在現(xiàn)實(shí)工藝中，針對(duì)鋁合金的陽極氧化，比較多，可以應(yīng)用在日常生活中，以為這種工藝的特性，使鋁件表面產(chǎn)生堅(jiān)硬的保護(hù)層，可用于生產(chǎn)廚具等日用品。但鑄造鋁的陽極氧化效果不好，表面不光良，還只能是黑色。鋁合金型材就要好一點(diǎn)。
近十年來，我國的鋁氧化著色工藝技術(shù)發(fā)展較快，很多工廠已采用了新的工藝技術(shù)，并且在實(shí)際生產(chǎn)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。已經(jīng)成熟和正在發(fā)展的鋁及其合金陽極氧化工藝方法很多，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，從中選取合適的工藝。
在選取氧化工藝之前，應(yīng)對(duì)鋁或鋁合金材質(zhì)情況有所了解，因?yàn)椋牧腺|(zhì)量的優(yōu)劣、所含成份的不同，是會(huì)直接影響到鋁制品陽極氧化后的質(zhì)量的。關(guān)于這一點(diǎn)，洪九德、范濟(jì)同志已有專門論述(參看《電鍍與涂飾》1982年第2期P.27)。比如，鋁材表面如有氣泡、劃痕、起皮、粗糙等缺陷，經(jīng)陽極氧化后，所有疵病依然會(huì)顯露出來。而合金成份，對(duì)陽極氧化后的表面外觀，也產(chǎn)生直接的影響。比如，含1～2%錳的鋁合金，氧化后呈棕藍(lán)色，隨鋁材中含錳量的增加，氧化后的表面色澤從棕藍(lán)色到深棕色轉(zhuǎn)化。含硅0.6～1.5%的鋁合金，氧化后呈灰色，含硅3～6%時(shí)，呈白灰色。含鋅的呈乳濁色，含鉻的呈金黃至灰色的不均勻色調(diào)，含鎳的呈淡黃色。一般而言，只有含鎂和含鈦量大于5%的鋁含金，經(jīng)氧化后可以得到無色透明且光亮、光潔的外觀。
在選擇好鋁及鋁合金材料后，自然就要考慮到選取合適的陽極氧化工藝。目前，我國廣泛應(yīng)用的硫酸氧化法、草酸氧化法及鉻酸氧化法，均在手冊(cè)、書刊上有過詳細(xì)的介紹，不必贅述。本文謹(jǐn)就目前在國內(nèi)正在發(fā)展中的一些新工藝，以及國外的一些方法，作扼要的介紹。
一、國內(nèi)已發(fā)展的新工藝
(一)草酸-甲酸混合液交流快速氧化
采用草酸-甲酸混合液，是因?yàn)榭紤]到甲酸是一種強(qiáng)氧化劑，在這樣的槽液中，甲酸起到對(duì)氧化膜內(nèi)層(阻擋層和障壁層)加速溶解，從而使成為多孔層(即氧化膜外層)的作用。這種槽液的導(dǎo)電率可以得到提高(即可提高電流密度)，使氧化膜能快速生成。與純草酸氧化法相比，這種溶液能使生產(chǎn)率提高37.5%，減少電耗量(草酸氧化法耗電量為3.32度/平方米，此法為2度/平方米)，節(jié)約電力40%。
工藝配方為:草酸4～5%、甲酸0.55%，三相交流44士2伏，電流密度2～2.5A/d㎡，溫度30±2℃。
(二)混合酸氧化
此法于1976年正式納入日本國家標(biāo)準(zhǔn)，并為日本北星日輕家庭用品株式會(huì)社所采用。其特點(diǎn)是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐腐蝕性能都比普通的硫酸氧化法高，膜層呈銀白色，適用于印花、著色產(chǎn)品。我國鋁制品行業(yè)赴日考察后，于1979年開始推薦使用。其推薦工藝配方為:H2SO4 10～20%，COOHCOOH·2H2O 1～2%，電壓10～20V，電流密度1～3A/d㎡，溫度15～30℃，時(shí)間30分鐘。
(三)瓷質(zhì)氧化
瓷質(zhì)氧化主要以鉻酸、硼酸、草酸鈦鉀為電解質(zhì)，用高電壓和較高溫度作電解處理。其膜層外觀像瓷器上的釉，有高度的抗腐蝕性能，耐磨性能良好，膜層可用有機(jī)或無機(jī)的染料染色，使外觀有特殊的光澤和色澤。目前多應(yīng)用于鋁炊具、打火機(jī)、金筆等產(chǎn)品上，很受群眾喜愛。
(四)國防色氧化
國防色氧化主要應(yīng)用在軍用鋁制品的裝飾上，因而要求有特殊的防護(hù)作用。氧化膜呈軍綠色、無光澤、耐磨耐用，防護(hù)性能良好。工藝是:首先進(jìn)行草酸氧化，生成金黃色膜層后，再用高錳酸鉀20g/l、H2SO41g/l的溶液進(jìn)行陽極氧化處理而成。沈陽鋁制品廠曾應(yīng)用此工藝生產(chǎn)軍用水壺及炊具用品。
(五)多色氧化
將已染色而未封閉的陽極氧化層，用鉻酸或草酸潤濕，使CrO3鋪展，已染色的制品的部份表面在被CrO3潤濕后褪色，按需要在任意部份用水將草酸或鉻酸洗去，一般可以停止與圖象反應(yīng)。然后再染第二次色或反復(fù)進(jìn)行CrO3揩拭、沖水、染色等程序，就可以根據(jù)需要出現(xiàn)花朵、云彩等圖案。目前多應(yīng)用在金杯、水杯、茶盒、打火機(jī)等產(chǎn)品。
(六)大理石花紋染色工藝
把氧化后的制品先染第一道底色后，經(jīng)干燥，再浸入表面浮有油脂的水中，再提起或浸入時(shí)，油脂和水分別自然流掛，使膜層呈不規(guī)則的條紋狀的油脂所沾污。當(dāng)再染第二道色時(shí)，氧化膜受油脂沾污處就染不上色，沒有油脂的部位則染上第二種色調(diào)，形成如大理石花紋狀的不規(guī)則圖案。此法可見諸廣東國營陽江小刀廠周守禹同志的文章(《電鍍與涂飾》1982年第2期)。
(七)化學(xué)蝕刻氧化
鋁制品經(jīng)機(jī)械拋光及脫脂后，涂復(fù)掩蔽劑或感光，干燥后進(jìn)行化學(xué)刻蝕(氟化物或鐵鹽類的浸蝕劑)，形成凹凸圖案。再經(jīng)電化學(xué)拋光及陽極氧化，呈現(xiàn)出主體感很強(qiáng)的表面圖案，能與不銹鋼的表面外觀相媲美?，F(xiàn)多應(yīng)用于金筆、茶盒及屏風(fēng)等。
(八)常溫快速陽極氧化
通常H2SO4氧化均需用降溫設(shè)備，因而耗費(fèi)大量電力。加入α-羥基丙酸、丙三醇后，能抑制氧化膜的溶解，從而可在常溫下進(jìn)行氧化。與普通的硫酸氧化法相比，膜層厚度可提高2倍。推薦的工藝配方為:
H2SO4 150～160g/l
CH3CH(OH)COOH 18ml/l
CH2OHCHOHCH2OH 12ml/l
電流密度 0.8～12A/d㎡
電壓 12～18伏
溫度 18～22℃
(九)化學(xué)氧化法(又稱導(dǎo)電氧化膜)
膜層的抗蝕性能接近于硫酸陽極氧化膜。導(dǎo)電氧化膜層接觸電阻較小而能導(dǎo)電、而H2SO4陽極氧化膜因接觸電阻極大而不能導(dǎo)電。導(dǎo)電氧化膜的耐腐蝕性能比鋁上鍍銅、鍍銀或鍍錫強(qiáng)得多。缺點(diǎn)是膜層上不能錫焊，只可作點(diǎn)焊。推薦工藝配方為:CrO3 4g/l，K4Fe(CN)6·3H2O 0.5g/l，NaF 1g/l，溫度20～40℃，時(shí)間20～60秒。
鋁材陽極氧化選用鋁材時(shí)，還應(yīng)注意：
1)選用的鋁材表面不應(yīng)有嚴(yán)重的劃傷，組織缺陷和夾雜。它們會(huì)影響氧化膜層的外觀和抗蝕性。
2)某些鋁合金應(yīng)使用合理的規(guī)范進(jìn)行熱處理。晶粒的大小對(duì)氧化膜的結(jié)構(gòu)和性能有一定影響。粗大的晶粒在氧化過程中反應(yīng)不均勻，常出現(xiàn)橘皮狀外觀。因此，一般均希望鋁材有較細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)。
二、國外新工藝介紹
近幾年來，國外在鋁材表面處理方面發(fā)展得很快，原來的一些費(fèi)人力、費(fèi)電力和資源的老工藝已得到改革，一些新工藝、新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
(一)高速陽極氧化法
高速陽極氧化工藝主要是通過改變電解溶液的組成，降低電解液的阻抗，從而使能采用較高的電流密度進(jìn)行高速陽極氧化。原來舊工藝的溶液，采用1A/d㎡的電流密度的成膜速度為0.2～0.25μ/分，采用這種新工藝溶液后，即使仍用1A/d㎡的電流密度，成膜速度亦可增至0.4～0.5μ/分，大大縮短了處理時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
(二)富田式(高速氧化)法
富田式法比舊工藝處理時(shí)間要短得多，生產(chǎn)效率可提高33%以上。本法不但適用于普通陽極氧化膜，也適用于硬膜氧化。
如要產(chǎn)生硬質(zhì)膜，則用降低溶液溫度的方法來實(shí)現(xiàn)，其成膜速度大體與上表所列相同。膜層硬度與溶液溫度的關(guān)系如下:
10℃——硬度500H，20℃——400H，30℃——30H
(三)紅寶石膜
鋁材表面生成紅寶石膜的工藝是一種新穎的工藝，其膜層色澤可以與人造紅寶石的色澤媲美，因而裝飾性效果極佳，抗腐蝕性能和耐磨性能也良好。還可通過溶液中所含金屬氧化物之種類不同來制備出色彩各異的外觀。該工藝方法是:首先用15%的硫酸進(jìn)行陽極氧化，采用的電流密度為1A/d㎡，時(shí)間80分鐘。取出后可根據(jù)顏色深淺程度要求，把工件浸入不同濃度的(NH4)2CrO4溶液中，溫度40℃，時(shí)間為30分鐘，主要是讓金屬離子進(jìn)入多孔性的陽極氧化膜孔源中去。然后再放入硫酸氫鈉(1克分子量)、硫酸氫銨(1.5克分子量)，溫度170℃，電流密度1A/d㎡，經(jīng)過上述處理后，可獲得紫紅色并閃爍著螢光的紅寶石膜。如果浸的是Fe2(CrO4)3、Na2CrO4，則生成的膜呈藍(lán)色帶深紫色螢光。
(四)淺田法電解著色
淺田法電解著色是在陽極氧化之后，通過電流電解，使金屬陽離子(鎳鹽、銅鹽、鈷鹽等)穿入氧化膜的針孔底部，從而著出顏色。這一工藝近年來發(fā)展得較快，主要是它能獲得青銅色系和黑色，受建筑行業(yè)的歡迎。所著色澤有很穩(wěn)定的耐光性，也能耐惡劣氣候條件。本工藝比自然著色法能節(jié)省電能。日本的建筑用鋁型材幾乎都已采用此法著色。我國天津、營口、廣東等地亦已引進(jìn)了此種技術(shù)及全套設(shè)備。廣東有些單位亦已試驗(yàn)成功，應(yīng)用于生產(chǎn)。
(五)自然著色法
自然著色法是一次電解完成著色的。溶液種類也有好幾種，有用磺基水楊酸和硫酸的，有用磺基鈦酸和硫酸的，也有用磺基水楊酸和馬來酸的。由于自然著色法大部份都采用有機(jī)酸，所以氧化膜比較致密，膜層有優(yōu)良的耐光性、耐磨性和耐蝕性。但此法的缺點(diǎn)是:要得到優(yōu)良的顏色，必須嚴(yán)格控制鋁合金材料的成份才行。
1．硫酸陽極氧化
硫酸陽極氧化有以下特點(diǎn)：
(1)槽液成本低，成分簡單，操作維護(hù)簡便，一般只需將硫酸稀釋到一定的濃度即可，無需添加其他化學(xué)藥品，推薦使用化學(xué)純硫酸，雜質(zhì)較少的工業(yè)級(jí)硫酸也可采用，所以成本特別低。
(2)氧化膜透明度高。純鋁的硫酸陽極氧化膜，是無色透明的，對(duì)于鋁合金，隨著合金元素Si、Fe、Cu、Mn的增加，透明度會(huì)下降。相對(duì)其他電解液，硫酸陽極氧化膜的顏色是最淺的。
(3)著色性高，硫酸氧化膜透明，多孔層吸附性強(qiáng)，易于染色和著色，著色鮮艷不易退去，有很強(qiáng)的裝飾作用。
(4)硫酸陽極氧化操作條件為：
H2SO4(體積) 10％～30％
溫度℃ 18～22
Al/g.L-1 ≤20
電流密度/A.dm-2 0.6～3
時(shí)間/min 10～60
2．草酸和鉻酸陽極氧化
草酸陽極氧化在日本應(yīng)用較普遍，草酸氧化膜的特點(diǎn)和硫酸氧化膜相近，孔隙率低于硫酸氧化膜，耐蝕性和硬度高于硫酸氧化膜。草酸的槽液成本和操作電壓高于硫酸，有些合金的草酸氧化膜顏色較深。草酸和硫酸陽極氧化都需要良好的冷卻系統(tǒng)配套。
草酸陽極氧化操作條件為：
草酸(體積分?jǐn)?shù)) 2％～10％
溫度/℃ 15～35
電流密度/A.dm-2 0.5～3
電壓/V 40～60
鉻酸陽極氧化膜特別耐腐蝕，主要應(yīng)用干飛機(jī)制造工業(yè)，鉻酸氧化膜和油漆的附著力強(qiáng)，也用于作油漆的底層，鉻酸陽極氧化膜灰色不透明，一般不用于裝飾。
鉻酸陽極氧化操作條件為：
Cr03/g.L-1 30～100
溫度/℃ 40～70
電流密度/A.dm-2 0.1～3
電壓/V O～100
時(shí)間/min 35～60
3.硬質(zhì)陽極氧化
在二世界大戰(zhàn)后期，為了提高陽極氧化膜的硬度和厚度，把硫酸氧化槽的溫度降低至0℃，電流密度提高至2.7～4.0A/dm2，獲得了25～50μm的“硬質(zhì)氧化膜”。用草酸加少量硫酸可以在5～15℃得到硬質(zhì)氧化膜。有些專利用優(yōu)化硫酸的濃度，加有機(jī)酸或其他添加劑，如苯六羧酸進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化。
在蘇格蘭，Campbell發(fā)明了采用交流—直流疊加電源，電解液高速流動(dòng)，0℃，電流密度25～35A/dm2，獲得100μm的硬質(zhì)陽極氧化膜。
現(xiàn)在，脈沖電流用于硬質(zhì)陽極氧化時(shí)，特別是高銅鋁合金一般很難硬質(zhì)陽極氧化，使用脈沖電流可以防止“燒蝕”。還有許多電源用于硬質(zhì)陽極氧化，交流加直流，各種頻率的單相或三相脈沖電流、反相電流等。傳統(tǒng)的直流硬質(zhì)陽極氧化，電流密度一般不能超過4.0A/dm2，單相整流脈沖電源，電流的脈沖峰值可以很大，但保持氧化膜厚度的均勻一致是重要的問題。
