响铝件阳极氧化质量的因素，对改进铝及其合金阳极氧化工艺技术有着极其重要的意义。
关键词：铝件阳极氧化；质量；影响因素
1 概述
铝及铝合金材料在空气或水中能够生成一层自然氧化膜，从而提高了铝材的耐蚀性。但这层自然氧化膜厚度通常仅有0.05～0.15μm，在很多腐蚀介质作用下往往产生腐蚀而破坏。 铝合金型材经阳极氧化处理后可生成厚度为0.5～250μm的多孔氧化膜，由于这层膜具有吸附能力，可以进行封孔并染成各种颜色，使铝材在耐磨、耐蚀、美观、使用寿命等方面有很大提高，因而阳极氧化处理已广泛应用于铝及铝合金材料的表面处理工艺中。
铝金属经阳极氧化后，其材质具有质硬耐磨防腐与底衬结合牢固等特点，在 现代工业中被广泛应用。但由于铝合金中所含的金属元素与杂质不同，以及氧化 工艺、 氧化电解液不同，便造成铝阳极氧化膜的结构也不同。铝阳极氧化膜一般可分为多孔型和壁垒型种，但在实验中发现很多铝阳极氧化膜不是典型的多孔 型或壁垒型，而是两者的混杂。氧化膜的结构对铝材的质量有很大影响，氧化膜的结构不同，材质不同，其应用也不同。
2 铝件阳极氧化
以铝或铝合金制品为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理，利用电解作用使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。经过阳极氧化处理，铝表面能够生成几个微米至几百个微米的氧化薄膜。比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。
铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理[1]。当电流通过时，将发生以下的反应：在阴极上，按下列反应放出 H2：2H+ +2e→H2。在阳极上，4OH- 4e → 2H2O+O2， 析出的氧不仅是分子态的氧(O2)，还包括原子氧(O)，以及离子氧(O-2)，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的Al2O3膜：2AI + 3[O] = AI2O3 + 1675.7KJ。应指出,生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。
阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多，归纳起来有以下几种分类方法：
按电流型式分有：直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、以及可缩短达到要求厚度的生产时间，膜层既厚又均匀致密, 且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。
按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以有机磺酸溶液的自然着色阳极氧化。
按膜层性质分有：普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。
3 铝件阳极氧化膜质量影响因素
3.1 铝材中金属元素的影响
由于铝材中金属元素的含量不同，其形成的氧化膜结构不同，从而影响到铝材的质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铝合金材料中Si元素的含量为0.35%～0.45%，而镁的含量为0.60%～0.65%，在型铝合金中Mg与Si主要形成强相Mg2Si化合物。
当镁硅元素的质量比大于1.73时，除形成Mg2Si外，还有过量的镁，过量的镁降低Mg2Si在固态铝中的溶解度，使强化相从基体中析出，造成铝合金出现黑斑点，降低合金抗腐蚀性能。当镁硅元素的质量比小于1.73时，就有过量的硅，过量的硅不会降低Mg2Si在铝基体中的溶解度，但会影响合金的抗腐蚀性和氧化着色能力，还会导致晶间腐蚀发生。
铝合金中除了含有必需的元素与Mg外，还会含有铜、铁、锰等杂质元素，这些元素是影响铝合金阴极氧化膜质量的主要因素之一，其含量越高，铝表面的质量会越差，其含量的高低将严重影响铝合金的表面质量。[2]然而铝合金的牌号和品种众多，尤其是不少由市面上收购的废旧铝材含有较多的铜、铁、锰元素，这一点应该引起生产上的重视。一般而言，铝材中的Mn元素含量是较少的，因此其影响相对较少。
3.2 铝和铝合金的组织及相的均匀性
铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后，发生局部无氧化摸，呈现肉眼可见的黑斑或条纹，氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关，或者与电解液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成，膜的质量也较佳。而铝硅合金或含铜量较高的铝合金，氧化膜则较难生成，且生成的膜发暗、发灰，光泽性不好。如果表面产生金属相的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或者热处理不当所造成各部分组织不均匀等，则易产生选择性氧化或选择性溶解。若铝合金中局部硅含量偏析，则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。另外，如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁等金属杂质离子含量过高，往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹，影响氧化膜的抗蚀防护性能。
3.3宽温氧化添加剂的影响
阳极氧化中，电解液的组成至关重要。电解液类型主要有硫酸 、草酸、铬酸和磷酸体系，类型不同，氧化膜的质量也不同。为了能在较高温度下氧化铝材，通常都加人宽温添加剂，如果添加剂的组成不同，即使同一类型的电解液效果仍会有较大差异。在电解液中加入的添加剂含有阳离子、阴离子和有机物，这些物质的主要作用是增强电解液的导电性，参与成膜反应，加快成膜速度。其中有机物的作用是在参与膜的形成和吸附过程中减缓溶膜速度，使高温时膜的溶解得以减缓，从而在较高温度下形成较厚和较硬的氧化膜。
3.4氧化条件的影响
铝阳极氧化的工艺条件一般有氧化温度，铝的氧化是一个放热反应，氧化膜生成时在铝基体表面会产生很大的热量。通常阳极氧化液的控制温度为25℃左右，当温度超过30℃，就会出现氧化膜疏松粉化现象，铝表面的硬度会变小，不能形成较厚的氧化膜，形成的氧化膜也较松散。
阳极氧化的电流密度是一个重要的影响因素，适当提高电流密度氧化膜的质量是有所提高的，但电流密度过高如号达到，氧化放热量会增大，膜层溶解加速，形成的氧化膜厚度和硬度则大大降低，因此形成的氧化膜质量也下降。
氧化时间超过后，氧化膜才有明显的过溶解现象，因此氧化膜性能指标氧化时间小于60min来看，差别不大，但延长氧化时间，其影响会越来越显著。
参考文献
[1] 许旋，林国辉.铝合金阳极氧化膜的性能研究[J].电镀与涂饰，2001，2.
[2] 陈子超.分光光度法测定铝合金中硅镁元素的含量[J].电镀与涂饰2004，5.
论文作者:何小明,孙柱,王涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：阳极论文; 铝合金论文; 电解液论文; 质量论文; 铝材论文; 元素论文; 杂质论文; 《基层建设》2017年第16期论文;