陽極氧化處理是指金屬材料在電解質(zhì)溶液中，通過外施陽極電流使其表面形成氧化膜的一種材料保護技術(shù)，又稱陽極化處理。

為了克服金屬表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴大應(yīng)用范圍，延長使用壽命，表面處理技術(shù)成為了金屬使用中不可或缺的一環(huán)，而陽極氧化技術(shù)則是目前應(yīng)用較廣且最成功的一個。

所謂陽極氧化，就是將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度，保護金屬表面等。例如鋁陽極氧化，是將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下進行電解。陽極的鋁或其合金氧化，表面上形成氧化薄層，其厚度為5-20微米，硬質(zhì)陽極氧化膜可達60-200微米。

陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，具有良好的耐熱性。硬質(zhì)陽極氧化膜熔點高達2320K，具有優(yōu)良的絕緣性，耐擊穿電壓高達2000V，增強了抗腐蝕性能，在ω=0.03NaCl(表示溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)，通常用一個百分數(shù)來表示)鹽霧中經(jīng)幾干小時不腐蝕。

氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發(fā)動機汽缸或其他耐磨零件;膜微孔吸附能力強，可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金(如鋁、鎂及其臺金等)都可進行陽極氧化處理，廣泛用于機械零件，飛機汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。

在現(xiàn)實工藝中，針對鋁合金的陽極氧化比較多，可以應(yīng)用在日常生活中，以這種工藝的特性，使鋁件表面產(chǎn)生堅硬的保護層，可用于生產(chǎn)廚具等日用品。但是，鑄造鋁的陽極氧化效果不好，表面不光亮，只能是黑色，而鋁合金型材則要好一點。

鋁合金陽極氧化是一種氧化膜的生長與溶解的動態(tài)平衡過程，陽極氧化時要盡量促使氧化膜的生長速率大于表面膜層的溶解速率。

鋁合金陽極氧化技術(shù)按電流形式可分為直流電陽極氧化、交流電陽極氧化以及脈沖電流陽極氧化。按膜層性質(zhì)可分為普通膜、硬質(zhì)膜、瓷質(zhì)膜、光亮修飾層及半導(dǎo)體作用的阻擋層等。按電解液可分為硫酸、鉻酸、草酸及混合酸等為電解液的主要成分的自然著色陽極氧化。

1、硫酸溶液陽極氧化

普通硫酸陽極氧化可獲得0.5~20.0μm吸附性較好的膜層，適用于一般防護或作為油漆涂層的粘結(jié)底層;硫酸陽極氧化膜多孔，空隙率約為35%;吸附能力強，易于染色，被廣泛用于裝飾目的。硫酸陽極氧化膜具有較高的耐蝕性但對基體材料的疲勞性能影響較大，并且不適用于點焊件、鉚接組合件以及容易滯留電解液的零件。

2、鉻酸溶液陽極氧化

鋁合金鉻酸氧化膜比硫酸氧化膜要薄得多，通常只有2-5μm，顏色由灰白色到深灰色，一般不能染色，能保持原來零件的精度和表面粗糙度。膜層質(zhì)軟、彈陛高，不會明顯降低基體的疲勞強度，但耐磨性不如硫酸陽極氧化膜。

鉻酸氧化膜致密，呈樹狀分支結(jié)構(gòu)，氧化后不經(jīng)封閉處理即可使用，與涂層的附著性好，在同樣厚度情況下它的耐蝕能力要比不封閉的硫酸氧化膜高。因鉻酸對銅的溶解度較大，所以銅質(zhì)量分數(shù)大于4%的鋁合金一般不適用鉻酸陽極氧化。

鉻酸陽極氧化，無論溶液成本或是電能消耗都比硫酸陽極氧化貴，并且會造成環(huán)境污染，即使采取環(huán)保措施，也會提高工藝的成本。因此，使用受到一定的限制。

3、硼酸-硫酸溶液陽極氧化

硼酸-硫酸陽極氧化膜層除了具有鉻酸陽極化膜層的優(yōu)點以外，還具有良好的遮蓋能力、槽液成分濃度低、不含Cr(Ⅵ)、槽液處理方便、對環(huán)境污染小和節(jié)約能源等優(yōu)點，被稱為“環(huán)保型”表面處理方法。

硼酸-硫酸陽極氧化膜層較薄，膜層應(yīng)力較小，不像硫酸陽極氧化那樣易產(chǎn)生裂紋，且與鉻酸陽極氧化一樣，氧化膜具有高彈性，結(jié)構(gòu)致密。

4、草酸溶液陽極氧化

鋁合金草酸陽極氧化可獲得8~20μm的氧化膜，草酸硬質(zhì)陽極氧化早期在日本和德國使用較多，由于草酸對鋁合金及其氧化膜的溶解能力較弱，所以得到的膜層較厚、硬度較高、耐磨性和耐蝕性都比較好，并且具有良好的電絕緣性和防護性能。

常規(guī)草酸陽極氧化工藝極易電擊穿而出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，合格率低，而且溶液對氯離子敏感，所需外加電壓較高、能耗較高，因此，生產(chǎn)成本比硫酸陽極氧化高3～5倍，另外，草酸在陰極上容易被還原為羥基乙酸，在陽極上被氧化成二氧化碳，電解液穩(wěn)定性也較差，草酸氧化膜的色澤也容易隨工藝條件變化而變化，使產(chǎn)品產(chǎn)生色差，在應(yīng)用上受到了一定限制。

5、磷酸溶液陽極氧化

鋁合金磷酸陽極化方法最先為美國波音公司所研究并采用。磷酸陽極化處理工藝是弱酸性陽極化處理方法，與鉻酸或硫酸陽極化方法相比，具有環(huán)境友好、毒性小、成本低及工藝參數(shù)易控制等優(yōu)點。

磷酸陽極氧化形成的膜層孔徑比較大，便于填充潤滑物質(zhì)等功能材料。但是，磷酸氧化膜與硫酸膜和草酸膜相比，氧化膜的厚較小，一般只有幾個微米，在應(yīng)用上受到了一定限制。

6、混合酸陽極氧化

混合酸陽極氧化是以硫酸、草酸等為基礎(chǔ)液，添加各種不同有機酸及無機鹽，混合酸陽極氧化可以提高陽極氧化的溫度范圍及氧化效率，提高膜層硬度及耐磨性能，但是，電解液成分復(fù)雜、成本通常比硫酸氧化法高，因此，混合酸陽極氧化的應(yīng)用也在一定程度上受到限制。

在鋁合金陽極氧化實際生產(chǎn)中，由于預(yù)處理工藝、陽極氧化工藝及膜層封閉處理等因素的影響，有時會造成陽極氧化膜的耐蝕性能達不到用戶規(guī)定的要求，試片鹽霧試驗不合格現(xiàn)象，會直接影響生產(chǎn)的正常進行。

因此，為克服典型鋁合金陽極氧化技術(shù)存在的問題和不足，提高陽極氧化膜性能，滿足高效節(jié)能生產(chǎn)需求，國內(nèi)外研究者主要從前處理工藝、陽極氧化工藝及膜層封閉處理等方面進行了廣泛的研究。

1、前處理工藝

前處理的目的是去除試樣表面的氧化膜及油污，為陽極氧化處理準備潔凈、平整和活化的表面。前處理工藝是獲得良好氧化膜的基本保證。

選擇前處理工藝需要考慮零件的加工情況、合金成分、污染程度及產(chǎn)品的要求等，此外還應(yīng)關(guān)注溫度、時間和前處理材料種類等操作因素的影響。通常鋁合金氧化前處理主要包括脫脂(除油)、堿蝕、出光和水洗等過程。其中，比較關(guān)鍵且最容易出問題的是堿蝕步驟，該工序能去除鋁合金表面氧化物及其它污物，不僅對鋁合金表面有清潔作用，而且有活化作用。

堿蝕過程中的溫度、時間應(yīng)嚴格控制，溫度偏低會使鋁材表面產(chǎn)生腐蝕不均勻現(xiàn)象，溫度偏高會使鋁材表面產(chǎn)生過度腐蝕現(xiàn)象;槽液表面油污需及時清理，檢驗時應(yīng)確認水膜連續(xù)保證零件表面油污去除干凈。

水洗部分主要是去除由前三步帶入的大量雜質(zhì)離子，保證工件表面的清潔度，提高氧化膜層的質(zhì)量，避免雜質(zhì)離子污染槽液，延長槽液使用時間。

2、陽極氧化工藝

鋁合金陽極氧化主要是指鋁合金在相應(yīng)的電解液和特定的工藝條件下，由于外加電流的作用下，在鋁制品上形成一層氧化膜的過程。由此可知，在陽極氧化工藝部分影響陽極氧化膜性能的因素主要有電解液及添加劑，電源類型及優(yōu)化設(shè)計，特定的工藝條件。

以硫酸溶液為主要槽液的硫酸陽極氧化工藝具有成本低、成分簡單、工藝穩(wěn)定、操作方便及適用性廣的特點。但是，由于槽液組成單一、濃度偏高，對膜層溶解度偏大，需要低溫環(huán)境和能耗較高等問題較為突出。以鉻酸為主要槽液組成的鉻酸陽極氧化工藝制備的陽極氧化膜具有膜層薄、耐腐蝕性好及油漆附著力優(yōu)異等特點，但是鉻酸對環(huán)境污染大，不利于環(huán)境保護。

在膜層生成過程中，會產(chǎn)生反應(yīng)熱和焦耳熱，當熱量達到一定程度，出現(xiàn)火花現(xiàn)象，導(dǎo)致膜層電流集中處發(fā)生”燒蝕”，影響質(zhì)量，因此，需要進行攪拌和增加散熱來提高陽極氧化效率以及改善膜層性能。目前國內(nèi)外攪拌和散熱的措施較多，主要有高速泵加速循環(huán)槽液、壓縮空氣攪拌或槽液高速射流攪拌散熱等方式。

在電源類型及優(yōu)化設(shè)計方面，直流電源只需要裝置直流發(fā)電機或整流器，將工作電流設(shè)定為恒定值，而氧化電壓隨時間而變化，其應(yīng)用較廣。

硫酸陽極氧化雖然不會造成污染，但對材料疲勞性能的影響是人們一直關(guān)注的問題。鉻酸陽極氧化具有膜層致密、孔隙率低，陽極氧化后零件的尺寸變化較小，不會損害材料的疲勞強度，膜層的電絕緣性較好，防止鋁和其他金屬接觸時發(fā)生電偶腐蝕等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。但是鉻酸陽極氧化會造成環(huán)境污染，及時采用環(huán)保措施，也會提高工藝的成本。

為此，采用波音標準BAC5632的可代替鉻酸陽極氧化的硼酸一硫酸陽極氧化工藝。實踐證明，硫酸一硼酸陽極氧化膜層除了具有鉻酸陽極化膜層的優(yōu)點外，還具有良好的吸附能力，容易染上各種顏色，以及良好的遮蓋能力，可保持零件的高精度和低表面粗糙度等特性。

3、膜層封閉處理

目前常見的膜層封閉處理方法有熱水、蒸汽、重鉻酸鹽、無機鹽和有機物等封閉，但普遍存在著諸如毒性大、能耗高、效率低或成膜質(zhì)量差等問題，因此開發(fā)無污染且工藝穩(wěn)定、能耗低的綠色封閉工藝具有極大的應(yīng)用價值。綠色封閉工藝主要有微波封孔、無鎳中溫封孔、稀土鹽封孔、外加電壓封孔和雙向脈沖封閉工藝等。