铝及铝合金硫酸阳极氧化工艺故障分析与处理

1、氧化膜染色不均匀故障的预防措施下面结合硫酸阳极氧化过程中出现的膜层染色不均匀现象。分析这些现象产生的原因并采取有效预防措施。实际上铝合金氧化膜膜层颜色不均会呈现出多种现象（如前面介绍的一些故障）。如何保证氧化膜层染色的均匀性，由于铝合金硫酸阳极氧化膜颜色均匀性主要取决于铝合金的成分以及阳极氧化处理工艺条件，如温度、电流密度、夹具、使用水质、工序间的防护等。要从实际工艺中的微细处着手，才能有效采取措施，获得色泽均匀、性能优良的氧化膜层。1选取合适的前处理方法对不同铝合金，如铸造、压延或机械加工成型或经热处理焊接等工序加工的铝合金零件，要根据实际情况选择适宜的前处理方法（包括除油、出光等）。如浇铸

2、成型的铝合金零件表面，其非机加工表面一般应采用喷砂或喷丸除净其原始氧化膜、粘砂等。对含硅量较高的铝合金（铸铝），应在含5左右的氢氟酸和硝酸的混合溶液中浸蚀活化，目的是保持良好的活化表面，确保阳极氧化膜层质量。不同材质的铝合金、裸铝和纯铝零件，或大小规格不同的铝及铝合金零件，一般不宜在同槽进行氧化处理。2选用合适的工装夹具装挂夹具材料必须确保导电良好，一般选用规格较高的纯铝丝或铝筋，要保证有一定弹性和强度。并根据需要确定是否需要进行热处理。已使用过的专用或通用工夹具如阳极氧化处理时再次使用，须退除其表面氧化膜层，确保良好接触。工夹具既要保证足够导电接触面积，又要尽量减小夹具印痕，同时还要保证氧化

3、过程中气体的顺利排出，避免某些氧化部位形成气囊，造成氧化膜层太薄或没有氧化膜层。3严格控制阳极化过程的溶液温度从阳极氧化的成膜过程知道，随着阳极氧化温度的升高，膜层的颜色逐渐变深，膜层的厚度也逐渐变薄，主要原因是阳极氧化膜有绝缘性，当氧化膜形成后相应加大了电阻。这些电阻通电后，产生电压降。这样会使大量的电能转变成热能，使氧化溶液温度的升高，加速了对膜层的溶解。氧化溶液温度愈高，溶解作用愈强，因此随着氧化溶液温度的升高膜层的厚度会逐渐变薄。氧化溶液温度较低时，形成的氧化膜致密，孔隙率小，不易着色，随着氧化温度的升高，氧化膜逐渐变得疏松，膜层孔隙率逐步变大，膜层的颜色随温度的升高逐渐变深。因此氧化

4、溶液温度是决定氧化膜致密程度的重要因素，也是决定氧化膜颜色均匀性的重要因素。硫酸阳极化溶液温度必须严格控制，根据不同的铝合金选用不同的温度范围，对于硬铝、超硬铝及纯铝等来说，最佳的溶液温度范围为15°C25°C；对于防锈铝合金零件来说，最佳的温度范围为10C18C。在硫酸阳极氧化工艺中，需采用压缩空气搅拌，并配备制冷装置。在无冷却装置的情况下，可在硫酸溶液中加入152的丙三醇或草酸、乳酸等有机羧酸，可使阳极氧化溶浓温度超过30C而避免或减少氧化膜的疏松或粉化。一些氧化工艺和生产实跋证明，在硫酸阳极氧化溶液中加入适量的有机羧酸或丙三醇可有效减少反应热效应的影响，在不降低氧化膜

5、厚度和硬度的条件下提高阳极氧化溶液的温度允许上限。另外，控制氧化溶液温度恒定的条件下，也要注意有效控制阳极电流密度。4严格控制阳极电流密度随着阳极电流密度的升高，氧化膜层的颜色逐渐变深，膜层的厚度先变厚而后又变薄。其原因是随着阳极电流密度的增加，氧化膜孔隙加大，易于着色；而随着阳极电流密度减小，膜的生长速度减小，膜层致密，所以随着电流密度的升高，膜层颜色逐渐变深。在其他条件不变的情况下，提高阳极电流密度，氧化膜的生成速度较快，可缩短阳极氧化时间，膜层的化学溶解量减少，得到的膜层较硬，耐磨性好。但阳极电流密度不能升得太高，否则会因焦耳热的影响，膜孔内热效应加大，局部温升显著，加速了氧化膜的溶解，

6、成膜速度反而下降，也容易造成零件的烧蚀。也就是说阳极电流密度提高，在一定范围内可加速氧化成膜的生成速度，但到一定值后，成膜速度反而降低。阳极电流密度的大小直接影响膜层颜色的均匀性，根据不同的铝合金选用不同的阳极电流密度，对各种纯铝、包铝零件，最佳电流密度为10A/dm21.5A/dm2；对铸铝、锻铝零件，最佳电流密度为1.5A/dm22.5A/dm2；对硬铝及超硬铅零件，最佳电流密度为1.3A/dm21.5A/dm2；对防锈铝合金零件，最佳电流密度为1.0Adm21.3Adm2。5. 确保阳极氧化过程的用水品质硫酸阳极氧化溶液所使用的水质及溶液中的有害杂质含量必须严格控制。配制硫酸阳极氧化溶液

7、必须采用软化水、去离子水或蒸馏水，坚决不能用含有Ca2+、Mg2+、SiO32-及Cl一的自来水。一般情况下，水中的C1-浓度达到25mg/L时就会对铝合金的阳极氧化处理产生有害影响。C1-离子（包括其他卤族元素）可破坏氧化膜的生成，甚至根本形成不了氧化膜。硫酸阳极化清洗用水及封闭用水也应采用去离子水或蒸馏水，要求水中C1一W15mg/L，总矿物质W50mg/L。6. 加强工序间的防护一般认为铝合金是不会"生锈"的，其实不然，铝合金由于含有多种合金元素，如介质中含有C1-等活性阴离子，加之由于生产批量大，生产周期长，在此期间如不采取有效的防护措施,在局部表面出现腐蚀点并迅速

8、向深处发展。在碱腐蚀后比较明显，最终导致氧化膜表面出现小"麻点"或小"凹坑"。为避免小孔腐蚀的发生，首先，在工序间，特别是精加工完后，零件表面必须涂防锈油；其次，零件在周转过程中，严禁用"裸手"拿取，同时要注意"防锈"和"防潮"。7. 对于特殊铝合金零件进行二次热处理对于部分因为材料热处理不均匀的特殊零件，根据生产实际，在粗加工完成以后，增加二次热处理（淬火+人工时效）工序，而且在淬火时严格控制淬火转移时间及淬火冷却速度。这两个因素对淬火材料力学性能和耐蚀性影响相当大。一般要求超硬铝合金的转移时

9、间不超过15s，否则将因材料温度降低致使Tn等强化相大量自晶内析出而降低淬火后的强度及耐蚀性。淬火冷却速度的影响与转移时间的影响程度同样巨大，淬火时的冷却速度，必须确保过饱和固溶体被固定下来，它对合金的性能起决定性作用。为确保淬火后得到应有的力学性能和耐腐蚀性能，必须采取很高的淬火冷却速度。针对于不同的铝合金，有不同的淬火冷却速度要求，一般要求超硬铝合金淬火冷却速度不得低于170°C/s，否则得不到理想的淬火效果。8. 定期对电解液中的杂质进行清理阳极氧化溶液中主要的杂质是A13+、Cu2+、Fe2+、C1-、F-、NO3-等，当C1-、F-、NO3-等阴离子杂质含量高时，阳极氧化膜

10、的孔隙率会大大增加，氧化表面变得粗糙和疏松，这些杂质在氧化溶液中的允许含量为C1一0.059/L，F一0.019/L等。氧化溶液中的A13+主要来自工件在氧化过程中的溶解，当溶液中A13+209/L时，氧化膜表面呈现白点或块状白斑，氧化膜的吸附性能下降，造成染色困难。当Cu2+含量达到0.029/L时，氧化膜会出现暗色条纹和黑色斑点。要排除Cu2+，可以通直流电，阳极电流密度控制在0.1Adm20.2A/dm2左右，溶液中的金属铜便在阴极上析出。当Cu2+含量很高时，可先用铅板直接放人电解液中，这时铅板上会很快置换上一层金属铜。用此法可去除含量较高的铜离子，而后再通电处理，可以彻底去除Cu2+

11、。如杂质含量超过允许值，可部分或全部更换阳极氧化溶液。故障现象与排除措施1局部出现黑斑或条纹，以及鼓瘤或孔穴现象铝合金制品经阳极氧化处理后，发生局部无氧化膜，呈现肉眼可见的黑斑或条纹，氧化膜有鼓瘤或孔穴现象。此类故障虽不多见但也有发生。其原因通常与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关，或与氧化溶液中所溶解的某些金属离子或悬浮杂质等有关。铝和铝合金的化学成分、组织和金属相的均匀性会影响氧化膜的生成和性能。纯铝或铝镁合金的氧化膜容易生成高质量的膜层。而铝硅合金或含铜高强铝合金，生成的氧化膜发暗、发灰，光泽性不好。如果表面相结构不均匀、组织偏析、杂质偏析或热处理不当所造成的组织不均匀等，则易产生

12、选择性氧化或选择性溶解，造成氧化膜质量较差。如铝合金材料中局部硅含量偏析，则往往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产生空穴等。另外，如果电解液中有悬浮杂质、尘埃颗粒或铜、铁等金属杂质离子含量过高，往往会使氧化膜出现黑斑点或黑条纹，影响阳极氧化膜的抗腐蚀防护性能。2氧化膜不完整，局部无膜或烧损同槽处理的阳极氧化零件，有的部位无氧化膜或膜层轻薄或不完整，而在夹具和零件接触处则出现有烧损熔蚀现象。这类故障在硫酸阳极氧化工艺实践中往往较多发生，严重影响着铝合金零件的阳极氧化质量。造成这种故障的原因有：装夹位置不当。由于装夹位置不当，阳极化时氧气跑不出来滞留在局部表面上，造成闷气而无氧化膜。

13、装夹时应注意选择适当位置，使零件的凹面向上或向上倾斜，这样就可以避免无氧化膜的故障。零件表面有附着物。阳极化前零件表面如有胶纸等透明黏性物质时，阳极氧化时又没有脱落，在膜层封闭时却脱落了下来，结果在吸附物处就没有氧化膜，操作者在前处理时就应注意除去这类物质。氧化溶液成分太稀。氧化溶液成分太稀，造成氧化零件局部电流太小处就无氧化膜生成，可以分析并鼹高硫酸浓度，消除此故障。由于铝氧化膜的绝缘性较好，所以铝合金制件在阳极氧化处理前必须牢固跑装挂在通用或专用夹具上，以保证良好的导电性。导电棒应选用铜或铜合金材料并要保证足够接触面积。夹具与零件接触处，既要保证电流自由通过，又要尽可能减少夹具和零件间的接

14、触印痕。接触面积过小，电流密度太大，会产生过热易烧损零件和夹具。3氧化膜疏松粉化铝合金硫酸阳极氧化处理后，氧化膜呈疏松粉化甚至手一摸就掉，特别是填宅封闭后，制件表面出现严重粉层，抗腐蚀性差。在铝合金阳极氧化过程中，氧化膜的形成和溶解是同时进行的，氧化膜的化学溶解会造成氧化膜的疏松，甚至产生疏松粉末状氧化膜。氧化膜的溶解速度乏氧化溶液的温度影响较大，并随溶液温度的升高而加速。所以这一类故障多发生在夏季，尤其是没有冷却装置的硫酸阳极化槽，往往处理1槽2槽零件后，疏松粉化现象就会出现，明显地影响氧化膜的质量。由于铝合金阳极氧化膜电阻很大，在阳极氧化工艺过程中会产生大量焦耳热，槽电压越高产生热量越大，

15、从而导致电解液温度不断上升。所以在阳极氧化过程中，必须采用搅拌或冷却装置使电解液温度保持在一定范围。一般情况下，温度应控制在13°C26°C，氧化膜质量较佳。若电解液温度超过30C，氧化膜会产生疏松粉化，膜层质量低劣，严重时发生，烧焦"现象。另外，当电解液温度恒定时，阳极电流密度也必须予以限制，因为阳极电流密度过高，温升剧烈，氧化膜也易疏松呈粉状或砂粒状，对氧化膜质量十分不利。另外阳极氧化时间长，溶液浓度浓，也会产生疏松的阳极氧化膜。电流密度过大或电压过高时，产生的焦耳热使铝合金零件发热，导致零件周围的溶液温度升高，从而加快氧化膜的化学溶解，造成氧化膜疏松或产生粉

16、末状氧化膜。所以，严格控制工艺规范是防止阳极氧化膜疏松的重要因素。铝合金阳极氧化过程中水洗等工序有可能给氧化溶液带来氯离子，还有硫酸中也有可能含有氯离子，这些就可能导致氧化溶液中氯离子含量升高，从而引起氧化膜层的疏松。当往氧化槽补加硫酸后由于溶液搅拌不均匀也会造成同槽阳极氧化的零件，有的氧化膜太薄，有的氧化膜疏松并有粉状挂灰现象。排除上述故障的措施是：严格工艺规范操作，电解液温度太高应设法降低温度，进行搅拌或开动冷却设备，并控制温度差在(20±2)°C内。如果是氧化处理时间太久造成的就应当缩短阳极氧化时间；如果是电流密度太高，就要降低电流密度。在溶液中补加硫酸后应通入压缩空

17、气充分搅拌，并进行通电处理；当溶液中氯离子含量过高时，可通过稀释溶液或者部分更换溶液的方法进行故障处理。4氧化膜暗淡无光。产生点状腐蚀铝合金硫酸阳极氧化膜暗淡无光，有时产生点状腐蚀，严重发生显著的黑色点状腐蚀。这类故障往往是偶然发生并有特殊原因造成的。在铝合金阳极氧化过程中，中途断电又重新给电，往往形成双层氧化膜会使氧化膜暗淡无光；而中途停电零件在清洗槽停留过久，清洗水槽酸度过高，水质不净，含悬浮物较多，往往会使铝合金零件发生点状腐蚀、黑斑等故障。硫酸溶液内溶存的铝离子增加也会导致氧化膜的透明性变差，通常硫酸液中含铝量以109/L左右为宜。在铝氧化溶液中混入过量的C1一离子，也会导致铝合金零件

18、阳极氧化产生点状腐蚀等故障。5阳极氧化膜薄或有红色挂灰，膜层的抗腐蚀性能差发生这个故障的原因是多方面的，包括以下几个方面。(1) 硫酸含量和操作条件不符工艺规范。如果阳极氧化电流密度小、电压低、氧化时间短，则铝合金表面生成的氧化膜就较薄。如果溶液的浓度低，溶液中的离子少，溶液的导电率小，要达到同样的电流密度，浓度低的溶液其槽电压比浓度高的槽电压来得高，而硫酸阳极氧化一般是控制电压的，所以当溶液的浓度低时，在规定电压下，电流密度就小，生成的氧化膜也就较薄。溶液的温度低时，溶液的黏度大，离子运动慢，溶液的导电率小，在规定的电压下，电流密度就小，生成的氧化膜当然就薄。反之，氧化膜厚，但氧化膜的溶解也

19、加快，且会形成疏松粉末状的氧化膜。(2) 零件装得太松，夹具与导电棒接触不良。检查铝合金零件的装夹情况就会就会发现，零件装夹太松，导电不良，也会引起阳极氧化膜层变薄。另外夹具上的旧氧化膜未除尽，零件装夹在有薄层氧化膜的夹具上也会引起导电不良，氧化膜生成速度变慢而使得氧化膜变薄。(3) 阳极氧化溶液中含铜、铁离子过高。因为阳极氧化过程包括了铝合金表面溶解和氧化膜生成，如一些高强铝合金材料中就有铜、锰、铁、硅等元素，在阳极氧化过程中，铜、铁等离子溶解进入溶液是可能的，随着阳极氧化溶液使用时间的增长，溶液中的铜离子含量就会增高，从而影响氧化膜的厚度或者出现表面挂灰。排除这种故障的措施是：严格控制氧化

20、工艺规范；注意挂具表面残余氧化膜的退除，保证挂具与零件的接触。对镀液中的铜、铁离子杂质含量过高的问题，可以通过增加阴极面积小电流电解处理或者更新氧化溶液来解决。6零件与夹具接触处烧伤、零件局部地方有电击烧伤发生这种故障的原因是铝合金零件与阴极接触发生短路，零件彼此间接触发生短路造成的。所以需要加强阳极氧化零件与夹具的接触检查，夹具使用前须加以清洗，一定要与零件夹紧，保证零件的导电良好。放置零件于氧化槽内时，注意与阴极之距离，避免发生接触。另外要防止零件彼此之间接触发生短路，加大零件间距离。7氧化膜有黑斑(黑条纹)或网状泡沫状花纹发生这种故障的原因主要有：零件经化学除油后，遗漏出光工序即进行氧化，使遗留在零件上的水玻璃形成了硅酸所致；热处理时化学除油液未净；零件表面有油渍或其他污染物；氧化溶液中有悬浮的杂质；氧化后零件未洗干净就进行封孔清理；溶液表面有悬浮杂质、含铜和铁杂质太多等。排除此类故障是要彻底进行前处理；加强氧化零件的清洗，氧化后要立即清洗干净，避免处理液或杂质残留于氧化膜表面；除去或更新部分氧化溶液降低溶液中杂质的污染。8氧化零件经热水填充处理易沾手印、水印，经重铬酸钾填充后氧化膜色淡、发白发生这种故障的原因有：填充封闭溶液温度过低，填充时间短；溶液pH值不当；封闭液中氢氧化铝太多、SO42-含量过高；阳极氧化温度过高导致