铝及铝合金草酸阳极氧化技术分析

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：草酸阳极氧化就是在质量分数为2%～10%的草酸溶液中，通以直流、交流或交直流叠加电流进行铝及铝合金的阳极氧化。表229 铝及铝合金草酸阳极氧化工艺规范注：氧化时工件应带电入槽，并阶梯式升压。厚度小于0.6mm的铝及铝合金板材和有焊接头的铝合金工件上不适合用草酸阳极氧化法处理。

草酸阳极氧化就是在质量分数为2%～10%的草酸溶液中，通以直流、交流或交直流叠加电流进行铝及铝合金的阳极氧化。作为防腐蚀用途的阳极氧化膜一般多采用直流法。草酸阳极氧化可以在不同的工艺下，得到不同颜色的膜层。草酸阳极氧化膜的耐蚀性和耐磨性比硫酸阳极氧化膜均有所提高，容易获得较厚的氧化膜，厚度约为8～40μm，见表2⁃28。其装饰性也优于硫酸阳极氧化膜，且孔隙率低、绝缘性能好、富有弹性。但由于草酸电解液的电阻比硫酸、铬酸的大，阳极氧化时槽电压高，阳极氧化过程中耗电量大，而且电解易发热，需要有专门的冷却装置，故生产成本高。

表2⁃28 草酸阳极氧化膜与硫酸阳极氧化膜的厚度、硬度与耐磨性比较

注：硬度衡量指标为划穿膜层所需的力，单位为N（牛）。

此外草酸溶液有一定的毒性，草酸在氧化过程中在阴极上被还原并在阳极上被氧化成CO₂，电解液的稳定性比较差。故草酸阳极氧化的工艺的应用范围受到一定的限制，一般只在特殊情况下应用。例如，用于铝锅、铝盆、铝壶、铝饭盒，电气绝缘的保护层，近年来在建材、电器工业、造船业、日用品等行业也有较为广泛的应用。

1.草酸阳极氧化工艺

（1）工艺流程草酸阳极氧化工艺流程如下：

铝及铝合金制件，上挂具→碱洗→水洗→硝酸出光→水洗→草酸阳极氧化→水洗→卸下→清洗→封闭→干燥→检验。

（2）草酸阳极氧化的工艺规范铝及铝合金草酸阳极氧化的工艺规范见表2⁃29。

表2⁃29 铝及铝合金草酸阳极氧化工艺规范

注：氧化时工件应带电入槽，并阶梯式升压。阴极采用石墨板，阴阳极面积比为1∶（5～10）。要用压缩空气不断搅拌强制冷却的方法控制好溶液温度。

（3）草酸阳极氧化溶液的配制及维护溶液的配制及维护如下：

1）溶液的配制。将要配制溶液体积3/4的纯水（用蒸馏水或去离子水）加入氧化槽中，并且加热至60～70℃，再慢慢地加入草酸等化学试剂，并搅拌直至全部均匀溶解，然后加水至所需要的体积，再搅拌至均匀。

2）溶液的维护。草酸溶液对氯化物非常敏感，氯离子含量过高，膜层会出现腐蚀斑点，一般情况下Cl-的含量应小于0.04g/L，如果大于此值必须进行稀释，清除氯离子或者更换溶液。氯离子主要是从洗水来的，所以清洗工件的用水要注意水质及控制带来的杂质污染。

由于铝溶解在溶液中会生成草酸铝，并直接影响到溶液的氧化能力，因此要经常分析草酸的含量并补充被消耗掉的部分。草酸的添加量可以根据电量的消耗来考虑。根据经验，1A·h（3600C）的电量大约耗用0.13～0.14g的草酸，而每通过1A·h电量则有0.08～0.09g的铝进入溶液，铝溶解后生成草酸铝。所以每溶解一定量的铝，需要补充相应量的草酸。溶液中Al³⁺的含量超过2g/L时，则要除Al³⁺或稀释溶液甚至更换溶液。

（4）操作注意事项草酸阳极氧化膜致密、电阻高，因此只有在高电压的情况下，才能获得较厚的氧化膜，但在电压的调整过程中又必须十分小心，否则会影响成膜的质量，下面从制取绝缘用的氧化膜为例说明。

1）铝合金制件在阳极氧化时应带电下槽，但电流密度要小，然后逐步升高电压，以防止膜层生长不均匀及局部被击穿。

图2⁃15 草酸直流氧化时电源波形与电解电压的关系

草酸阳极氧化的电解电压与电解电源的波形有很大的关系，电源波形与电解电压的关系，如图2⁃15所示。

升电压采用梯形升压方式，即0～60V（5min，电流密度2～2.5A/dm²）→70V（5min）→90～110V（15min）→110V（60～90min），最终不允许超过120V。由于草酸氧化膜致密、不易溶解、电阻高，所以只有升高电压，才能得到较厚的氧化膜。氧化后要先断电才能取制件，防止意外发生。

2）在阳极氧化进行的过程中，若发现电流突然上升或电压下降，可能是膜被击穿所致。为避免膜被击穿，要注意温度的控制及溶液搅拌。如果要绝缘效果更好，可以在氧化膜上再涂上绝缘漆。

2.草酸阳极氧化膜的特点及应用

草酸阳极氧化一般可获得黄色到黄褐色氧化膜。这种颜色耐光性非常好，在阳光下长期曝晒也不会褪色，因此，可用于室外建筑铝材的表面处理。铝合金草酸氧化膜的色调见表2⁃30和表2⁃31，硬度和耐磨性见表2⁃32。

表2⁃30 铝合金在不同浓度草酸中形成的草酸氧化膜的色调