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鋁及鋁合金陽極氧化性能介紹
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信義通
創(chuàng)建日期：
2021-12-14
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一、陽極氧化的原理
陽極氧化處理是利用電化學(xué)的方法，在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，以合金零件為陽極，不銹鋼、鉻、或?qū)щ娦噪娊庖罕旧頌殛帢O，在一定電壓電流等條件下，使陽極發(fā)生氧化，從而使工件表面獲得陽極氧化膜的過程。按其電解液的種類及膜層性質(zhì)可分為硫酸（可以著色）、鉻酸、（不需著色）、混酸、硬質(zhì)（不能著色）和瓷質(zhì)陽極氧化；根據(jù)各種陽極氧化膜的染色性能，只有硫酸陽極氧化獲得的氧化膜最適宜染色；其他如草酸、瓷質(zhì)陽極氧化膜（微弧氧化）雖能上色，但干擾色嚴(yán)重；鉻酸陽極氧化膜或硬質(zhì)氧化膜均不能上色；綜合所述，要達(dá)到陽極氧化上色的目的，僅有硫酸陽極氧化可行。
二、硫酸陽極氧化對(duì)鋁合金材質(zhì)的限制
1）合金元素的存在會(huì)使氧化膜質(zhì)量下降，同樣條件下，在純鋁上獲得的氧化膜最厚，硬度最高，抗蝕性最佳，均勻度最好。鋁合金材料，要想獲得好的氧化效果，要確保鋁的含量，通常情況下，以不低于95%為佳。
2）在合金中，銅會(huì)使氧化膜泛紅色，破壞電解液質(zhì)量，增加氧化缺陷；硅會(huì)使氧化膜變灰，特別是當(dāng)含量超過4.5%時(shí),影響更明顯；鐵因本身特點(diǎn)，在陽極氧化后會(huì)以黑色斑點(diǎn)的形式存在。
三、鋁合金基礎(chǔ)知識(shí)
工業(yè)中使用的鋁合金有兩大類，即變形鋁合金和鑄造鋁合金。
1） 變形鋁合金
不同牌號(hào)的變形鋁合金具有不同的成分、熱處理工藝和相應(yīng)的加工形態(tài)，因此它們分別具有不同的陽極氧化特性。按照鋁合金系，從強(qiáng)度最低1xxx系純鋁到強(qiáng)度最高7xxx系鋁鋅鎂合金。
1xxx系鋁合金又稱“純鋁”,一般不用于硬質(zhì)陽極氧化。但在光亮陽極氧化和保護(hù)性陽極氧化具有很好的特性。
2xxx系鋁合金又稱“鋁銅鎂合金”，由于合金中的Al-Cu金屬間化合物在陽極氧化時(shí)易溶解，因此難以生成致密的陽極氧化膜，在保護(hù)性陽極氧化時(shí)，其耐腐蝕性更差，因此此系列的鋁合金不易陽極氧化。
3xxx系鋁合金又稱“鋁錳合金”，不會(huì)使陽極氧化膜的耐腐蝕性下降，但是由于Al-Mn金屬間化合物質(zhì)點(diǎn)，會(huì)使陽極氧化膜呈現(xiàn)灰色或灰褐色。
4xxx系鋁合金又稱“鋁硅合金”，由于此合金含有硅成分，會(huì)使陽極氧化膜呈灰色，硅含量越高，顏色越深。因此也不易陽極氧化。
5xxx系鋁合金又稱“鋁美合金”，是一種用途較廣的鋁合金系，耐蝕性也好，可焊性也好。此系列鋁合金可以陽極氧化，如果鎂含量偏高時(shí)，其光亮度不夠。典型的鋁合金牌號(hào)：5052。
6xxx系鋁合金又稱“鋁鎂硅合金”，在工程應(yīng)用尤為重要，主要用于擠壓型材，此系列合金可以做陽極氧化，典型的牌號(hào)：6063，6463（主要適用于光亮陽極氧化）。強(qiáng)度高的6061和6082合金的陽極氧化膜不能超過10μm，否則會(huì)使陽極氧化膜呈現(xiàn)淺灰色或黃灰色，其耐腐蝕性也明顯低于6063和6463。
2）鑄造鋁合金
鑄造鋁合金和壓鑄件一般含有較高的硅含量，陽極氧化膜都是呈深色的，不可能得到無色透明的氧化膜，隨著硅含量的增加，陽極氧化膜的顏色從淺灰色到深灰色直至黑灰色。因此鑄造鋁合金不適合于陽極氧化。
常用壓鑄鋁合金的主要分類及成分構(gòu)成：
常用的壓鑄鋁合金，主要可以分為三大類；一是鋁硅合金，主要包含YL102（ADC1、A413.0等)、YL104（ADC3、A360）；二是鋁硅銅合金，主要包含YL112（A380、ADC10）、YL113（A383、ADC12）、YL117（B390、ADC14）；三是鋁鎂合金，主要包含302（5180、ADC5、ADC6）。
對(duì)于鋁硅合金、鋁硅銅合金，顧名思義，其成分除鋁之外，硅與銅是主要構(gòu)成；通常情況下，硅含量在6-12%之間，主要起到提高合金液流動(dòng)性的作用；銅含量僅次之，主要起到增強(qiáng)強(qiáng)度及拉伸力的作用；鐵含量通常在0.7-1.2%之間,在此比例之內(nèi),工件的脫模效果最佳；通過其成分構(gòu)成可以看出，此類合金是不可能氧化上色的，即使采用脫硅氧化，也難以達(dá)到理想效果。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(fā)暗、發(fā)灰，光澤性不好。
對(duì)于鋁鎂合金的氧化膜容易生成，膜的質(zhì)量也較佳，是可以氧化上色的，這是區(qū)別與其它合金的一個(gè)重要特點(diǎn)；但比較而言，也存在部分缺點(diǎn)。
1）陽極氧化膜具備雙重性，且孔隙較大、分布不均，難以達(dá)到最佳防腐效果；
2）鎂有產(chǎn)生硬化及脆性、降低伸長率、增大熱裂的傾向，如ADC5、ADC6等，在生產(chǎn)中，因其凝固范圍寬、收縮傾向大，經(jīng)常產(chǎn)生縮松和裂紋，鑄造性能極差，因此，在其使用范圍上有較大局限性，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的工件，根本不宜生產(chǎn)；
3）市場(chǎng)上常用的鋁鎂合金，因其成分復(fù)雜，鋁純度過低，硫酸陽極氧化時(shí)，難以產(chǎn)生透明防護(hù)膜，多呈乳白色，上色狀態(tài)也差，按正常工藝難以達(dá)到理想效果。
四、不同含量的鋁合金氧化后的顏色
如果從氧化后要求氧化膜無色透明來看，5和6系列的鋁合金是比較好的，并且也可以氧化后著色。如果只是要求能陽極氧化，形成一層致密的陽極氧化膜，對(duì)于顏色沒有要求的話，大部分鋁合金是可以氧化的。在選取氧化工藝前，應(yīng)對(duì)鋁或鋁合金材質(zhì)有所了解，因?yàn)?，材料質(zhì)量的優(yōu)劣、所含成份的不同，是會(huì)直接影響到鋁制品陽極氧化后的質(zhì)量的。比如，鋁材表面如有氣泡、劃痕、起皮、粗糙等缺陷，經(jīng)陽極氧化后，所有疵病依然會(huì)顯露出來。而合金成份，對(duì)陽極氧化后的表面外觀，也產(chǎn)生直接的影響。
前述已經(jīng)提到鋁合金中含有銅、硅、鐵等雜質(zhì)對(duì)氧化膜表面外觀的影響。其影響性能如下：銅會(huì)使氧化膜泛紅色，破壞電解液質(zhì)量，增加氧化缺陷；硅會(huì)使氧化膜變灰，特別是當(dāng)含量超過4.5%時(shí),影響更明顯；鐵因本身特點(diǎn)，在陽極氧化后會(huì)以黑色斑點(diǎn)的形式存在。
另外還有合金中其他雜質(zhì)成分對(duì)氧化膜外觀的影響：1～2%錳的鋁合金，氧化后呈棕藍(lán)色，隨鋁材中含錳量的增加，氧化后的表面色澤從棕藍(lán)色到深棕色轉(zhuǎn)化。含硅0.6～1.5%的鋁合金，氧化后呈灰色，含硅3～6%時(shí)，呈白灰色。含鋅的呈乳濁色，含鉻的呈金黃至灰色的不均勻色調(diào)，含鎳的呈淡黃色。一般而言，只有含鎂和含鈦量大于5%的鋁含金，經(jīng)氧化后可以得到無色透明且光亮、光潔的外觀。
另外需說明的是：有些型材外觀做出不同的顏色，這些顏色不是氧化上去的，而是鋁材經(jīng)過陽極氧化后，染色或者電解著色形成的。染色基本什么顏色都有，而電解著色就比較少了，可以做，黑色，古銅色，香檳色，金黃色，仿不銹鋼色。
五、鋁陽極氧化的預(yù)處理
鋁的表面處理是一系列機(jī)械和化學(xué)表面預(yù)處理工序于表面成膜處理工序的搭配和組合。鋁的表面預(yù)處理方法有機(jī)械法和化學(xué)（或電化學(xué)）法兩大類。機(jī)械法包括噴砂、刷光、掃紋和拋光處理等；化學(xué)法包括脫脂、堿洗、亞光處理等。鋁的表面成膜技術(shù)主要有陽極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化、電鍍與化學(xué)鍍和有機(jī)涂裝等?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化包括鉻化、磷鉻化、無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化，適合做有機(jī)聚合物涂裝的底層。
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