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4.3 铝及其合金的氧化处理 铝及铝合金的氧化处理的方法主要有两类：①化学氧化，氧化膜较薄，厚度约为0.5～4微米，且多孔，质软，具有良好的吸附性，可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和抗蚀性能均不如阳极氧化膜。 ②电化学氧化，氧化膜厚度约为5～20微米（硬质阳极氧化膜厚度可达60～200微米），有较高硬度，良好的耐热和绝缘性，抗蚀能力高于化学氧化膜，多孔，有很好的吸附能力。 4.3.2铝和铝合金的阳极氧化（电化学氧化处理） 铝是比较活泼的金属，标准电位-1.66V，在空气中能自然形成一层厚度约为0.01～0.1微米的氧化膜，这层氧化膜是非晶态的，薄而多孔，耐蚀性差。但是，若将铝及其合金置于适当的电解液中，以铝制品为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜，这种方法称为阳极氧化。 通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度约为几十至几百微米的阳极氧化膜，其耐蚀性，耐磨性和装饰性等都有明显改善和提高。 1.氧化膜的形成与生长 Al及铝合金的阳极氧化所用的电解液一般为中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极，仅起导电作用。铝及其合金进行阳极氧化时，在阳极发生下列反应： ??????? H2O－2e --- O ＋ 2H+ ????????2Al＋3O --- Al2O3 在阴极发生下列反应： ????????2H+ ＋2e --- H2 同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应为： ?2Al ＋ 6H+ --- 2Al3+ ＋3H2 ????????Al2O3 ＋ 6H+ --- 2AL3+ ＋ 3H2O 氧化膜的生长过程就是氧化膜不断生成和不断溶解的过程。 图4－1?阳极氧化特性曲线与氧化膜生长过程示意图 2.铝及铝合金的阳极氧化工艺 铝及其铝合金阳极氧化的方法很多，常用的有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、硬质阳极氧化和瓷质阳极氧化。 1硫酸阳极氧化：在稀硫酸电解液中通以直流和交流电对铝及其合金进行阳极氧化处理，可获得5～20微米厚，吸附性较好的无色透明氧化膜。 膜厚可用下式计算出来: H=0.4WTI÷F (um) F:面积，dm2； I:总电流，A； T:时间，min； W:阳极效率，平均为0.65。 硫酸阳极氧化工艺简单，溶液稳定，操作方便，允许杂质含量范围较宽，电能消耗少，成本低，且几乎可以适用于铝及各种铝合金的加工，所以在国内已得到了广泛的应用。 硫酸阳极氧化的配方及工艺条件 影响氧化膜质量的因素主要有： ①硫酸浓度：通常采用15％～20％。浓度升高，膜的溶解速度加大，膜的生长速度降低，膜的孔隙率高，吸附力强，富有弹性，染色性好（易于染深色），但硬度，耐磨性略差；而降低硫酸浓度，则氧化膜生长速度加快，膜的孔隙少，硬度高，耐磨性好。 所以，用于防护，装饰及纯装饰加工时，多使用允许浓度的上限，即20%浓度的硫酸做电解液。 ②电解液温度：电解液温度对氧化膜质量影响很大。温度升高，膜的溶解速度加大，膜厚降低。当温度为22～30℃时，所得到的膜是柔软的，吸附能力好，但耐磨性相当差；当温度大于30℃时，膜就变得疏松且不均匀，有时甚至不连续，且硬度低，因而失去使用价值；当温度在10～20℃之间时，所生成的氧化膜多孔，吸附能力强，并富有弹性，适宜染色，但膜的硬度低，耐磨性差；当温度低于10℃，氧化膜的厚度增大，硬度高，耐磨性好，但孔隙率较低。因此，生产时必须严格控制电解液的温度。要制取厚而硬的氧化膜时，必须降低操作温度，在氧化过程中采用压缩空气搅拌和比较低的温度，通常在零度左右进行硬质氧化。 ③电流密度：在一定限度内，电流密度升高，膜生长速度升高，氧化时间缩短，生成膜的孔隙多，易于着色，且硬度和耐磨性升高；电流密度过高，则会因焦耳热的影响，使零件表面过热和局部溶液温度升高，膜的溶解速度升高，且有烧毁零件的可能；电流密度过低，则膜生长速度缓慢，但生成的膜较致密，硬度和耐磨性降低。 ④氧化时间：氧化时间的选择，取决于电解液浓度，温度，阳极电流密度和所需要的膜厚。相同条件下，当电流密度恒定时，膜的生长速度与氧化时间成正比；但当膜生长到一定厚度时，由于膜电阻升高，影响导电能力，而且由于温升，膜的溶解速度增大，所以膜的生长速度会逐渐降低，到最后不再增加。 ⑤ 电解液中的杂质：在铝阳极氧化所用电解液中可能存在的杂质有Clˉ、Fˉ、NO3ˉ、Cu2＋、Al3+、Fe2+等。其中 Clˉ、Fˉ、NO3ˉ使膜的孔隙率增加，表面粗糙和疏松。若其含量超过极限值,甚至会使制件发生腐蚀穿孔（Clˉ应小于0.05g/L,Fˉ应小于0.01g/L）；当电解液中Al3+