金屬表面陽極化處理方法有哪些

1. 黑色陽極氧化工藝

陽極氧化工藝在金屬表面處理中占據重要地位，尤其在鋁及鋁合金的表面處理中更是如此。該工藝不僅能夠防止金屬腐蝕，還能提供防護和裝飾的雙重效果。01 陽極氧化
陽極氧化處理被譽為鋁合金錶面處理的「萬能」技術。在這個過程中，鋁或鋁合金製品作為陽極置於電解質溶液中，通過電解作用在其表面形成氧化鋁薄膜。這種薄膜不僅具有良好的力學性能和耐蝕性能，還具備耐磨性、耐候性，以及較強的吸附性能。此外，鋁製品經陽極氧化後還可以進行電解著色，顏色可以從淺到深，從而生產出多種顏色，滿足各種著色方法的需求，以獲得美觀的裝飾外表。
02 工藝性質
陽極氧化膜具有多孔的蜂窩狀結構，空隙率取決於電解液的類型和氧化的工藝條件。這種多孔結構使得膜層對各種有機物、樹脂、地蠟、無機物、染料及油漆等表現出良好的吸附能力，可作為塗鍍層的底層，也可將氧化膜染成各種不同的顏色，提高金屬的裝飾效果。
陽極氧化膜具有很高的硬度和耐磨性，可以提高金屬表面的耐磨性。當膜層吸附潤滑劑後，耐磨性進一步增強。此外，鋁氧化膜在大氣中很穩定，因此具有較好的耐蝕性，其耐蝕能力與膜層厚度、組成、空隙率、基體材料的成分以及結構的完整性有關。為提高膜的耐蝕能力，陽極氧化後的膜層通常再進行封閉或噴漆處理。
陽極氧化膜具有很高的絕緣電阻和擊穿電壓，可以用作電解電容器的電介質層或電器製品的絕緣層。同時，它也是一種良好的絕熱層，其穩定性可達1500℃，因此在瞬間高溫下工作的零件，由於氧化膜的存在，可防止鋁的熔化。此外，陽極氧化膜與基體金屬的結合力很強，很難用機械方法將它們分離，即使膜層隨基體彎曲直至破裂，膜層與基體金屬仍保持良好的結合。
03 形成機理
鋁及其合金的陽極氧化所用的電解液一般為中等溶解能力的酸性溶液，鉛作為陰極，僅起導電作用。在陽極氧化過程中，鋁在陽極發生氧化反應，而在陰極發生還原反應。同時，酸對鋁和生成的氧化膜進行化學溶解，其反應如下：
氧化膜的生成與溶解同時進行，氧化初期，膜的生成速度大於溶解速度，膜的厚度不斷增加；隨著厚度的增加，其電阻也增大，結果使膜的生長速度減慢，一直到與膜溶解速度相等時，膜的厚度才為一定值。此外，還可以通過陽極氧化的電正梁明壓一時間曲線來說明氧化膜的生成規律，整個陽極氧化電壓—時間曲線大致分為三段：第一段無孔層形成，第二段多孔層形成，第三段多孔層增厚。當膜的生成速度和溶解速度達到動態平衡時，即使氧化時間再延長，氧化膜的厚度也不會再增加，此時應停止陽極氧化過程。
04 工藝詳解
鋁及其合金陽極氧化的方法很多，這里主要介紹常用的硫酸陽極氧化、鉻酸陽極氧化和草酸陽極氧化。
1. 硫酸陽極氧化
在稀硫酸電解液中通以直流或交流電對鋁及其合金進行陽極氧化，可獲得5μm~20μm厚、吸附性較好的無色透明氧化膜。該法工藝簡單，溶液穩定，操作方便。
電解液的質量濃度、溫度、電流密度和時間都會影響氧化膜的質量。例如，硫酸的質量濃度高，膜的化學溶解速度加快，所生成的膜薄且軟，空隙多，吸附力強，染色性能好；降低硫酸的質量濃度，則氧化膜生長速度較快，而空隙率較低，硬度較高，耐磨性和反光性良好。
2. 鉻酸陽極氧化
經鉻酸陽極氧化得到的氧化膜厚度為2μm~5μm，空隙率低，膜層質軟，耐磨性較差。由於鋁的溶解少，形成氧化膜後，零件仍能保持原來的精度和表面粗糙度，故該工藝適用於精密零件。
3. 草酸陽極氧化
草酸陽極氧化得到的氧化膜硬度較高，膜較厚，可達60μm，耐蝕性好，具有良好的電絕緣性能。隨鋁中合金元素及含量的不同，膜層可得各種鮮艷的顏色，適用於建築裝飾用鋁型材。
草酸陽極氧化電解液對氯離子非常敏感，其質量濃度超過0.04g/L，膜層就會出現腐蝕斑點。三價鋁離子的質量濃度也不允許超過3g/L。
05 著色和封閉
鋁及其合金經陽極氧化處理後，在其表面生成了一層多孔氧化膜，經過著色和封閉處理後，可以獲得各種不同的顏色，並能提高膜層的耐蝕性、耐磨性。
1. 氧化膜的著色
無機顏料著色和有機染料著色是常見的著色方法。無機顏料著色色調不鮮艷，與基體結合力差，但耐曬較好；有機染料著色色澤鮮艷，顏色范圍廣，但耐曬性差。
2. 封閉處理
鋁及其合金經陽極氧化後，無論是否著色都需及時進行封閉處理，其目的是把染料固定在微孔中，防止滲出，同時提高膜的耐磨性、耐曬性、耐蝕性和絕緣性。
常見的封閉方法有熱水封閉法、水蒸汽封閉法、重鉻酸鹽封閉法、水解封閉法和填充封閉法。例如，熱水封閉法的原理是利用無定形Al2O3的水化作用，生成三水合氧化鋁，體積增大幾乎增大100%，從而封閉孔口。
06 產品應用
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2. 陽極氧化表面處理工藝

陽極氧化表面處理工藝：

金屬材料或製品經過表面陽極化處理後，其耐蝕性、硬度、耐磨性、絕緣性、耐熱性等均有大幅度提高。實施陽極化處理最多的金屬材料是鋁。

鋁的陽極氧化一般在酸性電解液中進行，以鋁為陽極。在電解過程中，氧的陰離子與鋁作用產生氧化膜。這種膜初形成時不夠細密，雖有一定電阻，但電解液中的負氧離子仍能到達鋁表面繼續形成氧化膜。隨著膜厚度增大，電阻也變大，從而電解電流變小。

這時，與電解液接觸的外層氧化膜發生化學溶解。當鋁表面形成氧化物的速度逐漸與化學溶解的速度平衡時，這一氧化膜便可達到這一電解參數下的最大厚度。

鋁的陽極氧化膜外層多孔，容易吸附染料和有色物質，因而可進行染色，提高其裝飾性。氧化膜再經熱水、高溫水蒸氣或鎳鹽封閉處理後，還能進一步提高其耐蝕性和耐磨性。

3. 鎂合金為什麼要進行表面處理 鎂合金錶面處理工藝有哪幾種

一、鎂合金為什麼要進行表面處理

鎂合金擁有低密度、高強度、鑄造性佳、加工性好、導電性和導熱性優良等特點，應用范圍廣泛。鎂合金在成型後，通常需要進行表面處理。

由於鎂合金的電位較低，耐腐蝕性較差，容易在潮濕、含硫或海洋環境中發生嚴重的電化學腐蝕，因此必須通過表面處理提高其耐腐蝕性、耐磨性、可焊性及裝飾性。

二、鎂合金錶面處理工藝有哪幾種

鎂合金錶面處理工藝種類繁多，大致可以分為三類。

1、陽極氧化處理

（1）氟化物陽極氧化

在120伏電壓下，將鎂合金在25%的氟化銨槽中進行交流陽極氧化處理，去除表面雜質並形成一層珍珠般的MgF2膜。由於該膜與有機物結合較差，通常需要在沸騰的鉻酸中去除。

（2）電解陽極氧化

通過電解陽極氧化處理，可以在鎂合金錶面形成一種堅硬且類似陶瓷的塗層，這種塗層除了具有防腐蝕性能外，還具有一定的耐磨性。形成的膜為多孔狀，在封閉前無實際作用，但可以通過浸入熱的稀重鉻酸鈉和氟化銨溶液中，隨後排水並乾燥來使其密封。較好的方法是使用高溫固化環氧樹脂進行浸漬。封閉後的陽極氧化膜具有極高的抗蝕和耐磨能力。多孔膜可作為塗層的理想底層。陽極氧化膜未經封閉處理，不具備防護作用，需進行封閉處理。

2、等離子微弧陽極氧化處理

等離子微弧陽極氧化是陽極氧化技術的一種發展，使用比普通陽極氧化更高的電壓。微弧氧化是在電解質水溶液中將Al、Ti、Ta等金屬或其合金置於其中，通過電化學方法使材料表面產生火花放電斑點，在熱化學、等離子體化學和電化學共同作用下生成陶瓷膜層的陽極氧化方法。等離子微弧陽極氧化在陽極區產生等離子微弧放電，火花存在時間約為1至2秒，火花放電使陽極表面局部溫度升高，使微區溫度超過1000℃。從而在金屬表面形成陶瓷質的陽極氧化膜，顯著提高了陽極氧化膜的硬度和緻密性。火花產生的原因是外加電壓大於已沉積層的擊穿電壓。氧化膜厚度隨電流密度和處理時間的增加而增加，一般膜厚度在2.5至30微米之間。等離子體微弧陽極氧化膜的耐蝕性和抗磨性高於普通陽極氧化膜。

3、金屬塗層處理

鎂合金還可以通過金屬塗層進行保護，金屬塗層可以通過電鍍、化學鍍或熱噴塗方法獲得。電鍍層可選用Cu或Ni-Cr-Cu層。化學鍍膜通常使用化學鍍Ni-P合金。

金屬塗層通常採用化學鍍鎳磷層。化學鍍鎳磷鍍層厚度均勻，硬度高，耐磨性好，具有良好的耐蝕性和可焊性，且易於拋光。鎂合金化學鍍鎳有兩種工藝：

（1）除油→電解除油→浸蝕→活化→浸鋅→氰化預鍍銅→浸稀酸→化學鍍鎳→後處理→烘烤。

（2）除油→電解除油→浸蝕→弱浸蝕→浸氫氟酸→化學鍍鎳→後處理→烘烤。

工藝（1）需要經過打底處理，成本較高且操作復雜。工藝（2）簡單直接，易於操作且成本較低。工藝（1）中的預鍍銅是為了提高鍍層與基體的結合力。這是因為銅和鎳的晶格常數接近，在兩種晶格匹配時晶格的畸變較小，應力較小，可以提高結合力。但也有人認為其結合力不如工藝（2）高。

鍍後零件在88至100℃的鉻酸或重鉻酸鈉溶液中浸泡10分鍾，有助於改善耐蝕性。而在200℃烘烤1小時則有益於提高結合強度。