鋁是比較年輕的金屬，有“20世紀的金屬”之稱。在全世界它的年產量僅次于鋼鐵，在金屬材料中名列第二。鋁和鋁合金之所以得到廣泛應用在于它有許多特點。

    鋁的比重是2.702，與銅（比重8.9）和鐵（比重7.9）比較，約為它們的1/3.其制品重量輕，可用于汽車、飛機、鐵路車輛、船舶、高層建筑等方面。

    純鋁強度低，但在鋁中加入少量的銅、鎂、錳，鋅、硅等元素后形成鋁合金，顯微硬度可達400～600kg/mm2，特殊情況下可達1200～15Ookg/mm2，強度比碳鋼好，可與特殊鋼媲美。

    鋁及其合金在空氣中，會在表面自然生成一層極薄的厚達0.01～0.05μm的氧化膜。這層自然氧化膜雖然能阻止它們繼續遭到大氣腐蝕，但此膜疏松多孔，當遇到工業性氣體時，抗蝕性能大大下降。不過，如經電解氧化加工，使其表面生成硬而致密的氧化膜層，那末，很多物質就對它不產生腐蝕作用，適合在工業地區和沿海地區使用。

    因鋁的延展性極其優良，所以易于加工成型，經人工氧化染色后，可以得到各種美麗顏色的鋁制品。隨著鋁及其合金表面防護裝飾性氧化工藝的廣泛應用，近年來氧化新工藝、新技術的不斷出現，如仿禮花法，轉移印花法、滲透法、冰花圖案法等等，使鋁表面更加呈現出色彩繽紛，繁花似錦，見之令人暢心悅目。所以目前建筑行業上把其大量用于高級賓館的門、窗、柱、框架等制件上，既堅實牢固，又美觀大方。

    由于鋁及其合金還有良好的導熱、導電性，對光、熱、電波的反射性好，沒有磁性，耐低溫和化學藥品，有吸音性……等等。故它的應用越來越廣泛。

    為了保證鋁合金有足夠的強度和較高的耐蝕，必須經過氧化處理。

    鋁和鋁合金的氧化處理分為化學氧化和電化學氧化。化學氧化不用外來電流僅把制件置入適當的溶液內，使表面生成一層氧化膜。在電化學氧化中是把鋁及其合金作為陽極，故又稱陽極氧化。

    電化學氧化的方法較多，本章分別介紹硫酸、鉻酸陽極氧化，硬質電化學氧化絕緣電體學氧化和瓷質電化學氧化的故障及其處理方法。

    硫酸電化學氧化故障及其處理方法

    硫酸電化學氧化簡稱硫酸陽極化，生成的氧化膜色澤視鋁材的成分和氧化工藝的不同而異，一般有無色，微黃色、灰色等。氧化膜的厚度約在1～6μm之間。氧化膜可以染色，其防護性能良好，且具有一定的耐壓性能。本工藝的缺點是對于翻砂，鉚接、焊接等有孔隙類的零件，經硫酸陽極化后，孔隙處容易泛白點，目前尚無辦法徹底消除此問題。

    一、硫酸電化學氧化工藝簡介

    1.硅酸電化學氧化液配方和操作條件

    硫酸電化學氧化液配方和操作條件如下：

    硫酸（比重1.84，CP）（g/l）160～180

    溫度（℃）15～25

    電壓（V）12～20

    陽極電流密度（A/dm2）1～1.5

    時間（min）35～45

    2.工藝過程

    零件上掛具→化學除油→熱水清洗→冷水清洗→出光→清水洗→硫酸陽極氧化→冷水洗→烘干→染色→100℃熱水封閉10min。

    a.操作注意事項

    （1）染色件陽極化時，濃度、溫度、電壓和電流密度避免用上限，時間應適當延長。

    （2）除了染黑色外，需染其他色澤時，零件的材料應使用純鋁、防銹鋁LF2和硬鋁LY11、LY12。裝飾性要求高者最好應使用高純鋁或高純鋁的鋁鎂合金。

    二、故障和處理方法

    故障現象1

    氧化膜薄或有紅色掛灰，抗腐蝕性能差。

    原因分析

    發生上述故障的原因是多方面的。

    （1）硫酸含量和操作條件不符工藝規范

    電化學氧化是鋁件表面失去電子成為鋁離子，然后與陽極上產生的新生氧結合生成氧化膜。氧化過程中在成膜的同時也存在著氧化膜的化學溶解。氧化膜的生成速度隨陽極電流密度、電壓的增大和溶液濃度、溫度的升高而加速，隨陽極化時間的延長而減慢。當然，氧化膜的化學溶解速度也隨這些因素的增加而加快。氧化膜的生成與溶解是對立的統一體，是相互制約的。因而所定的工藝規范應根據零件的要求，通過實踐總結出的最佳參數。

    如果電位密度小、電壓低、時間短，單位面積上溶解的鋁離子便少，生成的氧化膜就較薄。如果溶液的濃度低，溶液中的離子少，溶液的導電率小，要達到同樣的電流密度，濃度低的溶液其槽電壓比濃度高的槽電壓來得高，而硫酸電化學氧化一般是控制電壓的，所以當溶液的濃度低時，在規定電壓下，電流密度就小，生成的氧化膜也就較薄。溶液的溫度低時，溶液的粘度大，離子運動慢，溶液的導電率小，在規定的電壓下，電流密度就小，生成的氧化膜當然就薄。反之，氧化膜厚，但氧化膜的溶解也加快，且會形成疏松粉末狀的氧化膜。

    （2）零件裝得太松，夾具與導電棒接觸不良

    若分析硫酸含量的檢查操作條件都符合工藝規范，就應該檢查零件的裝夾情況。如零件裝夾太松，并且已經位移，就會造成導電不良，以致氧化膜薄。

    （3）夾具上的舊氧化膜未除盡

    若硫酸含量和操作條件符合工藝規范，裝夾也正常，此時就應仔細檢查夾具，如夾具上的舊氧化膜未除盡，則零件裝夾在有薄層氧化膜的夾具上導電不良，氧化膜生成速度變慢而使得氧化膜薄。

    （4）氧化液中含銅離子過高

    處理方法

    對于原因1，操作者必須嚴格控制工藝規范。

    對于原因2，解決方法是退除氧化膜，重新陽極化，不過此法對光潔度有一定影響。如果零件有精度要求，可在非工作面上邊裝夾，邊用夾具輕輕擦去零件上的氧化膜，使夾具裝夾在擦除氧化膜的部位，然后進行補氧化。

    對于原因3，可將零件拆卸下來，退除凈夾具上的氧化膜和零件上的氧化膜，或用夾具擦去裝夾處的氧化膜，重新進行氧化，使得到正常的氧化膜。

    對于原因4，只有更新電解液才能消除弊病。

    故障現象2

    氧化膜疏松有粉末狀。

    原因分析

    產生疏松氧化膜的原因有兩點：

    （1）工藝規范控制不當

    前面已經指出，在氧化過程中氧化膜的形成和溶解是同時進行的，氧化膜的化學溶解會造成氧化膜的疏松，甚至產生疏松粉末狀氧化膜。氧化膜的溶解速度與溶液的溫度影響較大，它隨溶液溫度的升高而加速。另外氧化時間長，溶液濃度濃，也會產生疏松氧化膜。電流密度過大或電壓過高時，產生的焦耳熱使零件發熱，導致零件周圍的溶液溫度升高，加快氧化膜的化學溶解，造成氧化膜疏松，或產生粉末狀氧化膜。所以，嚴格控制工藝規范是防止氧化膜疏松的重要因素。

    （2）加硫酸后溶液不均勻

    同槽陽極化的零件，有的氧化膜太薄，有的氧化膜已經疏松有粉末狀。這種故障一般出現在加硫酸后，這是硫酸在溶液中分布不均勻所引起的。

    處理方法

    嚴格按工藝規范操作。加硫酸后通入壓縮生氣的充分攪拌，并進行通電處理故障即可消除。

    故障現象3

    氧化后染黑色產生發紅或發藍。

    原因分析

    氧化后染黑色出現發紅或發藍的原因有以下兩個方面：

    （1）氧化膜吸附性能不良

    用酸性黑ATT染料染黑色時，會出現發紅發藍的故障。酸性黑ATT染料是以70％的酸性藍黑10B和30%的酸性橙Ⅱ的分子結構組成，所以當氧化膜的孔隙小，吸收性能差時，分子小的酸性橙Ⅱ容易被氧化膜吸收，膜層中的酸性橙Ⅱ超過染料的比例，所以色澤發紅。遇到這種情況，可適當延長陽極化時間，使氧化膜孔隙增大，以便分子大的酸性藍黑10B能順利被氧化膜吸收，膜層中的染料合乎比例，染出的色澤就黑了。

    對板材和擠壓零件，陽極化前應將零件進行堿腐蝕除去表面硬皮，才能得到均勻的黑色，否則會得到發紅或發花的黑色。

    含硅量高的零件，可在40～50ml/l硝酸和10ml/l左右的氫氟酸溶液中浸漬20s左右以溶解雜質，使表面留下一薄層較純的鋁，改善氧化膜性能，使它具有好的吸附性能，得到均勻的黑色。

    （2）染色溶液的pH值不當

    染色溶液的pH值對染色的影響比較大，因為各種染料的吸收性能有各自不同的pH值。例如pH接近7時，酸性藍黑10B的吸附性能好，而酸性橙Ⅱ的吸附性能比較差，所以色澤偏藍，pH4.5左右時，酸性藍黑10B的吸附能力差，酸性橙Ⅱ的吸附能力強，故色澤就偏紅。所以，在染色時pH應避開7或4.5左右的值，—般控制在3.6左右或5～6比較好。

    故障現象4

    有時生產中出現零件局部無氧化膜。

    原因分析

    （1）裝夾位置不當

    由于裝夾位置不當，陽極化時氧氣跑不出來滯留在局部表面上，造成悶氣而無氧化膜。裝夾時應注意選擇適當位置，使零件的凹面向上或向上傾斜，這樣就可以避免無氧化膜的故障。

    （2）零件表面有附著物

    陽極化前零件表面如有膠紙等透明粘性物質時，陽極化時又沒有脫落，在封閉時卻脫落了下來，結果在吸附物處就沒有氧化膜，操作者在前處理時應注意除去這類物質。

    （3）氧化液成分太稀

    溶液成分太稀，局部電流太小處就無氧化膜，分析并提高硫酸濃度，故障即消除。

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責任編輯：龐雪潔

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