第一篇:铝合金阳极氧化与表面处理技术
第1章:引论
铝合金阳极氧化目的:提高工件的表面硬度、及耐磨、耐腐蚀等性能，绝缘性能好，可以着色能显著改变和提高铝合金的外观和使用性能。铝合金通过化学预处理，还可以进行电镀、电泳、喷涂等，赋予铝合金表面以金属镀层或有机聚合物涂层，进一步提高铝合金的装饰和保护效果。
1.1典型铝合金的特性及应用 铝合金牌号 1060 合金特性 导电性很好，成形和耐腐蚀性好，强度差 应用示例 电线电缆，化工容器 铭牌，装饰品，化工容器，焊丝 容器，印刷版，厨具 飞机大锻件和厚板，轮毂，螺旋桨 活塞、汽缸，叶轮 螺钉，机加工部件 厨具，薄板加工件 饮料罐，灯具，薄板加工件 活塞，汽缸 焊条，建筑外装 装饰品，高级器具 建筑内外装，车船内装 车、船钣金件，油箱油管 照相机和通讯部件 车、船、飞机的焊板，低温容器 电线电缆，导电排 建筑型材，管材，车辆、台架等挤压材 车、船和陆上结构挤压件 照相机、煤气器具部件 空调器铝箔 飞机结构及其他高应力结构件 1050，1080 成形性好、阳极氧化容易、耐蚀性最好的铝合金之一，强度低 1100，1200 一般用途，成型和耐蚀性较好 2014，2024 含铜高，强度高，耐腐蚀性良，用于结构件 2018，2218 锻造性优，高温强度好，耐蚀性差，锻造合金 2011 3003 3004 4032 4043 5N01 5005 5052 5056 5083 6101 6063 6061 6262 7072 7075 切削性优，强度高，耐腐蚀性差 比1100强度高10%，加工性和耐腐蚀性好 比3003强度高，深拉性能优，耐腐蚀性良好 锻造合金，耐热和耐磨性优，热膨胀系数小 熔体流动性好，凝固收缩小，阳极氧化得灰色 强度与3003相近，光亮和耐腐蚀 成型和耐腐蚀性好，阳极氧化膜与6063色调匹配 成型、耐腐蚀、可焊性好，疲劳强度高，强度中等 耐蚀性，成型与切割性好，阳极氧化与染色性好 焊接结构用合金，耐海水和低温性能好 高强度导电合金 典型挤压合金，综合性能好，耐蚀性好，阳极氧化容易 比6063强度高，可焊性和耐蚀性好 耐蚀高于2011的快切削合金，强度接近6061 电极电位负，作为防腐蚀包覆材料 强度最高的铝合金之一，耐蚀性差，用7072包覆提高耐蚀性 1.2 铝合金表面处理技术
铝合金表面处理技术有：表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）、化学预处理或化学处理（化学转化或化学
镀）。电化学处理（阳极氧化或电镀等）、物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其他物理表面改性技术）等。
现举例：通用工业用铝合金部件（机械部件、电器部件等）阳极氧化处理流程： 草酸法 脱脂 碱洗 出光 阳极氧化 硫酸法（染色） 封孔 硬质阳极氧化法
1.3 铝合金与阳极氧化
不同成分的铝合金分别适合于不同目的的阳极氧化，比如铝-铜合金的阳极氧化性能（尤其是光亮阳极氧化）一般不好，铝合金的成分和含量与阳极氧化难易程度的关系见下表
铝合金主要成分 阳极氧化适应性 防蚀阳极氧化 阳极氧化染色 光亮阳极氧化 - 1 -
99.99%AL 99.8%AL 99.5%AL 99.0%AL 1.25%Mn 2.25%Mg 3.25%Mg 5%Mg 7%Mg 0.5%Mg，0.5%Si 1%Si，0.7%Mg 1.5%Cu，1%Si，1%Mg 2%Cu，1%Ni，0.9%Mg，0.8%Si 4.25%Cu，0.625%Mn，0.625%Mg 4.25%Cu，0.75%Si，0.75%Mn，0.5%Mg 4%Cu，2%Ni，1.5%Mn 2.25%Cu，1.5%Mg，1.25%Ni 1%Mg，0.625%Si，0.25%Cu，0.25%Cr 1%Si，0.625%Mg，0.5%Mn 5%Si 极好 极好 极好 很好 好 很好 很好 好 中 极好 很好 好 中 中 中 中 中 很好 好 好 极好 极好 极好 很好 好 很好 很好 好 中 很好 好 好 中 中 中 中 中 好 好 中 极好 极好 极好 好 中 好 好 中 中 好 中 中 不可 不可 不可 不可 不可 中 中 不可 第2章 铝的表面机械处理
铝及其合金制品的外观和适用性在很大程度上取决于精饰前的表面预处理，机械处理是表面预处理的主要方法之一。
机械处理一般分为：
抛光（磨光、抛光、精抛或者镜面抛光），喷砂（丸）、刷光、滚光等方法 机械处理的目的：
1） 提供良好的表观条件，提高表面精饰质量 2） 提高产品品级 3） 减少焊接的影响 4） 产生装饰效果 5） 获得干净表面
目前我公司采用的机械处理方式是：喷砂及拉丝
喷砂的规格常采用80#或100#砂，部分采用320#砂 拉丝的规格常采用150#或180#
第3章 化学抛光和电化学抛光
光亮阳极氧化只有采用特殊的化学抛光和电化学抛光处理，才能保证在阳极氧化后有高镜面的表面质量 常用的化学抛光工艺：磷酸—硫酸—硝酸
常用的电化学抛光工艺：硫酸—铬酸、磷酸—硫酸—铬酸以及碳酸钠—磷酸三钠等
- 2 -
第4章 化学清洗和浸蚀
化学清洗的目的：
因为铝材在生产过程中使用润滑剂、轧制油，在机械抛光中使用抛光膏，在半成品存在中使用防锈油等必要的油脂；此外，铝材在操作过程中及转运过程中稍不注意，很可能黏附到不必要的机械设备的润滑、灰尘、杂质颗粒之污染物，严重的会形成污垢。铝材表面接触到油脂或污染物后，会阻碍其表面与处理溶液的充分接触，不能得到润湿均匀的表面，若油脂或污染物带入到槽中，将会破坏槽液的组成。因此，铝材表面处理过程中首先要精心化学清洗，清除表面的油脂、污染物、污垢、铝的表面氧化膜等，使铝材获得润润均匀的清洁表面。 浸蚀的目的：
使铝材表面产生均匀散射的浸蚀表面，即通常所称的亚光表面。
第5章 铝阳极氧化与阳极氧化膜
5.1铝阳极氧化的过程
铝在各种电解溶液中作为阳极的极化行为，至少可以分成5种情况，其中壁垒型阳极氧化膜与多孔型氧化阳极氧化膜属于国家标准定义范围的铝阳极氧化，下面只简单介绍此两种阳极氧化的过程。 5.1.1壁垒型的阳极氧化
在电解溶液对阳极氧化膜基本不溶解的情况，在中性酸盐中，开始时电压随阳极氧化时间迅速直线上升到比较高的电压，如果这个电压上升超过击穿电压时，则氧化膜被击穿。如果这个电压没有达到击穿电压，那么在这个电压下，电流又迅速下降到接近零或一个极小的所谓漏电电流值，此时电化学反应实际上停止了。所谓“漏电电流值”主要可能是来自膜中的缺陷、杂质或局部薄膜的电子电流。此时生成的是壁垒型阳极氧化膜。
5.1.2 孔型阳极氧化
在电解溶液对阳极氧化膜“有限度”溶解的情况，介质一般是采用酸等溶液，电压变化在开始时类似“壁垒型的阳极氧化”，但是下降尚未达到一个极小值时，又重新上升到相对恒定的稳太电压，维持着阳极氧化的电化学反应。此时生成的是多孔型阳极氧化膜。
其他还有点腐蚀阳极氧化（不能生成完整的阳极氧化膜）、在强酸介质中只发生电解抛光或电解浸蚀等。 5.2 阳极氧化的结构与行貌
多孔型阳极氧化膜的微孔是有规律的垂直于金属表面的孔型结构，孔的密度非常大，一般达到760亿个/CM2 5.3 多孔型阳极氧化的厚度、结构和成分
多孔型阳极氧化膜由两部分组成,即阻挡层和多孔层。
阳极氧化膜的厚度δa=KIt K：是比例常数 I：阳极电流密度（A/dm2） t：阳极氧化时间（min） 请注意，阳极氧化膜的厚度是一个极限值，上述公式并不表示阳极氧化膜的厚度会随时间延长而无限制增 长。
阳极氧化膜的阻挡层是致密无孔的非晶态氧化物，多孔层是非晶态的氧化铝所组成。
第6章 阳极氧化工艺
6.1 硫酸阳极氧化工艺
以铝为阳极置于硫酸电解液中，利用电解作用，使铝表面形成阳极氧化膜的过程称为铝硫酸阳极氧化。 硫酸直流阳极氧化生成的氧化膜具有以下特点： 6.1.1 生产成本低
6.1.2 膜的透明度高。一般硫酸氧化膜为无色透明，铝越纯，膜透明度越好，合金元素Si、Fe、Mn会使
透明度下降，但Mg对透明度无影响，最适合于抛光后的光亮阳极氧化处理。
6.1.3 耐蚀性和耐磨性好
- 3 -
6.1.4 电解着色和化学颜色容易。硫酸氧化膜是多孔型，且无色透明，不受本色的影响，在电解着色过
程中，金属离子能从其孔底析出而发色，使色泽美观、耐光和耐侯性好；在化学染色中，多孔型 膜吸附力强，容易使染色液渗入到膜孔中去，发生化学作用或者物理作用，染成各种鲜艳的颜色。 6.2 其他酸阳极氧化工艺
铬酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺、磷酸阳极氧化工艺
第7章 硬质阳极氧化
铝的硬质阳极氧化技术是以阳极氧化膜的硬度与耐磨性作为首要特性的阳极氧化技术，这种膜一般以通用工程应用或军事应用为目的，膜厚通常大于25um。
7.1 硬质阳极氧化与材质的关系
硬质阳极氧化工艺和硬质阳极氧化膜的性能受铝合金种类和生产工艺的影响很大，除了铝合金的型号之外，铝合金的形态对硬质阳极氧化也有影响，变形铝合金的形态有薄板、板材、挤压材、锻件及铸件，由于铝合金的组织结构和晶粒尺寸以及形态的不同，硬质阳极氧化的工艺也不同。
7.1.1 薄板具有细晶组织，晶粒在轧制方向拉长，主要问题是窄向断面的烧损倾向较大。
7.1.2 挤压材的主要问题是在挤压方向可能有粗晶带，粗晶带有时在中空型材表面的中部，或集中在型材
的某些特殊部位，这种情形在6061合金上最为多见，6063合金比较轻微。这种结构的缺陷来自挤 压合金的各向异性，不同晶粒取向的阳极氧化速度不同，严重时可能会影响铝表面氧化膜厚度的不 均。
7.1.3 锻态原表面经常具有厚的热氧化膜，需要用特殊方法除去，锻件又可能常用机械加工剥除掉大量表
面，此时内部的粗晶组织在硬质阳极氧化之后揭示出来，这种情形有时也会在挤压材中发生。
7.1.4 铸件并非变形合金，一般含有高的硅含量，有时还含有大约5%的Cu，铸件的主要目标是内部不
允许存在空洞。高硅铝合金铸件的阳极氧化比较困难。
7.2 硬质阳极氧化膜的性能
高的硬度和高的耐磨性，另由于相对密度较高、孔隙率低，膜的电绝缘性很高、耐腐蚀性也好。 第
8章 阳极氧化的着色和封闭
铝及合金经过阳极氧化处理后，在其表面生成了一层多孔氧化膜，经过着色和封闭处理后，可以获得各种不同的颜色，并能提高膜层的耐蚀性、耐磨性。
8.1 无机颜料着色
无机颜料着色机理主要是物理吸附作用，即无机颜料分子吸附于膜层微孔的表面，进行填充。该法着色色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒较 8.2 有机染料着色
有机染料着色机理比较复杂，一般认为有物理吸附和化学反应。有机染料着色色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。 8.3 电解着色
电解着色是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中进行电解，通过电化学反应，使进入氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子，沉积于孔底无孔层上而着色。由电解着色工艺得到的彩色氧化膜具有良好的耐磨性、耐晒性、耐热性、耐蚀性和色泽稳定持久等优点，目前建筑型材得到广泛的应用。 8.4 封闭
铝及合金经过阳极氧化后，无论是否着色都需要及时进行封闭处理，其目的是把染料固定在微孔中，防止渗出，同时提高膜的耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝缘性。封闭的方法有热水封闭法、水蒸汽封闭法、重铬酸盐封闭、水解封闭法和填充封闭法。
- 4 -
第二篇：电镀和化学镀
第1章：电镀
电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面处理加工方法。
1.1 电镀锌
镀锌主要用于钢铁等黑色金属的防腐。镀锌层外观呈青白色，易溶于酸，也能溶于碱。锌为两两性金属，在干燥的空气中几乎不发生变化；在潮湿的空气中能与氧气和二氧化碳作用生成碱式碳酸锌，具有一定的防护作用。锌与含硫化合物反应生成硫化锌，它容易受氯离子的侵蚀，所以在海水中是不稳定的。
锌镀层经钝化处理，其防护性和装饰性能显著得到提高。
1.2 电镀铜
铜镀层呈粉红色，均匀、细致，不同工艺所镀出的铜镀层色调有所不同。铜镀层用途广泛，主要用来作底镀层、中间镀层、也可以做为表面镀层。此外，镀铜还可用于钢铁件的防渗碳，印刷线路板、塑料电镀和电铸等方面。
1.3 电镀镍
镀镍可用作表面镀层，也可以作为多层电镀的底层或中间层。
镍镀层用途非常广泛，它对钢铁基体是阴极性防护层。因此其防护能力与镀层的孔隙率有关。为了提高镍的防护性，可以采用多层镀镍如：半光亮镍/光亮镍/铬，半光亮镍/高硫镍/光亮镍/铬，半光亮镍/高硫镍/光亮镍/镍封/微孔铬，半光亮镍/光亮镍/高应力镍/微裂纹铬等。 镍镀层作为装饰性金、钯-镍、银镀层的底层广泛应用于五金装饰等行业。
1.4 电镀铬
铬是一种带微兰色调的银白色金属。铬镀层化学稳定性好，反光性好，在一般大气环境中能长期保持光泽而不变色。铬表面憎水、憎油、不易被污染，而且镀层硬而不易被划伤。故可以用于装饰、耐磨损和耐蚀等防护装饰镀层和功能性耐磨损镀层。
镀铬溶液分为六价铬镀液和三价铬镀液两大类。前者为传统镀铬，已沿用近百年，但由于六价铬对人体和环境的危害。目前三价铬镀铬还有很多不足，色泽没有达到六价铬色调，目前更像不锈钢的色泽。
1.5 电镀银和银合金
银与银合金镀层具有优良的导电性、低接触电阻和可焊性，并有很强的反光能力和装饰性，作为功能性镀层，广泛应用于连接器接点，半导体引线框架。作为装饰性镀层，广泛用于餐具、乐器、首饰等。
镀银层与空气中硫作用，极易生成氧化银和黑色硫化银。就是与塑料、橡胶等含硫物接触，也要发黑，空气中氧有助于发黑。镀银层变色严重影响零件部件的外观，影响镀层可焊性和电性能。
银合金镀层用于改善银层性能，满足功能性需要。由于银在空气中易变色和在潮湿环境中银会缓慢生长晶须，导致电器设备短路，影响设备可靠性。银原子通过表面扩散沿绝缘材料表面滑移，因而限制了银镀层在线路板上的应用，银合金有利于这些问题的解决。
银合金有银锑、银镉、银锌、银锡、银铜、银镍、银钴、银钯、银铂等。银铅合金作为减摩镀
- 5 -