鋁合金硫酸陽極氧化膜層顏色的形成與控制

滕勝

（武漢航達航空科技發展有限公司，湖北 武漢 430040）

鋁合金硫酸陽極氧化膜層顏色的形成與控制

滕勝

（武漢航達航空科技發展有限公司，湖北 武漢 430040）

給出了鋁合金化學除油及硫酸陽極氧化工藝條件。分析了影響鋁合金硫酸陽極氧化膜層顏色的因素，如鋁合金成分，機械加工方式，膜層均勻度和腐蝕等。

鋁合金；硫酸陽極氧化；膜層顏色；化學除油

Author’s address: Wuhan HANGDA Aero Science & Technology Development Co., Ltd., Wuhan 430040, China

1 前言

鋁及鋁合金質量輕，延展性好，易強化，耐腐蝕，導電性良好，廣泛應用于航空航天等領域[1]。由于硫酸陽極氧化工藝配方簡單，溶液組成穩定，所獲得的膜層多孔，厚度達12 μm，吸附性好，易著色，具有較好的耐蝕、耐候和耐磨性能，且適合于所有的鋁及鋁合金，包括含銅量大于4%(質量分數)的鋁合金，因此鋁合金硫酸陽極氧化工藝獲得了廣泛的應用，但不同的鋁合金所獲得的氧化膜的外觀也有所不同[2-3]。

近年來，人們對鋁合金表面的裝飾效果要求越來越高，很多場合又不能進行著色處理，因此，有必要對鋁合金陽極氧化膜層顏色的形成規律做一定梳理。本文從膜層的組成分析和表面狀態的影響這 2個方面分析了膜層顏色的形成規律[4]。

2 鋁合金硫酸陽極氧化工藝

鋁合金硫酸陽極氧化工藝參照武漢航達航空科技發展有限公司 Q/HD J404–2006《硫酸陽極化工藝標準》，工藝流程包括：氧化前驗收—有機溶劑除油(根據零件表面狀態決定是否需要)或吹砂—裝掛—超聲波清洗除油或化學除油—流動熱水洗—堿腐蝕(根據零件表面狀態決定是否需要)—吹砂(根據零件表面狀態決定是否需要)—流動熱水洗—流動冷水洗—出光—絕緣—流動冷水洗—硫酸陽極氧化—兩道流動冷水洗—中和—流動冷水洗—沸水封閉—干燥—拆卸—檢驗。

2. 1 有機溶劑除油、超聲波清洗除油和化學除油

為保證零件精度及表面粗糙度，不應在堿性過強的除油液中除油。可先用有機溶劑除去零件表面較厚的油污，然后用超聲波清洗除油或化學除油。鑄件或低精度要求的零件可酌情考慮吹濕砂。化學除油配方如下：

超聲波清洗液配方與化學除油液相同，時間3 ～5 min。

2. 2 硫酸陽極氧化

3 影響鋁合金陽極氧化膜顏色的因素

3. 1 合金化元素

實驗表明，純鋁硫酸陽極氧化膜是無色透明的，且鋁的純度越高，氧化膜的透明度也越好[5]。但通常鋁合金中含有一定量的第二相[6]，這些第二相氧化后的產物組成較為復雜，可能以單質、氧化物或金屬間化合物等狀態混合存在。膜層的顏色由各成分的顏色綜合而成。

通過生產實踐及相關統計，幾種鋁合金硫酸陽極氧化膜的顏色如下：

(1) 純鋁或鋁鎂合金硫酸陽極氧化膜呈透明色；

(2) 鋁錳合金硫酸陽極氧化膜呈棕黃至棕色；

(3) 鋁鋅合金呈灰黑乳濁色，不透明；

(4) 鋁硅、鋁銅合金硫酸陽極氧化膜呈灰色，硅含量大于2%(質量分數)時呈灰至黑色[7]；

(5) 遭破壞的包鋁硫酸陽極氧化膜呈灰、白相間色[3]。

3. 2 零件的表面狀態

零件表面狀態通過影響膜層對光線的漫反射和均勻度來影響最終顏色。

3. 2. 1 反射方面的影響

產品在氧化前機械加工時，不同的切削方式對鋁合金零件表面的微小劃刻角度不同，導致鋁合金表面光線漫反射方位不一，因此鋁合金表面顏色看起來深淺不一。最典型的是砂紙打磨過的零件氧化后打磨痕跡為黑色。

3. 2. 2 膜層均勻度的影響

已經氧化過的零件因設計要求需局部機械加工時，會出現部分有氧化膜而部分無氧化膜的狀況。再次氧化后，鋁合金表面的膜層厚薄不均，從而導致膜層顏色不均勻，嚴重時會出現塊狀花斑。

3. 2. 3 腐蝕的影響

產品機械加工后通常不能及時送到表面處理車間，若工人的質量意識不強，未及時清洗冷卻液，就有可能使產品發生點蝕，陽極氧化后表面就會有黑點。筆者所在公司曾有一個六面體密封塊產品，兩個密封面經過研磨加工，其余面為銑加工，經硫酸陽極氧化后銑加工表面為淺灰色，研磨表面則為深灰色。

4 結語

(1) 合理選材，正確選擇機加工方式，可以不經染色而得到具有理想裝飾效果的產品。

(2) 鋁合金研磨后，研磨膏很難洗凈，零件定會被腐蝕，故通常鋁件禁止研磨。

(3) 雖然鋁合金的防護效果和強度都好于純鋁，但裝飾效果遠不及純鋁，故國外產品設計師通常選用包鋁材料作為表層。包鋁純度高于工業純鋁，可得到純凈的亮白色，質感強烈。

(4) 從產品膜層顏色可初步鑒別材料。

[1] 朱祖芳. 鋁合金陽極氧化與表面處理技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2004: 94-139.

[2] 王翠平. 電鍍工藝實用技術教程[M]. 北京: 國防工業出版社, 2007: 218-226.

[3] 鄭瑞庭. 鋁合金表面氧化處理問答[M]. 北京: 化學工業出版社, 2007: 135-160.

[4] 薛壽昌. 鋁合金裝飾性陽極氧化工藝代替涂裝工藝[J]. 材料保護, 2007, 40 (8): 69-70.

[5] BIESTEK T, WEBER J. Chap 4 Anodic Oxidation of Aluminium [M]. Electrolytic and Chemical Conversion Coatings: A Concise Survey of Their Production, Properties and Testing. Warsaw: Portcullis Press Ltd., 1976.

[6] 王笑天. 金屬材料學[M]. 2版. 北京: 機械工業出版社, 1993: 248.

[7] 馮輝, 張勇, 張林森, 等. 電鍍理論與工藝[M]. 北京: 化學工業出版社, 2008: 207-210.

Formation and control of the color of anodic oxidation film on aluminum alloy in sulfuric acid solution //

TENG Sheng

The process conditions of chemical degreasing and anodic oxidation in sulfuric acid solution were given. The factors affecting the color of anodic oxidation film on aluminum alloy including the composition of aluminum alloy, machining methods, film uniformity and corrosion were analyzed.

aluminum alloy; anodic oxidation in sulfuric acid solution; film color; chemical degreasing

TQ153.6

B

1004 – 227X (2011) 01 – 0037 – 02

2009–11–29

2010–08–30

滕勝（1985–），男，湖北公安人，本科，助理工程師，研究方向為起落架的表面處理修復。

作者聯系方式：(E-mail) tengsheng107@163.com。

[ 編輯：吳定彥 ]