铝及其合金防护装饰阳极氧化各工艺参数的影响

铝及其合金防护装饰阳极氧化各工艺参数的影响
(1)硫酸。在一定的氧化时问内，氧化膜的厚度取决于氧化膜的溶解和生长速度的比率。通常随硫酸浓度增加氧化膜溶解速度增大，反之亦然。氧化开始时氧化膜的成长速度浓溶液比稀溶液快，但随氧化时间延长，浓溶液中膜的成长速度反而比稀溶液慢。
硫酸浓度偏高孔隙率增加，容易染色，一般防护一装饰氧化采用18％～20％的硫酸。由于浓度高时膜层的硬度、耐磨性、耐蚀性下降，带出损失多，故建筑铝型材阳极氧化采用l5％左右下限浓度。加有镍盐的电解液，可使用较高的电流密度，为保持膜层的高生长速度和溶液的导电性，故采用较高的硫酸。
(2)铝离子。新配槽时，必须要有lg／L以上的铝离子存在才能获得均匀的氧化膜，以后在生产中由于膜的溶解，铝离子会不断积累，铝离子的浓度影响电流密度、电压、耐蚀性和耐磨性。铝离子积累导致游离硫酸降低，导电性下降，当定电压生产时，电流密度则降低，造成膜厚度不足，透明性下降，甚至出现白斑等不均匀现象。对控制电流工作时，会引起电压升高，电耗增大。
若溶液无铝离子，膜层耐蚀、耐磨性差：Al3+1g／L～5g／L，耐蚀、耐磨性好；Al3+继续增加耐蚀、耐磨性明显下降。
一般铝离子控制在2g／L～12g／L范围内，极限浓度为20g／L，大于此值必须部分更新溶液，即抽出1／3的溶液补充去离子水和硫酸，旧氧化液可用于铝型材的脱脂工序。
(3)镍盐。在快速氧化液中加入8g／L～10g／L硫酸镍可提高氧化速度、扩大电流密度和温度的上限值，其作用机理不明。
(4)添加剂。交流氧化时加入添加剂可获得厚度均匀、不发黄、硬度较高的膜层，克服了常规交流氧化存在的厚度不能增加，膜层均匀性差、膜硬度低，外观发黄等缺点，膜层质量可与直流氧化媲美。
(5)草酸和甘油。加入二元酸和三元醇，可提高氧化膜硬度、耐磨和耐蚀性。一般认为它们可吸附于氧化膜上，形成一层使H+浓度大为降低的缓冲层，致使膜溶解速度降低，温度的上限值亦可提高。
(6)温度。氧化温度是一个影响膜层性质起主导作用的参数。温度升高溶液黏度降低，电流密度升高(电压恒定时)或电压降低(电流恒定时)有利于提高生产率和降低电耗，但却带来电解液对膜溶解的加剧，造成膜生成率、膜厚和硬性度降低，耐磨和耐蚀性下降。若同时电流密度也低则会出现粉状膜层，氧化温度高还会出现膜层透明度和染色性降低，着色不均匀。最优质的氧化膜是在20℃±l℃的温度下获得的，高于26℃膜质量明显降低，而低于l3℃氧化膜脆性增大。

阳极氧化是放热反应，膜的生成热很高，同时电解液内也产生焦耳热Q=12R，氧化时溶渡温度会不断升高，所以必须采用强制冷却法降低温度，每m3电解液需要用4180kJ／h的制冷量。
(7)电流密度。是阳极氧化的重要参数，提高电流密度，嗅生成速度加快，生产效率提高，孔隙率增加易于着色。但温度不能过高，否则温升加快，膜溶解加快，对复杂零件还会造成电流分布不均引起厚度和着色不均匀，严重还会烧蚀零件。在搅拌强，制冷好的前提下可采用电流密度上限值，以提高工作效率。但电流密度也不宜低于0．8A／dm2，否则质量降低。
(8)电源波形和电压的影响。铝阳极氧化可使用直流电源、脉冲电源、交流电源以及交直流叠加电源。
硫酸法一般用连续波直流电源，电流效率高，硬度高和耐蚀性好。当操作条件掌握不当时易出现“起粉”和“烧焦”等现象。采用不连续波直流电时(如单相半波)，由于周期内存在瞬间断电过程，创造了表面附近热量及时散失的条件(与脉冲电流类似)，降低了膜层溶解速度，因此可提高极限厚度、允许提高电流密度和温度的上限值，能避免“起粉”、“烧焦”和孔蚀现象，但是生产效率降低。
脉冲电源阳极氧化比直流电源阳极氧化膜层性能好，可全面提高氧化质量和氧化速度，还可避免“起粉”和“烧焦”等现象，可使用较高的电流密度，缩短氧化时间30％-节约电能7％。现在用于建筑铝型材阳极化的大功率的单向脉冲电源已问世，如日本的“慢”脉冲电源，意大利的“快”脉冲电源。国产5000A～10000A的脉冲电源已用于生产。

脉冲阳极化膜与直流阳极化膜的比较

交流电氧化是一种不用整流设备，将市电经变压器降压后直接可作电源，两极均可氧化。因此交流电氧化具有成本低、功效高、节能等一系列优点。由于存在负半周，所以获得的氧化膜孔壁薄、孔隙率高、质软、透明度高、染色性好，但硬度低、耐磨性差、膜层带黄色，难以获得l0μm以上的厚度。
往电解液中加入添加剂，可获得硬度高、耐蚀性好、无黄色的、较厚的氧化膜，既适用于Al—Si、A1—Cu系等难氧化的铝合金，又可适用于一般纯铝和建筑铝型材，因此是一种大有发展前途的氧化电源。
交直流叠加电源，常用于草酸阳极氧化。日本和德国应用较多。
电压与阻挡层厚度和电流密度有依赖关系。电压高阻挡层增厚，孔壁增厚，耐蚀和耐磨性提高，但孔隙率降低，着色性能下降。电压升高电流密度也高时，还容易造成氧化膜“烧焦”。电压升高电能耗损增大。电压也不能低于12V，否则硬度低，耐磨、耐蚀性差。一般装饰性氧化采用l2V～16V，铝型材采用18V一22V。
(9)搅拌。阳极氧化时产生的热量如积存在氧化膜表面附近的液层，会导致氧化膜溶解和综合性能下降，因此除冷却电解液外尚需搅拌电解液，使零件附近的热量迅速散失。搅拌可采用电解液体外循环，从表面吸入经热交换后再从槽底管子中喷入。也可从槽底吹入干燥的压缩空气，空气吹入量为12m3／h～36m3／h，空气压力取决于槽深度，槽深lm，压力为l．5kPa～5kPa，槽深3m为8kPa～15kPa。

(10)氧化时间。硫酸法氧化膜的厚度与氧化时间的关系取决于槽温和电流密度。通常防护一装蚀性氧化膜厚度，一般零件6μm～12μm，建筑铝型材要求l5μm±3μm，因此，氧化时间为20min～50min。氧化时间长，氧化厚度并不会按正比增加，还会降低膜层质量。
若采用电流密度为1A／dm2氧化，膜厚在6μm～14μm内，可按下列经验公式粗略计算膜层平均厚度。
膜厚(μm)=0．25×氧化时间(min)

成分和工艺参数对膜层综合性能的影响