金属表面阳极化处理方法有哪些

1. 黑色阳极氧化工艺

阳极氧化工艺在金属表面处理中占据重要地位，尤其在铝及铝合金的表面处理中更是如此。该工艺不仅能够防止金属腐蚀，还能提供防护和装饰的双重效果。01 阳极氧化
阳极氧化处理被誉为铝合金表面处理的“万能”技术。在这个过程中，铝或铝合金制品作为阳极置于电解质溶液中，通过电解作用在其表面形成氧化铝薄膜。这种薄膜不仅具有良好的力学性能和耐蚀性能，还具备耐磨性、耐候性，以及较强的吸附性能。此外，铝制品经阳极氧化后还可以进行电解着色，颜色可以从浅到深，从而生产出多种颜色，满足各种着色方法的需求，以获得美观的装饰外表。
02 工艺性质
阳极氧化膜具有多孔的蜂窝状结构，空隙率取决于电解液的类型和氧化的工艺条件。这种多孔结构使得膜层对各种有机物、树脂、地蜡、无机物、染料及油漆等表现出良好的吸附能力，可作为涂镀层的底层，也可将氧化膜染成各种不同的颜色，提高金属的装饰效果。
阳极氧化膜具有很高的硬度和耐磨性，可以提高金属表面的耐磨性。当膜层吸附润滑剂后，耐磨性进一步增强。此外，铝氧化膜在大气中很稳定，因此具有较好的耐蚀性，其耐蚀能力与膜层厚度、组成、空隙率、基体材料的成分以及结构的完整性有关。为提高膜的耐蚀能力，阳极氧化后的膜层通常再进行封闭或喷漆处理。
阳极氧化膜具有很高的绝缘电阻和击穿电压，可以用作电解电容器的电介质层或电器制品的绝缘层。同时，它也是一种良好的绝热层，其稳定性可达1500℃，因此在瞬间高温下工作的零件，由于氧化膜的存在，可防止铝的熔化。此外，阳极氧化膜与基体金属的结合力很强，很难用机械方法将它们分离，即使膜层随基体弯曲直至破裂，膜层与基体金属仍保持良好的结合。
03 形成机理
铝及其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。在阳极氧化过程中，铝在阳极发生氧化反应，而在阴极发生还原反应。同时，酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应如下：
氧化膜的生成与溶解同时进行，氧化初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜的厚度不断增加；随着厚度的增加，其电阻也增大，结果使膜的生长速度减慢，一直到与膜溶解速度相等时，膜的厚度才为一定值。此外，还可以通过阳极氧化的电正梁明压一时间曲线来说明氧化膜的生成规律，整个阳极氧化电压—时间曲线大致分为三段：第一段无孔层形成，第二段多孔层形成，第三段多孔层增厚。当膜的生成速度和溶解速度达到动态平衡时，即使氧化时间再延长，氧化膜的厚度也不会再增加，此时应停止阳极氧化过程。
04 工艺详解
铝及其合金阳极氧化的方法很多，这里主要介绍常用的硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化和草酸阳极氧化。
1. 硫酸阳极氧化
在稀硫酸电解液中通以直流或交流电对铝及其合金进行阳极氧化，可获得5μm~20μm厚、吸附性较好的无色透明氧化膜。该法工艺简单，溶液稳定，操作方便。
电解液的质量浓度、温度、电流密度和时间都会影响氧化膜的质量。例如，硫酸的质量浓度高，膜的化学溶解速度加快，所生成的膜薄且软，空隙多，吸附力强，染色性能好；降低硫酸的质量浓度，则氧化膜生长速度较快，而空隙率较低，硬度较高，耐磨性和反光性良好。
2. 铬酸阳极氧化
经铬酸阳极氧化得到的氧化膜厚度为2μm~5μm，空隙率低，膜层质软，耐磨性较差。由于铝的溶解少，形成氧化膜后，零件仍能保持原来的精度和表面粗糙度，故该工艺适用于精密零件。
3. 草酸阳极氧化
草酸阳极氧化得到的氧化膜硬度较高，膜较厚，可达60μm，耐蚀性好，具有良好的电绝缘性能。随铝中合金元素及含量的不同，膜层可得各种鲜艳的颜色，适用于建筑装饰用铝型材。
草酸阳极氧化电解液对氯离子非常敏感，其质量浓度超过0.04g/L，膜层就会出现腐蚀斑点。三价铝离子的质量浓度也不允许超过3g/L。
05 着色和封闭
铝及其合金经阳极氧化处理后，在其表面生成了一层多孔氧化膜，经过着色和封闭处理后，可以获得各种不同的颜色，并能提高膜层的耐蚀性、耐磨性。
1. 氧化膜的着色
无机颜料着色和有机染料着色是常见的着色方法。无机颜料着色色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒较好；有机染料着色色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。
2. 封闭处理
铝及其合金经阳极氧化后，无论是否着色都需及时进行封闭处理，其目的是把染料固定在微孔中，防止渗出，同时提高膜的耐磨性、耐晒性、耐蚀性和绝缘性。
常见的封闭方法有热水封闭法、水蒸汽封闭法、重铬酸盐封闭法、水解封闭法和填充封闭法。例如，热水封闭法的原理是利用无定形Al2O3的水化作用，生成三水合氧化铝，体积增大几乎增大100%，从而封闭孔口。
06 产品应用
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2. 阳极氧化表面处理工艺

阳极氧化表面处理工艺：

金属材料或制品经过表面阳极化处理后，其耐蚀性、硬度、耐磨性、绝缘性、耐热性等均有大幅度提高。实施阳极化处理最多的金属材料是铝。

铝的阳极氧化一般在酸性电解液中进行，以铝为阳极。在电解过程中，氧的阴离子与铝作用产生氧化膜。这种膜初形成时不够细密，虽有一定电阻，但电解液中的负氧离子仍能到达铝表面继续形成氧化膜。随着膜厚度增大，电阻也变大，从而电解电流变小。

这时，与电解液接触的外层氧化膜发生化学溶解。当铝表面形成氧化物的速度逐渐与化学溶解的速度平衡时，这一氧化膜便可达到这一电解参数下的最大厚度。

铝的阳极氧化膜外层多孔，容易吸附染料和有色物质，因而可进行染色，提高其装饰性。氧化膜再经热水、高温水蒸气或镍盐封闭处理后，还能进一步提高其耐蚀性和耐磨性。

3. 镁合金为什么要进行表面处理 镁合金表面处理工艺有哪几种

一、镁合金为什么要进行表面处理

镁合金拥有低密度、高强度、铸造性佳、加工性好、导电性和导热性优良等特点，应用范围广泛。镁合金在成型后，通常需要进行表面处理。

由于镁合金的电位较低，耐腐蚀性较差，容易在潮湿、含硫或海洋环境中发生严重的电化学腐蚀，因此必须通过表面处理提高其耐腐蚀性、耐磨性、可焊性及装饰性。

二、镁合金表面处理工艺有哪几种

镁合金表面处理工艺种类繁多，大致可以分为三类。

1、阳极氧化处理

（1）氟化物阳极氧化

在120伏电压下，将镁合金在25%的氟化铵槽中进行交流阳极氧化处理，去除表面杂质并形成一层珍珠般的MgF2膜。由于该膜与有机物结合较差，通常需要在沸腾的铬酸中去除。

（2）电解阳极氧化

通过电解阳极氧化处理，可以在镁合金表面形成一种坚硬且类似陶瓷的涂层，这种涂层除了具有防腐蚀性能外，还具有一定的耐磨性。形成的膜为多孔状，在封闭前无实际作用，但可以通过浸入热的稀重铬酸钠和氟化铵溶液中，随后排水并干燥来使其密封。较好的方法是使用高温固化环氧树脂进行浸渍。封闭后的阳极氧化膜具有极高的抗蚀和耐磨能力。多孔膜可作为涂层的理想底层。阳极氧化膜未经封闭处理，不具备防护作用，需进行封闭处理。

2、等离子微弧阳极氧化处理

等离子微弧阳极氧化是阳极氧化技术的一种发展，使用比普通阳极氧化更高的电压。微弧氧化是在电解质水溶液中将Al、Ti、Ta等金属或其合金置于其中，通过电化学方法使材料表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下生成陶瓷膜层的阳极氧化方法。等离子微弧阳极氧化在阳极区产生等离子微弧放电，火花存在时间约为1至2秒，火花放电使阳极表面局部温度升高，使微区温度超过1000℃。从而在金属表面形成陶瓷质的阳极氧化膜，显着提高了阳极氧化膜的硬度和致密性。火花产生的原因是外加电压大于已沉积层的击穿电压。氧化膜厚度随电流密度和处理时间的增加而增加，一般膜厚度在2.5至30微米之间。等离子体微弧阳极氧化膜的耐蚀性和抗磨性高于普通阳极氧化膜。

3、金属涂层处理

镁合金还可以通过金属涂层进行保护，金属涂层可以通过电镀、化学镀或热喷涂方法获得。电镀层可选用Cu或Ni-Cr-Cu层。化学镀膜通常使用化学镀Ni-P合金。

金属涂层通常采用化学镀镍磷层。化学镀镍磷镀层厚度均匀，硬度高，耐磨性好，具有良好的耐蚀性和可焊性，且易于抛光。镁合金化学镀镍有两种工艺：

（1）除油→电解除油→浸蚀→活化→浸锌→氰化预镀铜→浸稀酸→化学镀镍→后处理→烘烤。

（2）除油→电解除油→浸蚀→弱浸蚀→浸氢氟酸→化学镀镍→后处理→烘烤。

工艺（1）需要经过打底处理，成本较高且操作复杂。工艺（2）简单直接，易于操作且成本较低。工艺（1）中的预镀铜是为了提高镀层与基体的结合力。这是因为铜和镍的晶格常数接近，在两种晶格匹配时晶格的畸变较小，应力较小，可以提高结合力。但也有人认为其结合力不如工艺（2）高。

镀后零件在88至100℃的铬酸或重铬酸钠溶液中浸泡10分钟，有助于改善耐蚀性。而在200℃烘烤1小时则有益于提高结合强度。