表面处理—阳极氧化

表面处理—阳极氧化

阳极氧化（Anodic Treatment）是一种用于保护铝或铝合金表面的表面处理工艺。可以毫不夸张地说，工业上使用的大多数铝产品都采用了这种处理工艺。在本篇文章中，将会为您讲解阳极氧化的特征、优点和缺点。

阳极氧化的特征

阳极氧化是一种在铝或铝合金表面产生人工氧化膜的处理工艺。虽然铝通常被认为是一种不易生锈的金属，但铝本身实际上具有很高的电离趋势，很容易与包括水和氧气在内的各种化学品发生反应。因此，当暴露在空气中时，铝会与空气中的氧气结合并产生一层氧化铝薄膜。

氧化铝（AI203）具有化学性质非常稳定的特征。因此，其对气以及液体和酸都有抵抗力，不会进一步发生反应。也就是说，铝具有即使不做任何特殊处理，其表面产生的氧化膜层也能够一定程度保护内部免受腐蚀。所以铝合金作为不易生锈的金属而得到广泛应用。

具有这种能够利用表面自然形成的薄膜保护其内部特性的金属，称为自钝化金属。

然而，这种自然形成的氧化膜非常薄，只有大约2nm左右，即使是最轻微的划痕也会导致其内部暴露出来。所以其防腐蚀效果并不强。而对铝或铝合金进行电解处理，以通过人工手段在其表面产生氧化膜的处理工艺，就是阳极氧化处理。将铝浸泡在诸如硫酸、铬酸、磷酸或草酸等酸性水溶液中，并以铝作为阳极进行电解，则会发生阳极氧化，从而在铝的表面产生氧化膜。这一处理工艺称为阳极化处理。也被称为阳极氧化处理。

通过阳极氧化处理产生的氧化膜厚度达到5~70um，结构类似于蜂巢，是有规则排列的六边形结构，且中心有开放的微孔。

阳极氧化的另一个特征在于，氧化膜的一部分从基材表面向外生长，而另一部分则从基材的表面向内渗透式地生长。因此，对部件进行过阳极氧化处理之后再次重新进行阳极氧化处理时，必须剥除已被阳极氧化的部分，从而导致基材厚度减小，壁厚变薄。随着阳极氧化膜向外生长，产品的外形尺寸会发生变化。例如，标准的白色阳极氧化膜厚度大约为10um左右，所以可以认为阳极氧化膜的外形会向外膨胀5um左右。

对于非贯穿式螺纹孔等盲孔，即使事先进行了脱脂处理，孔中也可能会有切削油残留，在某些情况下，这些溶液可能会在阳极氧化处理过程中喷出，因此必须予以注意。

阳极氧化的种类

根据颜色和表面处理，阳极氧化可分为若干不同种类。下面介绍其中最具代表性的3种。

白色阳极氧化

这是最常见的阳极氧化。其并非呈现出白色，而是使基底材料的本色略显暗淡。膜厚在10μm左右。

黑色阳极氧化

阳极氧化可以染色成各种颜色。其中，染成黑色的称为黑色阳极氧化。这是彩色阳极氧化中最常用的一种。

阳极氧化（哑光效果）

哑光效果的阳极氧化可以通过在阳极氧化前对材料进行喷砂处理来实现。这是阳极氧化中装饰性最强的一种，除了白色之外，还可以染成其他各种颜色。

阳极氧化的优点

除了铝材本身的防腐蚀特性外，阳极氧化还具有其他诸多优点。

不会剥落

阳极氧化一边侵蚀基材一边不断增长，并与基础材料融为一体。因此不同于镀膜或是涂装，不会剥落。

耐腐蚀性强，不易变色或被腐蚀

阳极氧化的主要成分是氧化铝（AI203），其化学性质稳定，不容易与其他化学物质发生反应。通过对氧化膜上形成的微孔做封孔处理，可以提供更高的耐腐蚀性。由此可以实现不易变色、不易被腐蚀的特性。

氧化膜非常坚硬，耐磨损性好

铝本身是一种相当软的金属，容易加工、易于变形。表面硬度只有Hv20150左右。然而，由于氧化铝是一种非常硬的物质，所以阳极氧化的表面硬度提升到了Hv200600左右。耐磨损性由此得以提升。

尤其是膜厚超过20um的硬质阳极氧化，硬度高达Hv400以上，表面硬度甚至超过不锈钢。因此也可用于轴等滑动部件。

可染色为各种不同颜色，外观美观

如前所述，阳极氧化形成的薄膜上具有规则排列的微孔。让染料吸附在这些微孔中，可以着色为各种不同色泽，这也是阳极氧化的优点之一。阳极氧化的着色，是在电解处理之后、微孔封孔处理之前，通过将部件浸入溶解有着色材料的溶液中进行着色。由此可以实现不同于涂装的、具有金属光泽的美观表面。此外，由于阳极氧化本身具有高硬度，所以这种美观状态不易受损。因此，阳极氧化产品常被用于诸如建筑外墙和设备外壳等需要美观的部位。

绝缘性高，不导电

通过阳极氧化工艺形成的氧化铝膜不导电。铝本身具有高导电性，但通过进行阳极氧化处理，可以使其变为绝缘。反之，如果需要导电性，可以通过切削来去除阳极化膜层，以露出基材。

热导率低但是散热性高

阳极氧化的热导率低，具有隔热性。但是另一方面，其具备远红外等的辐射性高、高散热性高的特点。因此，经过阳极氧化处理后的铝部件常被用作暖气片等散热部件。

阳极氧化的缺点

尽管阳极氧化具有诸多优点，但是也有其缺陷及及相应的注意事项。

缺乏韧性而易碎

氧化铝是非常坚硬的薄膜。因此其自身也有缺乏韧性、易碎的缺点。如果在阳极氧化处理之后进行钻孔加工或弯曲加工，则可能会导致薄膜出现裂纹，进而会导致阳极氧化从裂纹处开始剥落。理想情况下应在实施阳极氧化处理前预先完成所有加工工序，而如果是采购阳极氧化处理后的材料进行加工，则应小心阳极氧化膜发生破损。

耐热性低

由于阳极氧化膜很脆，因此容易受到基材变形和膨胀收缩的影响也是其缺点之一。尤其是作为其基材的铝是一种很容易发生热膨胀的材料，在超过100℃的环境中，阳极氧化膜可能会出现裂纹或是剥落。

尽管阳极氧化膜是种稳定而坚固的薄膜，但是铝基材自身特性所产生的影响难以避免。因此需要注意，这一工艺不适合用于高温场所或是温度变化较大的场所。

阳极氧化的主要用途

阳极氧化处理广泛应用于各种场合。下面列举一些代表性的具体应用案例。

饭盒、水壶、锅碗瓢盆等厨房用品

阳极氧化处理可以使轻质铝耐腐蚀、耐刮擦的特性，是经常接触水的厨房用具的理想选择。老式的铝制饭盒、水壶和锅等都经过阳极氧化处理。

智能手机等的家电部件

阳极氧化具有美丽的外观和抗划伤性，常用于家电产品的零部件。具有高度装饰性的阳极氧化工艺经常被用于增加家电产品的附加价值。

窗框等建材

具有高耐腐蚀性、高装饰性的阳极氧化也常用于建材。如车棚柱、金属邮箱、窗框等，在建筑周边也经常能够看到阳极氧化产品。

火车、飞机等的内饰件

为了提升燃料效率以及节能，交通工具需要实现轻量化。为此大量使用了铝部件以及经过阳极氧化处理的产品。

铝轮毂等汽车零部件

耐腐蚀、耐磨损的阳极氧化产品也是汽车底盘的理想选择。

光学元件

阳极氧化的优点在于具有较高的装饰性，能够染色成各种颜色。光学元件周边经常使用不易反光的黑色阳极氧化部件。

半导体元件

阳极氧化还具有高绝缘性与高散热性。因此，电子设备上的半导体周边元器件上也大量使用阳极氧化产品。

LED等照明设备

照明灯具是电气产品中对于设计性要求最高的产品。阳极氧化处理后的产品不仅具有很强的装饰性，还具备散热性，因此也被应用于照明设备。

医疗设备

医疗设备等要求保持卫生的设备，必须不易划伤。这是因为污垢会在划痕中累积，从而危害到卫生状况。阳极氧化产品重量轻、耐刮擦、耐腐蚀，适合于要求卫生的场合。

铭牌和装饰板

阳极氧化也适用于装饰板等客户需要各种颜色的零部件。这里所列举出来的仅为一部分阳极氧化使用案例。常见的铝制品中，大多数都可以被认为是经过阳极氧化工艺处理的。

总结

阳极氧化是一种利用电解处理在铝或铝合金表面产生氧化膜的处理工艺。通过阳极氧化处理得到的薄膜，其主要成分是氧化铝，是耐腐蚀、高硬度的薄膜，具有高耐腐蚀性和高耐磨性。阳极氧化的另一个特点，是其可以染成各种颜色，因此也多用于需要装饰性的部件。另一方面，由于阳极氧化膜硬且脆，可能会因阳极氧化处理后的机加工以及作为基材的铝本身的变形、膨胀和收缩而发生开裂或剥落，所以使用中必须小心注意。铝制品一般都会经过阳极氧化处理，并被应用于许多场合中。