铝合金硫酸阳极氧化膜层颜色的形成与控制

滕胜

（武汉航达航空科技发展有限公司，湖北 武汉 430040）

铝合金硫酸阳极氧化膜层颜色的形成与控制

滕胜

（武汉航达航空科技发展有限公司，湖北 武汉 430040）

给出了铝合金化学除油及硫酸阳极氧化工艺条件。分析了影响铝合金硫酸阳极氧化膜层颜色的因素，如铝合金成分，机械加工方式，膜层均匀度和腐蚀等。

铝合金；硫酸阳极氧化；膜层颜色；化学除油

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

1 前言

铝及铝合金质量轻，延展性好，易强化，耐腐蚀，导电性良好，广泛应用于航空航天等领域[1]。由于硫酸阳极氧化工艺配方简单，溶液组成稳定，所获得的膜层多孔，厚度达12 μm，吸附性好，易着色，具有较好的耐蚀、耐候和耐磨性能，且适合于所有的铝及铝合金，包括含铜量大于4%(质量分数)的铝合金，因此铝合金硫酸阳极氧化工艺获得了广泛的应用，但不同的铝合金所获得的氧化膜的外观也有所不同[2-3]。

近年来，人们对铝合金表面的装饰效果要求越来越高，很多场合又不能进行着色处理，因此，有必要对铝合金阳极氧化膜层颜色的形成规律做一定梳理。本文从膜层的组成分析和表面状态的影响这 2个方面分析了膜层颜色的形成规律[4]。

2 铝合金硫酸阳极氧化工艺

铝合金硫酸阳极氧化工艺参照武汉航达航空科技发展有限公司 Q/HD J404–2006《硫酸阳极化工艺标准》，工艺流程包括：氧化前验收—有机溶剂除油(根据零件表面状态决定是否需要)或吹砂—装挂—超声波清洗除油或化学除油—流动热水洗—碱腐蚀(根据零件表面状态决定是否需要)—吹砂(根据零件表面状态决定是否需要)—流动热水洗—流动冷水洗—出光—绝缘—流动冷水洗—硫酸阳极氧化—两道流动冷水洗—中和—流动冷水洗—沸水封闭—干燥—拆卸—检验。

2. 1 有机溶剂除油、超声波清洗除油和化学除油

为保证零件精度及表面粗糙度，不应在碱性过强的除油液中除油。可先用有机溶剂除去零件表面较厚的油污，然后用超声波清洗除油或化学除油。铸件或低精度要求的零件可酌情考虑吹湿砂。化学除油配方如下：

超声波清洗液配方与化学除油液相同，时间3 ～5 min。

2. 2 硫酸阳极氧化

3 影响铝合金阳极氧化膜颜色的因素

3. 1 合金化元素

实验表明，纯铝硫酸阳极氧化膜是无色透明的，且铝的纯度越高，氧化膜的透明度也越好[5]。但通常铝合金中含有一定量的第二相[6]，这些第二相氧化后的产物组成较为复杂，可能以单质、氧化物或金属间化合物等状态混合存在。膜层的颜色由各成分的颜色综合而成。

通过生产实践及相关统计，几种铝合金硫酸阳极氧化膜的颜色如下：

(1) 纯铝或铝镁合金硫酸阳极氧化膜呈透明色；

(2) 铝锰合金硫酸阳极氧化膜呈棕黄至棕色；

(3) 铝锌合金呈灰黑乳浊色，不透明；

(4) 铝硅、铝铜合金硫酸阳极氧化膜呈灰色，硅含量大于2%(质量分数)时呈灰至黑色[7]；

(5) 遭破坏的包铝硫酸阳极氧化膜呈灰、白相间色[3]。

3. 2 零件的表面状态

零件表面状态通过影响膜层对光线的漫反射和均匀度来影响最终颜色。

3. 2. 1 反射方面的影响

产品在氧化前机械加工时，不同的切削方式对铝合金零件表面的微小划刻角度不同，导致铝合金表面光线漫反射方位不一，因此铝合金表面颜色看起来深浅不一。最典型的是砂纸打磨过的零件氧化后打磨痕迹为黑色。

3. 2. 2 膜层均匀度的影响

已经氧化过的零件因设计要求需局部机械加工时，会出现部分有氧化膜而部分无氧化膜的状况。再次氧化后，铝合金表面的膜层厚薄不均，从而导致膜层颜色不均匀，严重时会出现块状花斑。

3. 2. 3 腐蚀的影响

产品机械加工后通常不能及时送到表面处理车间，若工人的质量意识不强，未及时清洗冷却液，就有可能使产品发生点蚀，阳极氧化后表面就会有黑点。笔者所在公司曾有一个六面体密封块产品，两个密封面经过研磨加工，其余面为铣加工，经硫酸阳极氧化后铣加工表面为浅灰色，研磨表面则为深灰色。

4 结语

(1) 合理选材，正确选择机加工方式，可以不经染色而得到具有理想装饰效果的产品。

(2) 铝合金研磨后，研磨膏很难洗净，零件定会被腐蚀，故通常铝件禁止研磨。

(3) 虽然铝合金的防护效果和强度都好于纯铝，但装饰效果远不及纯铝，故国外产品设计师通常选用包铝材料作为表层。包铝纯度高于工业纯铝，可得到纯净的亮白色，质感强烈。

(4) 从产品膜层颜色可初步鉴别材料。

[1] 朱祖芳. 铝合金阳极氧化与表面处理技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004: 94-139.

[2] 王翠平. 电镀工艺实用技术教程[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007: 218-226.

[3] 郑瑞庭. 铝合金表面氧化处理问答[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007: 135-160.

[4] 薛寿昌. 铝合金装饰性阳极氧化工艺代替涂装工艺[J]. 材料保护, 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. 金属材料学[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 1993: 248.

[7] 冯辉, 张勇, 张林森, 等. 电镀理论与工艺[M]. 北京: 化学工业出版社, 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

滕胜（1985–），男，湖北公安人，本科，助理工程师，研究方向为起落架的表面处理修复。

作者联系方式：(E-mail) tengsheng107@163.com。

[ 编辑：吴定彦 ]