陽極氧化
陽極氧化是一種用於增加金屬部分錶面上天然氧化物層的厚度的電解鈍化過程。
該過程稱為陽極氧化，因為要處理的部分形成了電解池的陽極電極。陽極氧化增加了對腐蝕和磨損的耐藥性，並且比裸金屬為油漆底漆和膠水提供了更好的粘附。陽極膜也可以用於幾種化妝品效應，要么具有可以吸收染料的厚多孔塗層，要么帶有稀薄的透明塗層，從而添加了反射的光波干擾效應。
陽極氧化也用於防止螺紋組件的累積，並製作用於電解電容器的介電膜。陽極膜最常用於保護鋁合金，儘管鈦，鋅，鎂， niobium ，鋯，鋯， hafnium和tantalum也存在過程。當在中性或鹼性微分化條件下氧化時，鐵或碳鋼金屬去角質會發生；即通過缺氧陽極坑和較大的陰極表面形成氧化鐵（實際上是氫氧化鐵或氧化鐵，也稱為Rust ），這些凹坑濃縮陰離子（例如硫酸鹽和氯化物）將基礎金屬加速至腐蝕。鐵或鋼中具有高碳含量（高碳鋼，鑄鐵）的碳片或結節可能會引起電解潛力並干擾塗層或鍍塗。亞鐵金屬通常在硝酸上進行電解氧化，或用紅色煙霧硝酸處理形成硬黑鐵（II，III） 。即使在接線上鍍上，該氧化物仍然保持在保形，並且接線彎曲。
陽極氧化改變了表面表面的微觀紋理和靠近表面的金屬的晶體結構。厚厚的塗層通常是多孔的，因此通常需要一個密封過程來獲得耐腐蝕性。例如，陽極氧化鋁表面比鋁製要難，但具有低至中等的耐磨性，可以隨著厚度增加或通過施加合適的密封物質來改善。通常，陽極膜比大多數類型的油漆和金屬鍍層更強大，更堅固，但也更脆。這使得它們不太可能因衰老和磨損而破裂和剝離，但更容易受到熱應力的破裂。
歷史
1923年首次以工業範圍使用陽極氧化，以保護達拉明蛋白水上飛機部分免受腐蝕。這一基於鉻酸的早期工藝被稱為Bengough-Stuart過程，並在英國國防規格DEF StAN 03-24/3中進行了記錄。儘管它對現在已知不必要的複雜電壓週期的遺產要求，但今天仍然使用它。該過程的變化很快就發展了，1927年，高爾和奧布萊恩（Gower and O'Brien）為第一個硫酸陽極氧化過程提供了專利。硫酸很快就變成了，並且仍然是最常見的陽極氧化電解質。
草酸陽極氧化是1923年在日本獲得專利的，後來在德國廣泛使用，特別是用於建築應用。陽極氧化鋁的擠出是1960年代和1970年代流行的建築材料，但此後一直被較便宜的塑料和粉末塗料所取代。磷酸過程是最新的主要發展，到目前為止，磷酸過程僅作為粘合劑或有機油漆的預處理。所有這些陽極氧化過程的各種專有和日益複雜的變化仍在繼續由行業開發，因此，軍事和工業標準的日益增長的趨勢是通過塗層物業而不是通過過程化學進行分類。
鋁
鋁合金被陽極氧化煙氣，以增加耐腐蝕性並允許染色（顏色），改善潤滑或改善的粘附。但是，陽極氧化不會增加鋁物體的強度。陽極層是絕緣的。
當在室溫下暴露於空氣或任何其他包含氧氣的氣體時，純淨的鋁自助助人通過形成2至3 nm厚的無定形氧化鋁的表面層，從而提供了非常有效的保護腐蝕。鋁合金通常形成厚度為5-15 nm的較厚氧化物層，但往往更容易受到腐蝕。鋁合金零件被陽極氧化，以大大增加該層的厚度以進行耐腐蝕。某些合金元素或雜質（銅，鐵和矽）的耐鋁合金的耐耐藥性會顯著降低，因此2000-，4000-，6000和7000系列Al合金往往最容易受到敏感。
儘管陽極氧化會產生非常規則均勻的塗層，但塗層中的微觀裂縫會導致腐蝕。此外，在存在高pH化學的情況下，塗層易於化學溶解，從而導致剝離底物的塗層和腐蝕。為了解決這個問題，已經開發了各種技術來減少裂縫的數量，以將更穩定的化合物插入氧化物或兩者兼而有之。例如，通常通過水電密封或沉澱密封構成硫化劑的物品，以降低孔隙率和間質途徑，從而允許表面和底物之間的腐蝕離子交換。沉澱密封可增強化學穩定性，但在消除離子交換途徑方面的有效性較差。最近，已經開發了基於較短的鍵長的長度，已開發出一種新的技術將無定形氧化物塗層轉化為更穩定的微晶化合物。
一些鋁製飛機零件，建築材料和消費產品已氧化。可以在MP3播放器，智能手機，多工具，手電筒，炊具，攝像機，運動用品，槍支，槍支，窗框，屋頂，電解電容器以及許多其他產品上都可以找到陽極鋁。儘管陽極氧化劑僅具有適度的磨損性，但較深的毛孔比光滑的表面可以更好地保留潤滑膜。
陽極氧化塗層的導熱率和線性膨脹係數要低得多。結果，如果暴露於高於80°C（353 K）的溫度，則塗層將從熱應力中裂開。塗層會破裂，但不會剝落。氧化鋁的熔點為2050°C（2323K），遠高於純鋁的658°C（931K）。這和氧化鋁的胰島性會使焊接更加困難。
在典型的商業鋁陽極氧化過程中，將氧化鋁生長到表面，並從表面出來。因此，陽極氧化劑將使每個表面上的零件尺寸增加一半的氧化物厚度。例如，厚度為2μm的塗層將使零件尺寸每表面增加1μm。如果該零件在各個側面均有煙氣，則所有線性尺寸都會通過氧化物厚度增加。陽極氧化鋁表面比鋁更難，但具有低至中等的耐磨性，儘管可以通過厚度和密封來改善這種情況。
過程
Desmut
可以將Desmut溶液應用於鋁表面以去除污染物。硝酸通常用於去除污漬（殘留），但由於環境問題而被替換。
電解
通過將直流電流傳遞到電解溶液中，氧化鋁層是生長的，鋁對像用作陽極（電解電池中的陽性電極）。電流在陰極（負電極）和鋁陽極表面的氧氣上釋放氫，從而產生氧化鋁的積聚。交替的電流和脈衝電流也是可能的，但很少使用。各種溶液所需的電壓可能在1到300 V DC範圍內，儘管大多數均在15至21 V範圍內。在硫酸和有機酸中形成的較厚塗層通常需要更高的電壓。陽極氧化電流隨鋁的面積而變化，通常在30至300 A / m 2的範圍內。
通常在酸性溶液（通常是硫酸或鉻酸）中進行鋁陽極氧化劑（ Al uminium的Eloxal或Eloxlolosity牛的ID ），它們會緩慢溶解氧化氧化鋁。酸作用與氧化速率平衡，以與直徑為10-150 nm的納米孔形成塗層。這些毛孔是使電解質溶液和電流到達鋁基板的原因，並繼續將塗層生長到更大的厚度，而不是自動抑制產生的塗層。這些毛孔可以吸收染料，但是，必須封閉染料，否則染料不會留下。染料通常跟踪乙酸鎳密封件。由於染料僅是表面的，因此即使小磨損和划痕突破了染色層，潛在的氧化物也可以繼續提供腐蝕保護。
必須控制電解質濃度，酸度，溶液溫度和電流等條件，以形成一致的氧化物層。在較低的溫度和較高的電壓和電流的較低溫度下，較濃的薄膜往往會產生更厚的薄膜。薄膜厚度的範圍從0.5微米的亮度範圍不足，用於建築應用最多150微米。
雙重構成
陽極氧化可以與鉻酸鹽轉化塗層結合進行。每個過程都具有耐腐蝕性，並在耐加度或物理磨損性方面具有巨大的優勢。結合過程的原因可能會有所不同，但是，陽極氧化和鉻酸鹽轉化塗層之間的顯著差異是產生的膜的電導率。儘管兩種穩定的化合物，但鉻酸鹽轉化塗層的電導率大大增加。這可能有用的應用程序會有所不同，但是接地組件作為較大系統的一部分是顯而易見的。
雙重精加工過程使用每個過程提供的最佳，並以其硬磨損的阻力和鍍鉻物轉化塗層和其電導率陽極氧化。
該過程步驟通常涉及鍍鉻的轉換塗層整個組件，然後在必須完好無損的區域掩蓋表面。除此之外，還將鉻酸鹽塗層溶解在未面積的區域中。然後可以陽極氧化組件，並帶有陽極氧化的區域。確切的過程將因服務提供商，組件幾何形狀和所需結果而有所不同。它有助於保護鋁製文章。
其他廣泛使用的規格
美國使用最廣泛的陽極氧化規範是美國軍事規格MIL-A-8625，該規範定義了三種類型的鋁陽極氧化。 I型是鉻酸陽極氧化，II型是硫酸陽極氧化，III型是硫酸硬氧化。其他陽極氧化規格包括更多的MIL-SPEC（例如，MIL-A-63576）， SAE ， ASTM和ISO等組織的航空航天行業規格（例如B580，ASTM D3933，ISO 10074和BS 5599）以及公司特定的規格（例如波音，洛克希德·馬丁，空中客車和其他大型承包商）。 AMS 2468已過時。這些規格都沒有定義詳細的過程或化學，而是陽極氧化產品必須符合的一系列測試和質量保證措施。 BS 1615指導選擇合金以陽極氧化。對於英國國防工作，分別由DEF Stan 03-24/3和DEF Stan 03-25/3描述了詳細的鉻和硫化陽極氧化過程。
鉻酸（I型）
最古老的陽極氧化過程使用鉻酸。它被廣泛稱為Bengough-Stuart過程，但是由於有關空氣質量控制的安全法規，當與II型相關的添加材料不會破壞公差時，供應商並不是首選。在北美，它被稱為I型，因為它是由MIL-A-8625標準所指定的，但也被AMS 2470和MIL-A-8625 IB覆蓋。在英國，通常將其指定為DEF Stan 03/24，並用於容易與推進劑接觸的區域等。還有波音和空中客車標準。鉻酸會產生較薄的0.5μm至18μm（0.00002“至0.0007”），更多的不透明膜更柔軟，延性，並且在一定程度上是自我修復的。它們很難染色，並且可以在繪畫之前作為預處理應用。膜形成的方法與使用硫酸不同，因為在過程週期中，電壓升高。
硫酸（II型和III型）
硫酸是生產陽極塗層的最廣泛使用的溶液。中等厚度的塗層1.8μm至25μm（0.00007“至0.001”）在北美被稱為II型，以MIL-A-8625命名，而塗層厚度大於25μm（0.001”）硬塗，硬氧化或工程陽極氧化。非常薄的塗料，類似於鉻酸陽極氧化的塗料被稱為IIB型。厚塗層需要更多的工藝控制，並且在水的冷凍點附近的冷藏罐中生產，具有更高的電壓比較薄的塗料。硬氧化劑可以在13至150μm（0.0005“至0.006”）之間進行厚。陽極氧化厚度會增加耐磨性，耐腐蝕性，保留潤滑劑和PTFE塗層的能力以及電氣和熱絕緣。將以減少耐磨性的成本來改善耐腐蝕性。密封將大大降低這種耐腐蝕性。薄（軟/標準）硫酸陽極氧化的標準由MIL-A-8625 II型和IIB型和IIB， AMS 2471（未染色）和AMS 2472給予（染色），BS EN ISO 12373/1（裝飾），BS 3987（建築）。 MIL-A-8625 III型，AMS 2469，BS ISO 10074，BS EN 2536和Ompolete AMS 2468和DEF STAN 03-26/1給出了厚硫化陽極氧化標準。
有機酸
如果在高電壓，高電流密度和較強的製冷的弱酸中進行，則陽極氧化可以產生無染料的淡黃色整合性顏色。顏色的陰影僅限於淺黃色，金色，深銅，棕色，灰色和黑色的範圍。一些高級變化可以產生80％反射率的白色塗層。產生的顏色陰影對基礎合金的冶金變化很敏感，不能一致地再現。
在某些有機酸（例如蘋果酸）中陽極氧化可能會進入“失控”情況，在這種情況下，電流驅動酸比正常情況更積極地攻擊鋁，從而產生巨大的凹坑和疤痕。同樣，如果電流或電壓驅動太高，則“燃燒”可能會設置；在這種情況下，耗材的作用似乎幾乎是短暫而大，不均勻和無定形的黑色地區。
整體顏色陽極氧化通常是用有機酸完成的，但是在實驗室中具有非常稀硫酸的實驗室產生的效果。整體顏色陽極氧化最初是用草酸進行的，但是自1960年代以來，含氧的磺化芳族化合物，尤其是磺基酸酸，尤其是磺基酸的化合物。可以達到高達50μm的厚度。有機酸陽極陽極稱為MIL-A-8625型IC。
磷酸
可以在磷酸中進行陽極氧化，通常是作為粘合劑的表面製備。這在標準ASTM D3933中進行了描述。
鑽
陽極氧化劑也可以在硼酸鹽或防sttrate浴中進行，其中氧化鋁不溶。在這些過程中，當零件被完全覆蓋時，塗料的生長停止，並且厚度與施加的電壓線性相關。相對於硫酸和鉻酸過程，這些塗層不含毛孔。這種類型的塗層被廣泛用於製造電電容器，因為薄鋁膜（通常小於0.5μm）可能會被酸性過程刺穿。
血漿電解氧化
血漿電解氧化是一個相似的過程，但是在施加較高電壓的情況下。這會導致火花發生，並導致更多的結晶/陶瓷類型塗層。
其他金屬
鎂
鎂主要作為油漆的底漆陽極氧化。薄（5μm）的薄膜足夠了。用油，蠟或矽酸鈉密封時，較厚的25μm及向上的塗層可以提供輕度的耐腐蝕性。鎂陽極氧化標准在AMS 2466，AMS 2478，AMS 2479和ASTM B893中給出。
鈮
Niobium以與鈦相似的方式陽極陽極，其中各種有吸引力的顏色是由不同膜厚度的干擾形成的。同樣，膜的厚度取決於陽極電壓。用途包括珠寶和紀念硬幣。
坦塔爾
坦塔爾陽極與鈦和niobium相似，並在不同的膜厚度下乾擾形成了一系列有吸引力的顏色。同樣，膜的厚度取決於陽極電壓，通常根據電解質和溫度的不同，每伏的18到23埃23埃。用途包括觸覺電容器。
鈦
陽極氧化氧化物層的厚度在30納米（1.2 × 10 -6英寸）的範圍內到幾微米。鈦陽極氧化標準由AMS 2487和AMS 2488給出。
AMS 2488 III型鈦陽極氧化鈦產生一系列不同的顏色，沒有染料，有時會用於藝術，服裝珠寶，身體刺穿珠寶和結婚戒指中。形成的顏色取決於氧化物的厚度（這取決於氧化電壓確定）；這是由於光線從氧化物表面反射出來的光線而導致的光線穿過氧化物表面並反射下面的金屬表面引起的。 AMS 2488 II型陽極氧化產生較厚的啞光灰色飾面，具有較高的耐磨性。
鋅
鋅很少陽極氧化，但是由國際鉛鋅研究組織開發了一個過程，並由MIL-A-81801涵蓋。磷酸銨，鉻酸銨和氟化銨的溶液，電壓高達200 V，可產生高達80μm厚的橄欖綠色塗層。塗料堅硬且耐腐蝕。
鋅或鍍鋅鋼可以在較低的電壓（20–30 V）處氧化，並使用含有不同濃度濃度矽酸鈉，氫氧化鈉，硼砂，硼酸鈉，亞硝酸鈉和鎳硫酸鹽的矽酸鹽浴中的直流電流。
染色
最常見的陽極氧化過程，例如鋁上的硫酸會產生一個可以容易接受染料的多孔表面。染料顏色的數量幾乎是無盡的。但是，產生的顏色往往會根據基礎合金而變化。由於它們相對便宜，該行業中最常見的顏色是黃色，綠色，藍色，黑色，橙色，紫色和紅色。儘管有些人可能更喜歡較淺的顏色，但實際上，它們可能很難在某些合金上產生，例如高纖維鑄造等級和2000系列鋁合金合金。另一個問題是有機染料的“輕度” - 某些顏色（紅色和藍色）特別容易褪色。黑色染料和無機均值產生的黃金（草酸三銨）更輕快。染色的陽極氧化通常密封以減少或消除染料出血。由於分子的大小較大，因此不能比氧化物層的孔徑大。
或者，金屬（通常是錫）可以在陽極塗層的孔中進行電解沉積，以提供更輕快的顏色。金屬染料顏色的範圍從淡香檳到黑色。青銅色陰影通常用於建築金屬。或者，顏色可以與電影不可或缺的成績產生。這是在使用有機酸與硫酸電解質和脈衝電流混合的有機酸過程中完成的。
飛濺效果是通過將未密封的多孔表面染成較淺的顏色而產生的，然後將深色染料濺到表面上。由於有色染料會互相抵抗並留下斑點效果，因此也可以交替使用水性和溶劑的染料混合物。
另一個有趣的著色方法是陽極氧化干涉著色。由於水油界面反射的光與油膜的表面反射的光線之間的干擾，靜止在水面上的薄油膜顯示出彩虹色調。由於沒有調節油膜的厚度，因此產生的彩虹顏色似乎是隨機的。
在鋁的陽極化著色中，通過在多孔結構的底部沉積可控的金屬層（通常是錫）來實現所需的顏色。這涉及對鋁基材和上金屬表面的反射。當沉積金屬層變厚時，干擾引起的顏色從藍色，綠色和黃色轉移到紅色。除了特定的厚度之外，光學乾擾還會消失，顏色變成青銅。干涉色陽極氧化鋁零件具有獨特的品質：它們的顏色在不同角度觀看時會有所不同。干擾著色涉及三步過程：硫酸陽極氧化，陽極孔的電化學修飾和金屬（TIN）沉積。
密封
密封是陽極氧化過程中的最後一步。酸性陽極溶液在陽極塗層中產生毛孔。這些毛孔可以吸收染料並保留潤滑劑，但也是腐蝕的途徑。當潤滑特性並不關鍵時，通常在染色後將其密封以增加耐腐蝕性和染料保留。密封有三種最常見的類型。
- 長時間浸入沸騰的熱量-96–100°C（205–212°F） - 降級或蒸汽是最簡單的密封過程，儘管它並不完全有效，並且可以將耐磨性降低20％。氧化物被轉化為水合形式，產生的腫脹降低了表面的孔隙率。
- 中等溫度密封工藝在含有有機添加劑和金屬鹽的溶液中起作用160-180°F（70–80°C）。但是，此過程可能會浸出顏色。
- 冷密封過程，在室溫浴中通過密封劑浸沒孔，由於節能而更受歡迎。用這種方法密封的塗層不適合粘合劑粘合。通常使用特氟龍，乙酸鎳，乙酸鈷，二十五氯酸鉀密封劑。 MIL-A-8625需要密封薄塗層（I型和II型），並允許它作為厚的塗料（III型）。
打掃
未定期清潔的陽極鋁表面容易受到面板邊緣染色的影響，面板邊緣染色是一種獨特的表面染色類型，會影響金屬的結構完整性。
對環境造成的影響
陽極氧化是更環保的金屬精加工過程之一。除了有機（又名積分顏色）陽極氧化外，副產品僅包含少量的重金屬，鹵素或揮發性有機化合物。整體顏色陽極氧化不會產生任何VOC，重金屬或鹵素，因為在其他過程的廢水流中發現的所有副產品都來自其染料或鍍層材料。最常見的陽極氧化廢水，氫氧化鋁和硫酸鋁，是回收用於製造明礬，發酵粉，化妝品，新聞和肥料的製造或工業廢水處理系統的。
機械考慮
由於氧化物產生的空間比轉換的鹼金屬更大，因此陽極氧化會升高表面。除非有緊張的公差，否則這通常不會是結果。如果是這樣，則在選擇加工尺寸時必須考慮陽極氧化層的厚度。工程圖的一般練習是指出“尺寸在所有表面完成後都適用”。這將迫使機械車間在陽極氧化前執行機械零件的最終加工時考慮陽極氧化的厚度。同樣，在螺紋以接受螺釘的情況下，陽極氧化可能會導致螺釘結合，因此可能需要用水龍頭將螺紋孔追逐以恢復原始尺寸。或者，特殊的超大水龍頭可用於預償這種增長。對於接受固定直徑的銷釘或桿的未線孔，一個稍微超大的孔可以允許尺寸變化。根據陽極塗層的合金和厚度，同樣的塗層可能對疲勞壽命產生顯著負面影響。相反，陽極氧化可能通過防止腐蝕點增加疲勞壽命。