阳极氧化生产线基本工艺原理及添加剂使用方法讲义
第一部分 基本工艺原理
1． 铝及铝合金的基本知识 1.1 铝的物理性质
原子序数 13 原子量 27 密度 2.7g/cm 熔点 660℃ 沸点 2060℃ 1.2 铝的化学性质
铝是一种化学活度很大的金属，在自然条件下，铝表面会生成一层致密的自然氧化膜，使之不容易被腐蚀。自然氧化膜的厚度为0.001～0.003μm。一般说来，自然氧化膜在pH值=5～8的水溶液里是稳定的。 1.3 铝合金
挤压生产中使用的铝合金通常为Al-Mg-Si合金，常用的Al-Mg-Si合金有以下几种： 6063合金——铝型材挤压中使用最广泛的铝合金，适用于建筑铝门窗型材。 6061合金——强度高，适用于自行车车圈材料的生产。 6463合金——光亮度好，适用于装饰材料。
铝合金表面在热处理过程中形成的高温氧化膜是自然氧化膜的十几倍。 2．预处理 2.1 机械法预处理
机械法预处理法的种类及效果见表1。
表1 机械法预处理法的种类及效果
类 型 抛光法 喷砂法 拉丝法 加工方法 使用研磨剂、布轮 使用不锈钢砂 使用钢刷 效 果 镜面效果 砂面效果 线状花纹 3
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2.2 化学法预处理 2.2.1 脱脂处理
脱脂处理也称作除油处理，目的是除去制品表面的油脂及其他污物。用单纯硫酸除油，并非真正要去除油脂，而是浸润表面，以保证在碱洗工序中，制品表面能够腐蚀均匀。
脱脂处理常使用硫酸法。其工艺参数为： 硫酸浓度 5%～25% 温度 室温 时间 3～5min 2.2.2 蚀洗处理
蚀洗处理也称碱洗处理，目的是进一步除掉制品表面的自然氧化膜使基体金属表面裸露出来。蚀洗处理还有整平表面和使表面产生砂面的作用。其工艺参数为：
浓度 添加剂：15～30g/L；氢氧化钠：35～70g/L 温度 40～65℃ 时间 1～25min
添加剂的作用是使型材表面浸蚀均匀，防止槽液结垢。 基本反应：
Al2O3 + 2NaOH —→ 2NaAlO2 + H2O
2Al + 2NaOH + 2H2O —→ 2NaAlO2 + 3H2↑ 2.2.3 酸洗处理
酸洗的目的是除掉腐蚀后残留在型材表面的黑色腐蚀产物，以获得光亮的金属表面，同时兼有中和碱液的作用。
附着在型材表面的黑色蚀产物是铝合金中的硅、镁、铁、铜之类的杂质或金属组元在铝上沉积所形成的。
常用酸洗法有：
硝酸法：浓度：100～500g/L；温度：室温；时间：1～5min。适用于任何铝合金。 硫酸法：浓度：100～800g/L；温度：室温；时间：3～6min。仅适用于6063合金。 上述两种方法中，硝酸的效果更好一些，有时两种酸可以混用。 2.2.4 化学抛光
化学抛光有三酸抛光和两酸抛光。 3．阳极氧化处理
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3.1 基本机理
铝阳极氧化的实质就是水的电解（见图1 ），即电解液通电后在电流的作用下发生水解。 图1 阳极氧化处理机理示意图 阳极： 4OH- - 4e —→ 2H2O + O2↑ 阴极： 2H+ +2e —→ H2↑
2Al3++3O2- —→ Al2O3 + 热量 Al2O3 +3H2SO4 —→ Al2(SO4)3 + 3H2O
在上述反应中，由于溶解和成膜同时发生，因而在铝型材表面形成针孔。针孔数目为： 76×109/cm3。图2为氧化膜结构示意图；图3为氧化膜的显微照片；图4为乌德模型。
图2 氧化膜结构示意图
图3 氧化膜的显微照片 图4 乌德模型 3.2 工艺参数
H2SO4浓度 150～200g/L（最佳为160～180g/L）
H2SO4浓度降低时会使维持一定电流密度所需的槽液电压升高， 孔隙率减少，染色稍差，但硬度和耐蚀性提高； H2SO4浓度升 高时的影响与降低时相反。 温度 （20±2）℃
温度低时，透明性降低，着色性能降低； 温度高时，氧化 膜起粉，此时需要进行冷却和循环搅拌。 Al3+的浓度 5～20g/L
大于20g/L时形成胶态粒子，出现白点、白斑或粉霜。 电流密度 100～200A/m2（最佳为120～135A/m2） 氧化时间与膜厚
σ =K·i·t 其中：
σ —— 膜厚/μm i —— 电流密度/A·dm-2 t —— 氧化时间/min
K —— 系数，与电流效率及成膜密度有关，系数范围：0.25～0.34 4．电解着色
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4.1 着色机理
通过电解把金属盐溶液中的金属离子沉积在阳极氧化膜的针孔底部。 4.2 工艺参数（以锡镍混盐为例）
浓度 硫酸：15～20g/L；硫酸镍：18～22g/L；硫酸亚锡：8～12g/L； BY-C11B(固体)：15～20g/L 电压： 15～20V 温度 （20±5）℃ pH值 0.8～1.0
着色时间 1～15min(预浸30～60s) 说明：
1）添加剂的作用是：提高着色的速度、均匀性和防止硫酸亚锡水解。
2）硫酸的作用是：防止锡盐水解和提高电导。硫酸浓度偏低时，产品光泽性好，但亚锡稳定性下降；硫酸浓度太高时，着色速度极光泽度下降。 3）电流与电压 20～80 A/m2（电流密度）
电压为15～18V时着色速度最快。从理论上讲，着色电压不可高于氧化电压，否则易出现膜剥落现象，这是因为电流密度大时，造成析氢剧烈所致。电压升压时需缓慢进行(每3秒钟升压一伏，但有的浅色产品需要直接升压)，否则易产生着色不均匀。浅色系列的产品在生产时应注意：氧化膜最好控制在12μm，偏差越小越好。槽液的工艺参数波动范围越小越好，上料面积要精确计算。 5．封孔
多孔型阳极氧化膜的封孔工序是保证铝合金制品耐蚀性、耐候性、耐磨性，从而获得持久的使用性能的关键工序。
常用方法有：常温封孔、中温封孔及电泳涂漆。 5.1 常温封孔的工艺参数
浓度 Ni2+浓度：0.8～1.3g/L；F-浓度：0.3～0.7g/L 温度 25～35℃
速度 0.7～1.2μm/min pH值 5.5～7.0 说明：
1）[Ni2+]低时不易封孔，[Ni2+]高时，带出量大造成浪费。
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2）[F-]低时封不上孔，高时起粉。Ca3+、Mg2+、Al3+的引进都会消耗F-，需补加。 3）温度低时封孔速度慢，温度高时起粉。
4）pH值低时封不上孔，pH值高则会发生Ni2+沉淀。 5.2 中温封孔工艺参数
Ni2+浓度 0.8～1.3g/L pH值 5.5～6.4 温度 45～55℃ 时间 15～20min
特点： 1）不易挂灰 2）不含F-
3）适合厚膜（冷封孔厚膜易裂） 4）封孔质量高于冷封孔 6．水洗
水洗是氧化生产中非常重要的环节，此环节若出现问题，将严重影响产品质量，甚至生产出不合格产品。 6.1 脱脂后的水洗
脱脂后要经过两道水洗，目的是清洗掉型材表面的污物和残留的脱脂液，以免污染碱蚀槽。
6.2 碱蚀后的水洗
碱蚀后也要经过两道水洗，目的是清洁型材表面和清除残留的碱蚀液，碱蚀后若不清洗，不仅会污染中和槽，而且结垢后所形成的腐蚀痕即便是返工也无法将其去除。 6.3 氧化后的水洗
氧化后要进行两道水洗：
第一道水洗的pH值 1.5～2.5 第二道水洗的pH值 3.5～5.0 6.4 着色后的水洗
着色后需经两道水洗。
第一道水洗的pH值 1.5～2.5 第二道水洗的pH值 3.5～5.0。
着色时，一般情况下前后四个水洗槽的pH值要相对稳定，开启一定量的溢流水，尽量避
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