一、铝及其合金的特性

1.密度低的

铝的密度约为2.7g/cm3，是金属结构材料中仅次于镁的第二轻金属，仅为铁或铜的三分之一。

2.高塑性

铝及其合金具有良好的延展性，可以通过压制、轧制或拉拔制成各种形状、板、箔、管和线。

3.容易强化

纯铝强度不高，但通过合金化和热处理容易强化。高强度铝合金的强度可与合金钢媲美。

4.良好的导电性

铝的导电性和导热性仅次于银、金和铜。如果铜的相对电导率是100，那么铝是64，铁只有16。根据等质量金属的电导率，铝几乎是铜的两倍。

5.耐蚀性

并且铝表面在自然条件下会产生保护性氧化物，比钢具有更好的耐腐蚀性。

6.易于回收

铝的熔化温度低，约为660℃，废料易再生，回收率极高，回收能耗仅为冶炼的3%。

7.可焊的

铝合金可以通过惰性气体保护法进行焊接。焊接后具有良好的力学性能、良好的耐腐蚀性能和美观的外观，满足结构材料的要求。

8.易于表面处理

铝可以通过阳极氧化着色，具有高硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀性和电绝缘性。化学预处理也可用于进一步改善铝的装饰性和保护性。

二、铝的表面机械预处理

1.机械预处理的目的

提供良好的表观条件，提高表面光洁度；

提高产品档次；

减少焊接的影响；

产生装饰效果；

获得干净的表面。

2.机械预处理的常用方法

常用的机械预处理方法包括抛光、喷砂、刷涂和滚压。具体的预处理取决于产品类型、生产方法、初始表面状态和最终精整水平。

3.机械抛光的原理和作用

高速抛光轮与工件摩擦产生的高温是金属表面的塑性变形，使金属表面的凸凹点变得光滑，同时金属表面在周围大气的氧化作用下瞬间产生的极薄氧化膜被反复磨掉，变得越来越亮。主要用于去除工件表面的毛刺、划痕、腐蚀斑、砂眼、气孔等表面缺陷。同时进一步去除工件表面的细微不平整，使其具有更高的光泽，直至达到镜面效果。

4.喷砂的原理和作用

清洁压缩空气体用于在铝制品表面喷射干砂流或其他磨粒，以去除表面缺陷并呈现无光泽表面。主要功能:去除工件表面的毛刺、铸造渣等缺陷和污垢；提高合金的机械性能；达到均匀的表面消光效果。

5.刷牙的原理和作用

刷洗是去除毛刺、污垢等。通过抛光轮的旋转从产品表面去除。铝合金拉丝就是把产品拉出来，主要目的是起到装饰作用。

6.轧制的原理和作用

滚压是将工件放入装有磨料和化学溶液的滚筒中，借助滚筒的转动，使工件与磨料、工件与工件相互摩擦，达到抛光效果。

三.铝的化学预处理

1.化学预处理的定义和作用

用化学溶液或溶剂对铝表面进行预处理，可以有效去除原铝表面的油渍、污染物和天然氧化膜，使铝获得干净、均匀的润湿表面。

2.化学预处理常用工艺流程

常用的化学预处理方法有脱脂、碱洗、除灰、氟砂表面处理和水洗。根据被处理铝材的用途和表面质量的要求，可以采用不同的化学预处理工艺。

3.脱脂的原理和作用

在酸性脱脂溶液中，油会发生水解反应，生成甘油和相应的高级脂肪酸。在少量润湿剂和乳化剂的帮助下，油将更容易溶解，脱脂效果将得到改善。经过脱脂处理后，可以去除铝表面的油脂和灰尘，使后续的碱性清洗更加均匀。

4.碱洗的原理和作用

将铝材放入以氢氧化钠为主要成分的强碱性溶液中进行蚀刻反应，进一步去除表面污垢，彻底去除铝表面的天然氧化膜，露出纯金属基体进行后续阳极氧化处理。

5.除灰原理及作用

碱性清洗后，产品表面往往会附着一层不溶于碱性清洗槽液及其碱性清洗产品的金属化合物，为一层灰褐色或灰黑色的灰。除灰的目的是去除这一层不溶于碱液的灰，以防止后续阳极氧化过程中对槽液的污染。

6.氟化物砂表面处理的原理和作用

氟砂表面处理是一种酸蚀工艺，利用氟离子在铝表面产生高度均匀和高密度的点蚀。目的是消除产品表面的挤压痕迹，生成光滑的表面。但由于氟砂表面处理工艺对环境污染严重，目前尚未推广使用。

四.铝的(电)化学抛光和化学转化

1.化学抛光或电化学抛光的作用

抛光是一种先进的精加工处理方法，可以去除铝制品表面轻微的模具痕迹和划痕条纹，以及机械抛光中可能形成的摩擦条纹、热变形层和氧化膜，使粗糙的表面趋于光滑，从而获得近似镜面亮度的表面，提高铝制品的装饰效果。

2.化学抛光的原理

通过控制铝表面的选择性溶解，使铝表面的微凸起部分相对于凹陷部分优先溶解，从而达到表面光滑光亮的目的。电化学抛光的原理是尖端放电，和其他化学抛光类似。

3.化学转化的作用

化学转化主要用于保护铝及其合金免受腐蚀。它可以直接作为涂层使用，也可以作为有机聚合物的底层使用，既解决了涂层与铝的附着力，又提高了有机聚合物涂层的耐腐蚀性。

4.化学转化原理

铝金属表面与化学处理液中的化学氧化剂反应形成化学转化膜的化学处理过程。常见的化学转化可分为化学氧化处理、铬酸盐处理、磷铬酸盐处理和无铬化学转化。

5.化学转化概论

在沸水中可以在铝上获得致密的保护性化学氧化膜。这种方法被称为化学氧化处理，但由于成膜速度和性能，它没有大规模生产。铬酸盐处理形成的渗铬膜是目前耐蚀性最好的铝化学转化膜。它不仅常用于喷涂的底层，也可直接用作铝合金的最终涂层。然而，它的缺点是严重的环境污染。磷铬酸盐处理可满足喷涂底层，三价铬无毒，目前在3C产品中广泛使用。无铬化学转化目前工业生产主要采用含钛或(和)锆的氟络合物的无铬处理，需要严格的化学预处理，无铬膜无色透明，因此无法用肉眼判断化学转化的实际效果，因此更依赖于可靠的工艺和对工艺的严格控制。综上所述，磷铬酸盐处理是3C产品最常用的化学转化。

动词 （verb的缩写）铝合金阳极氧化

1.阳极氧化的定义

阳极氧化是一种电解氧化，通常将铝合金表面转化为氧化膜，具有保护、装饰等功能。

2.阳极氧化膜的分类

氧化膜可分为两类:阻挡氧化膜和多孔氧化膜。阻挡氧化膜是靠近金属表面的致密、无孔的薄氧化膜，根据施加的电压，其厚度通常小于0.1um。多孔氧化膜由阻挡层和多孔层组成。阻挡层的厚度与施加的电压有关，多孔层的厚度取决于通过的电流。多孔氧化膜是最常用的一种。

3.阳极氧化膜的特性

A.氧化膜的结构为多孔蜂窝结，膜的多孔性使其具有良好的吸附能力，可作为涂层的底层或染色，以提高金属的装饰效果。

B.氧化膜的硬度很高，阳极氧化膜的硬度很高，约为196-490 HV，因为高硬度决定了氧化膜优异的耐磨性。

C.氧化膜的耐蚀性，氧化铝膜在空气体和土壤中非常稳定，与基材的结合力也很强。一般氧化后会染色密封或喷涂，进一步增强其耐腐蚀性。

D.氧化膜的结合力，氧化膜与基底金属的结合力很强，很难机械分离。即使膜层随金属弯曲，膜层仍与基底金属保持良好的结合，但氧化膜的塑性小，脆性大。当膜层受到较大的冲击载荷和弯曲变形时，就会开裂，因此这种氧化膜不易在机械作用下使用，可以作为漆层的底层。

E.氧化膜绝缘，铝阳极氧化膜具有高阻抗和低热导率，热稳定性高达1500度，热导率为0.419 W/(MK)-1.26 W/(MK)。可用作电解电容器的介质层或电器产品的绝缘层。

不及物动词铝合金氧化膜的形成过程

1.阳极氧化的第一阶段

在无孔层ab部分的形成阶段，电压在关断时间(几秒到几十秒)期间急剧增加，达到临界电压(最大电压)，表明此时在阳极表面上形成了连续的无孔薄膜层。无孔层的电阻很大，这阻碍了膜的进一步增厚。无孔层的厚度与形成电压成正比，氧化膜在电解液中的溶解速率成反比。厚度约为0.01至0.1微米。

2.阳极氧化的第二阶段

在多孔层形成阶段，bc段会先从膜最薄处的空孔中溶解出来，电解液可以通过这些空孔到达铝的新鲜表面，使电化学反应继续进行，电阻降低，电压随之下降(下降范围为最高值的10-15%)，膜上出现多孔层。

3.阳极氧化的第三阶段

多孔层变厚，cd段，然后电压平稳缓慢上升，然后无孔层不断溶解到多孔层中，新的无孔层友不断生长，使多孔层不断变厚。当生成速率和溶解速率达到动态平衡时，膜厚不再增加，这时反应应该停止。

七、铝合金阳极氧化工艺

1.阳极氧化的一般过程

常用的铝合金阳极氧化工艺包括硫酸阳极氧化工艺、铬酸阳极氧化工艺、草酸阳极氧化工艺和磷酸阳极氧化工艺。最常用的方法是硫酸阳极氧化。

2.硫酸阳极氧化

目前，国内外广泛使用的阳极氧化工艺是硫酸阳极氧化。与其他方法相比，它在生产成本、氧化膜的特性和性能、成本低、膜的透明度好、耐腐蚀性和耐摩擦性好、易着色等方面具有很大的优势。它采用稀硫酸作为电解液对产品进行阳极氧化，膜厚可达5um—20um。该薄膜吸附性好，无色透明，工艺简单，操作方便。

3.铬酸阳极氧化

铬酸阳极氧化得到的膜很薄，只有2-5 μm，可以保持工件原有的精度和表面粗糙度。低孔隙率不易染色，无需封孔即可使用；薄膜柔软，耐磨性差但弹性好；耐腐蚀性强，铬对铝的溶解度小，使针孔和缝隙中的残留液体对部件的腐蚀性较小，适用于铸件等结构件。这个过程在军事上被广泛使用。同时可以检查零件的质量，褐色电解液会在裂纹处流出，很明显。

4.草酸阳极氧化

草酸铝氧化膜溶解度小，所以氧化膜孔隙率低，耐磨性和电绝缘性优于硫酸膜。但草酸的氧化成本比硫酸高3~5倍。同时，草酸会在阴极和阳极发生反应，导致电解液稳定性差。草酸氧化膜的颜色容易随工艺条件而变化，导致产品色差，因此该工艺的应用受到一定限制。但草酸可以作为硫酸氧化添加剂。

5.磷酸阳极氧化

氧化膜在磷酸电解液中的溶解比硫酸多，所以氧化膜很薄(只有3um)，孔径很大。磷酸膜具有很强的防水性能，可以防止胶粘剂因水化而老化，使胶粘剂的粘接力更好，因此主要用于印刷金属板的表面处理和铝工件粘接的预处理。

八、铝合金的硬质阳极氧化

1.硬氧化膜的特性

与普通氧化膜相比，铝合金硬质阳极氧化具有氧化膜厚(一般不小于25um)、硬度高(大于350HV)、耐磨性好、低空间隙比、击穿电压高等特点，而表面平整度可能稍差。

2.硬质阳极氧化的工艺特点

硬质阳极氧化和普通阳极氧化在原理、设备、工艺和检测上没有本质区别。硬氧化试图降低氧化膜的溶解度，其主要特点是:

A.镀液温度相对较低(一般在20度左右，硬度小于5度)，低温形成的氧化膜硬度一般较高。

B.低浓度的镀液(普通硫酸浓度为20%，硬的小于15%)，低浓度对膜的溶解度小。

C.向浴溶液中加入有机酸，向硫酸中加入草酸或酒石酸。

D.高外加电压和电流(公共电流1.5A/dm2，电压低于18V，硬电流2~5A/dm2，电压高于25V)。高达100伏)

E.施加的电压应该逐渐增加。由于其电压高、电流大、加工时间长，消耗大量能量。同时，硬氧化常采用脉冲电源或特殊波形电源。

3.铸造铝合金的硬质阳极氧化

为了改善铸造铝合金的性能，通常需要进行硬质阳极氧化。铸造铝合金常用铝硅合金和铝铜合金。铝硅合金因其优异的铸造性能和耐磨性而被广泛应用于结构构件和零件中，有时还会加入铜和镁来提高机械性能和耐热性。铜系列也是一种常见的铸造合金，主要用于动静态载荷大、形状不复杂的砂型铸件。铸造含非金属元素的铝合金，需要改善电解液和电源的波形。一般可以在电解液中加入一些金属盐或有机酸、硫酸-草酸-酒石酸溶液和硫酸-干性油溶液。电源形式一般改为交流/DC叠加、不对称电流、脉冲电流等。，其中脉冲效果更好。电铸坯氧化前，荸荠应磨圆，去除毛刺，防止电流集中。

九、铝合金微弧氧化

1.微弧氧化技术的原理:

微弧氧化又称微等离子体表面陶瓷化技术，是指在普通阳极氧化的基础上，通过电弧放电增强和活化阳极上的反应，从而在铝、钛、镁金属及其合金制成的工件表面形成高质量的强化陶瓷膜的方法。通过专用的微弧氧化电源对工件施加电压，工件表面的金属与电解液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的影响下，金属表面

2.微弧氧化的特性

A.材料表面硬度大幅提高(HV > 1200)，超过了高碳钢、高合金钢、高速工具钢热处理后的硬度；

B.耐磨性好；

C.耐热性和耐腐蚀性好(CASS盐雾试验> > 480h)，从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用上的缺点，因此该技术具有广阔的应用前景；

D.绝缘性能好，绝缘电阻可达100M。

E.工艺稳定可靠，设备简单，反应在常温下进行，操作方便易掌握。

f、陶瓷膜在基体上原位生长，结合牢固，陶瓷膜致密均匀。

3.微弧氧化的应用

微弧氧化是一种新型的铝合金表面处理技术。它结合了氧化铝的陶瓷性能和铝合金的金属性能，使铝合金表面具有更好的物理化学性能。但是由于技术和经济的原因，目前在国内并没有得到广泛的应用。然而，由于氧化膜的特殊性质，它可以应用于许多领域，包括航空空汽车发动机、石油化工、纺织工业和电子工业等。

4.微弧氧化的不足

微弧氧化会引起火花放电和火花腐蚀，使产品表面粗糙。使用时，应将粗糙层磨掉，造成浪费。能耗比普通氧化高5倍。

铝合金氧化膜的电解着色

1.铝合金氧化膜常见着色工艺；

常用的铝合金着色工艺大致可分为三类:

A.整体着色法:包括自然着色和电解着色。自然着色是指由于加入的成分(硅、铁、锰等)氧化而使氧化膜着色。)在铝合金阳极氧化过程中。电解着色是指由于电解液成分和电解条件的变化而引起的氧化膜着色。

B.染色法:以原生氧化膜为基础，用无机颜料或有机染料染色的氧化膜。

C.电解着色法:以一次氧化膜为基础，在含有金属盐的溶液中用DC或交流电解着色。电解着色的耐候性、耐光性和使用寿命优于染色法，成本远低于整体着色法。目前广发应用于建筑铝型材着色。国内外工业化的电解着色槽液基本都是镍盐和锡盐(包括锡镍混合盐)溶液，颜色一般由浅到深为青铜色。

2.电解着色原理

多孔阳极氧化膜规则可控的微孔，极细的金属和/或氧化物颗粒通过电解着色沉积在微孔底部，由于光散射效应可以获得不同的颜色。颜色的深度与沉积颗粒的数量有关，即与着色时间和施加的电压有关。一般来说，电解着色的颜色从香槟色、浅青铜色到深青铜色再到黑色都差不多，色相也不完全相同，这与沉淀颗粒的大小分布有关。目前电解着色只有青铜色、黑色、金黄色和枣红色。

3.电解着色的应用

锡盐和锡镍混合盐是中国、欧洲和美洲的主要着色方法。该盐为SnSO4，通过电解还原在阳极氧化微孔中沉淀sn2+而着色。但是Sn2+稳定性差，容易氧化成Sn4+而没有着色能力，所以锡盐着色的关键是镀液的组成，锡盐的稳定性是这个过程的关键。锡盐对杂质不敏感，着色均匀性好，水污染小。Ni电解着色在日本比较常见，常用于浅色系(仿不锈钢色和浅香槟色)。着色速度快，槽液稳定性好，但对杂质敏感。目前除杂设备成熟，但需要一次性投入较大。

XI。铝合金氧化膜的染色

1.铝合金氧化膜染色的定义

染色法是将刚氧化后的铝合金清洗干净，立即浸入含染料的溶液中，由于染料的吸附，氧化膜的孔隙被染成各种颜色。该工艺上色快，色泽鲜艳，操作简单，但染色后需要密封。

2.氧化膜的染色要求

A.铝在硫酸溶液中的氧化膜无色多孔，最适合染色。草酸膜本身为黄色，只能染成深色，铬酸膜孔隙率低，膜本身为灰色，只能染成深色。

B.氧化膜必须有一定的厚度，最低要求大于7um，较薄的氧化膜只能染成很浅的颜色。

C.氧化膜要有一定的孔隙率和吸附性，所以硬氧化膜和铬酸常规氧化膜都不适合染色。

d .氧化膜应完整均匀，不应有划痕、砂眼、点蚀等缺陷。

E.薄膜本身颜色合适，金相组织没有差异，如晶粒大小不同或偏析严重。

3.氧化膜的染色机理

A.有机染料的染色机理:根据物质的吸附理论，分为物理吸附和化学吸附；物理吸附是指利用静电力吸附分子或离子；化学力吸附(共价键、氢键、螯合键等)。)称为化学吸附。物理吸附预期低温，高温易脱附；化学吸附是在一定温度下进行的，一般认为染色时两种吸附是同时进行的，主要是化学吸附，所以是在中温下进行的。

B.无机染料的染色机理:通常在常温下，将工件先浸入一种无机盐溶液中，再按一定顺序浸入另一种无机盐溶液中，使这些无机物在膜的孔隙中发生化学反应，生成不溶于水的有色化合物，氧化膜的孔隙被填充和封闭(有些情况下可以省略封孔过程)。无机染料的颜色范围有限，颜色不够鲜艳，但耐温耐晒性极好。