摘要：本文介紹了鋁的化學(xué)氧化的常用辦法、電化學(xué)氧化、硫酸陽極氧化，鉻酸陽極氧化，草酸陽極氧化。同時(shí)也介紹氧化膜的染色處理，鋅及其合金的氧化，磷化。
關(guān)鍵字：鋁，鋅，氧化，磷化
1 前言
鋁是活潑的金屬，在空氣中易發(fā)生氧化，在表面形成一層致密的薄膜，且有一定的防護(hù)作用，因而在大氣中鋁的耐蝕性優(yōu)于鋼鐵。但純鋁的抗拉強(qiáng)度較低，鋁中加入鎂、鋅、銅等元素后，抗拉強(qiáng)度提高，而耐蝕性卻下降。因此，常用各種方法使鋁表面生成一層具有一定厚度和良好的耐蝕性的保護(hù)膜，并常加涂裝保護(hù)，以適應(yīng)不同的使用要求。
鋁及其合金氧化處理分為化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化兩大類。
1.1化學(xué)氧化
鋁及其合金化學(xué)氧化所生成的氧化膜較薄，通常厚度約為0.5-4μm，且膜層較軟，不耐磨，耐腐蝕性能低于電化學(xué)氧化膜。但化學(xué)氧化膜的吸附能力較強(qiáng)，是涂料涂裝的良好底層。
用化學(xué)法氧化，設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)率高，成本低，不受工件尺寸和形狀的限制，適應(yīng)范圍廣。工件氧化后再經(jīng)涂裝，能有效地提高耐蝕性。
化學(xué)氧化按處理溶液的性質(zhì)可分為堿性氧化溶液和酸性氧化溶液兩種。按所生成的膜層的性質(zhì)又可分為氧化膜，磷酸鹽膜，鉻酸鹽膜和鉻酸-磷酸鹽膜等?；瘜W(xué)氧化溶液的配方和工藝條件見表1-1
1.2 化學(xué)氧化常用方法
1.2.1 磷酸-鉻酸鹽法
磷酸-鉻酸鹽法又稱阿羅丁氧化法，用此法生成的氧化膜厚度約3~4μm，為無色到帶彩虹的藍(lán)色，與基體結(jié)合牢固，比堿液氧化膜致密，較耐磨，工件經(jīng)處理后尺寸無明顯變化。其溶液配方及工藝條件見表1-1的序號1。
組分名稱 | 序號 | ||
1 | 2 | 3 | |
含量（g/L） | |||
磷化 鉻酐 氟化氫銨 氟化鈉 磷酸氫二銨 硼酸 氫氧化鈉 重鉻酸鈉 操作條件 PH 溫度（℃） | 50-60 20-25 3-3.5 2-3.5 1-1. 2 1.5-2.2 30-40 | 3.5-6 0.6 3-3.5 1.5-3 30-40 | 60×10-6 3×10-6 80 |
磷酸-鉻酸鹽法成膜包括三個(gè)過程：鋁的溶解；氧化膜的生成；磷酸鹽膜的成長。當(dāng)鋁件浸入溶液時(shí)，首先發(fā)生鋁的溶解，由于溶液中存大氟離子，它與AL3+形成鉻離子，使鋁的溶解繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)，被溶解的鋁的新鮮表面，受鉻酸作用而鈍化，表面很快生成致密的薄膜，阻滯了鋁的繼續(xù)溶解，而磷酸鹽則在氧化膜上沉積。影響膜層質(zhì)量的主要因素有：
（1）鉻酐 在溶液中作為氧化劑，溶液若不含鉻酐，腐蝕性加強(qiáng)，難于成膜，但含量過高又會使膜層質(zhì)量變差，宜控制在20-25g/L。
（2）磷酸 是成膜的主要組分，含量低于50mL/L和高于80mL/L時(shí)，形成的膜層都較薄，耐腐蝕性能較低。
（3）氟化氫銨 是活化劑，促進(jìn)膜的生成和致密。含量低于1.5g/L時(shí)，溶液不能成膜，含量達(dá)到3g/L時(shí)，溶液能生成耐蝕性最好的膜層。含量過高時(shí)，生成的膜層疏松。
（4）硼酸 用于控制溶液的氧化反應(yīng)速度和改善膜層的致密性。
（5）溫度 溫度對膜層質(zhì)量有重要的影響，在溶液組成正常的條件下，操作溫度有決定作用，低于20℃時(shí)，形成的膜薄，耐腐蝕能力差，而高于40℃時(shí)，形成的膜疏松。
（6）時(shí)間 氧化所需時(shí)間與溶液的氧化能力和操作溫度有關(guān)。新配溶液氧化能力較強(qiáng)，且操作溫度較高時(shí)，氧化所需時(shí)間較短，否則需適當(dāng)延長氧化時(shí)間。
（7）封閉處理 磷化膜是多孔隙的，為提高其抗蝕能力，需進(jìn)行封閉處理。
可用含K2Cr2O740-55g/L的水溶液作封閉處理劑，在90-98℃下處理10min，用熱水沖洗干凈后，在≤70℃下烘干。
1.2.2 鉻酸鹽氧化法
此法與阿羅丁法相似，但形成的膜層較薄，厚約0.5μm。溶液配方及工藝條件見表1-1的序號2。此法一般在室溫下使用，處理時(shí)間為10s到6min之間。氧化膜的顏色因合金成分和氧化時(shí)間不同而異，由無色透明到彩虹黃色和深棕色。當(dāng)膜層與空氣接觸時(shí)，六價(jià)鉻將從膜內(nèi)滲出，對金屬裸露的部位起保護(hù)作用。
1.2.3 低濃度氟化物處理
低濃度氟化物處理獲得的膜層很薄，可作為涂裝的底層，其溶液的配方及工藝條件見表1-1的序號3。
2 電化學(xué)氧化（陽極氧化）
鋁及其合金的電化學(xué)氧化，是在電解液中，鋁制品作為陽極，在外加電流的作用下，形成氧化膜，因而通常稱為陽極氧化。陽極氧化按溶液性質(zhì)及膜層性質(zhì)可分為硫酸、鉻酸、草酸、硬質(zhì)及瓷質(zhì)陽極氧化。
2.1 陽極氧化成膜機(jī)理
在酸性溶液中，鋁陽極在外電流作用下氧化時(shí)，同時(shí)發(fā)生兩個(gè)過程：氧化膜的生成和氧化膜的溶解。只有當(dāng)成膜的速度超過膜溶解的速度時(shí)，鋁表面才有氧化膜的實(shí)際存在。其反應(yīng)如下：
槽液通電后，水首先被電解
H2O H+ + OH-
2OH-在陽極放電H2O+2e+[O]
因而在陽極上生成新生態(tài)氧。由于氧原子具有很強(qiáng)的活性，極易與鋁發(fā)生反應(yīng)，在鋁件表面上生成三氧化二鋁膜層
2AL+3[O] AL2O3
(氧化膜生成)
在氧化膜形成的同時(shí)，由于溶液中酸（如硫酸）的作用，膜又不斷地被溶解
AL2O3+3H2SO4 AL2(SO4)3+3H2O
三氧化二鋁是不導(dǎo)電的，氧化膜的形成后本會使鋁表面與溶液絕緣，導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)停止，但由于化學(xué)溶解作用，使氧化膜具有許多微孔，電解液可以滲入到鋁基體表面，因而，使氧化膜的形成與溶解反應(yīng)不斷地進(jìn)行。
2.2 陽極氧化膜的性質(zhì)
（1）極氧化膜為二層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層是純度較高的三氧化二鋁，致密的薄的玻璃狀膜，厚度約0.01~0.05μm,硬度較高；外層是含水的三氧化二鋁（AL2O3. H2O）膜。
（2）氧化膜與基體結(jié)合牢固，因?yàn)檠趸な怯苫w金屬生成的，與基體金屬結(jié)成為一個(gè)整體。
（3）氧化膜孔隙多，孔隙呈錐形毛細(xì)管狀，孔徑自內(nèi)向外變大。因而，它具有很好的吸附能力，易染成各種顏色，加強(qiáng)裝飾作用；與涂料結(jié)合強(qiáng)，適于作涂裝底層；為提高耐蝕性能，應(yīng)進(jìn)行封孔處理。
（4）氧化膜是絕緣體，當(dāng)膜厚1μm時(shí)，擊穿電壓為25V；純鋁氧化膜的電阻率為109Ω/cm2。
（5）氧化膜耐熱性能優(yōu)良，耐熱可高達(dá)1500℃，其熱導(dǎo)率比金屬低。
（6）氧化處理后，工件的尺寸稍有增大，因?yàn)槿趸X的體積比鋁的體積大。
2.3 硫酸陽極氧化
硫酸陽極氧化的特點(diǎn)如下：
（1）鋁及其合金硫酸陽極氧化所形成的膜為無色，厚度約5-20μm，硬度高，吸附能力強(qiáng)，易于染色。經(jīng)封閉處理后，具有較高的抗蝕能力。
（2）溶液成分簡單、穩(wěn)定，允許雜質(zhì)含量范圍較寬，處理工藝簡單，操作方便。
（3）除不適用于松孔度較大的鑄件、點(diǎn)焊件或鉚件外，其他所有的鋁合金件都適用。
2.4 鉻酸陽極氧化
（1）鉻酸陽極氧化生成的氧化膜較薄，一般厚度約2-5μm，能保持工件原有的精度和表面粗糙度。適用于尺寸容差小，表面粗糙度要求高的工件以及一些鑄件、鉚接件、點(diǎn)焊件的氧化處理。
（2）鉻酸陽極氧化膜層質(zhì)軟，彈性好，顏色由灰白到深灰，膜層不透明，與有機(jī)物結(jié)合良好，是涂裝的良好底層，還廣泛用于橡膠粘結(jié)件等。
（3）鉻酸陽極氧化在溶液的成本、電力消耗、環(huán)保要求等方面都比硫酸陽極氧化高，而膜層的耐磨性則比硫酸陽極氧化膜低，且不適用于含銅量高于4%的鋁合金工件的氧化處理。