电镀工艺铝及铝合金的阳极氧化.ppt

电镀工艺学铝及铝合金的阳极氧化
概述
金属转化膜是指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后，在金属表面生成的膜层。
转化膜同金属上别时覆盖层不同，它的生成必须有基体金属的直接参与，且自身转化为成膜产物，因此，膜层与基体具有很好的结合力。
通过化学作用在金属表面形成转化膜的过程称为化学转化；通过电化学作用形成氧化物膜的过程称为电化学转化，也叫阳极转化。铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，由于这种自然氧化膜极薄，耐蚀能力很低，故远不能满足工业上应用的需要。为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，大多数情况下可以采取阳极氧化处理。
铝及铝合金阳极氧化液有酸性液、碱性液和非水液等三大类。通常采用酸性液。它可分为硫酸、铬酸、磷酸等无机酸体系，草酸、氨磺酸、丙二酸、磺基水杨酸等有机酸体系，以及无机酸加有机酸的混合酸体系。
溶液对铝的溶解能力应适当，盐酸的腐蚀性太强，不能用于铝阳极氧化；硼酸和硼酸铵的溶解能力太弱，除特殊应用外，一般情况也不适宜。
工业生产中主要采用硫酸法、铬酸法、草酸法和混合酸法，其中硫酸法应用最为广泛。1．硫酸阳极氧化膜
铝及铝镁合金在硫酸液中取得的阳极氧化膜无色透明，含锰或硅的铝合金的氧化膜则为浅灰色或棕灰色。
纯铝的膜层厚度可达40μm，一般防护—装饰性氧化膜厚为5～20μm。硫酸氧化膜多孔，吸附能力较强，孔隙率为10～15％，膜层适合染色或电解着色，用于装饰或作识别标记。为提高膜的防护性能应进行封闭处理，在使用条件恶劣或耐蚀性要求较高时，还需要补充涂漆。漆膜与氧化膜具有良好的结合力。硫酸阳极氧化适用于几乎所有的铝及铝合金，包括含铜量大于4％的铝合金。氧化处理后的零件尺寸有所增大，会影响配合精度，表面粗糙度亦会相应增加。此外，硫酸氧化膜较脆，基体变形后膜表面会出现裂纹，尤其是膜的硬度较高时，脆性增大，且使疲劳强度降低。
硫酸阳板氧化不适合用于搭接、铆接、点焊及有缝隙的零组件；较疏松的铸件也不宜采用硫酸法。2．铬酸阳极氧化膜
铬酸阳极氧化膜不透明，具有乳白色、浅灰色至深灰色的外观，膜层较薄，仅有2～5μm，对氧化零件的尺寸变化小，可保持原来的精度和表面粗糙度，适用于精密零件氧化。膜层致密性好，孔隙率低，不封闭即可使用。
在相同条件下，铬酸氧化膜的耐蚀性优于硫酸氧化膜。膜层质软，弹性好，对铝合金的疲劳性能影响小，适合长寿命和要求保持较高疲劳强度的零件应用，但其耐磨性低于硫酸氧化膜。铬酸液对铝的腐蚀性比其他溶液小，适用于有窄缝的和铆接的零件；以及气孔率较高的铸件。膜的电绝缘性较好，可以防止铝与其他金属接触时发生电偶腐蚀。氧化膜具有较好的粘结性能，是涂料的良好底层，适用于需胶接的零件及蜂窝结构面板。铬酸氧化法还可用来检查晶粒度，显现一般探伤方法不能发现的微小冶金缺陷。
铬酸阳极氧化不适用于含铜量大于5％或含硅量大于7％的铝合金，也不宜用于合金元素总含量超过7.5％的铝合金，否则容易发生腐蚀现象。3．草酸阳极氧化膜
草酸阳极氧化可得到较厚的膜层，一般为8～20μm，最厚可达60μm。草酸氧化膜较细致，弹性好，孔隙率低，耐蚀性高，外观呈半光亮的灰白色至深灰色、黄色或带金黄色调的灰绿色。获得哪种颜色取决于合金成分及表面状态。膜层具有很好的电绝缘性，击穿电压约200V～300V，浸绝缘漆后可达300V-500V，适合做铝线绕组的绝缘层，用于要求有较高绝缘性能的精密仪器、仪表零件。草酸膜可以着色，适合日用品的表面装饰；在建筑、造船等行业也得到广泛应用。
绝缘阳极氧化不适用于厚度小于0.6mm的铝薄板及粗糙度大于1.6～0.8μm的零件，也不宜用于含铜量高的硬铝材料。此外，草酸溶液不够稳定，电能消耗大，生产成本较高。4．硬质阳极氧化膜
铝及铝合金硬质阳极氧化又称厚膜氧化。膜层厚度可达250～300μm，外观呈灰、褐至黑色。氧化膜的硬度很高，一般为HV300-600，与合金牌号和处理工艺有关，并存在硬度梯度，靠近基体部分的硬度较高，而外层的硬度则较低。由于氧化膜有微小孔隙，可以吸附润滑剂，故能提高抗磨能力。硬质氧化膜的耐磨性在低载荷下是极佳的，试验表明，它优于淬火硬化钢及硬铬镀层；在实际应用中，硬质膜的磨损量与氮化钢的磨损量大致相等。在工业大气和海洋性气候条件下，以及盐雾试验、潮湿箱试验中，硬质膜具有良好的耐蚀性能，一般情况下优于普通氧化膜。膜层具有高的电绝缘性，膜厚100μm时，击穿电压为1850V，浸绝缘漆后可达2000V。膜的熔点高达2050℃，传热系数很低，仅有67kW／m2·K，是绝好的耐热材料，短时间内能耐1500～2000℃的高温。膜层愈厚，耐火焰冲击时间愈长。
由于硬质氧化膜的优良性能，在工业上的应用日益广泛。主要用于要求高硬度的耐磨零件，如活塞、气缸、轴承、导轨等；用于要求绝缘的零件，耐气流冲刷的零件和瞬时