手机外壳阳极氧化工艺原理与常见故障分析

2、硫酸的纯度要求： 最好用试剂，我们通常用CP（化学纯）
硫酸。
3、槽液维护
A、对槽液要定期进行分析，一般只分析 游离硫酸和铝含量。槽液在使用过程中， 游离硫酸浓度会逐渐下降，而铝含量上 升，当游离硫酸浓度降到规定浓度下限， 铝含量尚未升到上限时，只需计量添加 硫酸，但当铝含量超过规定上限时，应 排放部分（1/4~1/3）槽液，然后再计量 添加硫酸和去离子水。排放的硫酸溶液 可用耐酸泵抽入硫酸脱脂槽内二次利用。 降低氧化槽内的铝含量也可用硫酸回收 设备。
富有弹性，抗蚀性好，但耐磨性较差；
3、电压： A、电压高，氧化膜生长速度提高，孔隙增多，易染色，硬度和耐磨性提高。 B、电压低，生成氧化膜的速度慢，膜层较致密。 4、氧化时间： 根据硫酸浓度，溶液温度、电压，膜厚而定，其它条件不变，时间越长，膜厚越
厚，但达到一定厚度时，膜厚将不会增加（即膜的溶解速度与生长速度相等）。
• 因氧化膜电阻较大,在电流 作用下产生很高的焦耳热,如不 及时扩散,工件易被烧损,即使 不烧烂,生成的膜多疏松,甚至 粉化。一般采用压缩空气搅拌,
用于搅拌电解液的压缩空气必
须经过油水分离器净化,以免污 染槽液;
• 9、材质影响： • 所谓材质不仅仅指合金成
分,还包括组织状态(热处理状 态)和表面加工状态。铝越纯, 生成氧化膜透明光亮,否则,氧 化膜透明度和光亮度越低,且抗 蚀力越差,组织状态或加工不同， 形成氧化膜不均匀。
C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解，
。 凹处逐渐变成孔穴，凸处变成孔壁，阻挡层向多孔层转移
D.多孔膜形成过程： 1.阳极氧化初期，电流密度一般均超出临界电流密度，形成均匀的壁垒型膜； 2.壁垒型膜逐渐成长。当电流密度低于临界值时，铝离子不能再形成新膜物
质，膜的表面暴露在电解液中受到浸蚀；
AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O
E、H2SO4物理性质：
①98.3%的浓H2SO4，是无色粘稠 状液体,沸点338度,是一种难挥发 性的酸 ②化学性质： a.强酸性； b.易与活泼金属反应； c.浓H2SO4具有吸水性，结合水后 放出大量的热，常温下， 浓 H2SO4遇铁、铝合金发生钝化。
7、电流密度： 电流密度越大，膜较硬，耐磨性好，
但电流密度过高，则会因焦耳热影响， 使膜层溶解作用增加，电流密度过高， 膜层氧化时间过长，膜疏松，硬度降低， 对于需染色或电解着色的氧化膜，电流 密度宜取1.5A/dm2~2.0A/dm2,装饰性阳 极氧化膜电流密度宜取0.5~0.8A/dm2;
• 8、搅拌影响：
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偶然发生铝合金硫酸阳极氧化后氧化膜暗淡无光,有 时产生点状腐蚀,严重时黑色点状腐蚀显著,导致零件 报废,引起较大损失.
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、泥砂等较多， 往往会使铝合金制件发生电化学腐蚀，发生点状腐
加入适量羧酸或丙三醇可有效减少反应热效应的不良影响， 可以在不降低氧
四、草酸阳极氧化： • 草酸阳极氧化膜的耐蚀性和耐磨性比硫
酸阳极氧化均有所提高，且富有弹性，孔隙 率小，绝缘性好，且装饰性优于硫酸阳极氧 化，另生产成本是硫酸阳极氧化的3-5倍； • 性质：氧化膜颜色称黄褐色，且随膜厚增加，
颜色逐渐加深。
5、杂质离子影响： 可能存在的杂质离子：CLˉ、F ˉ、NO3 ˉ、AL3﹢、CN2 ﹢ 、 Fe 2 ﹢ 、Si 2 ﹢等
A、 CLˉ、F ˉ、NO3 ˉ等阴离子含量高时，氧化膜孔隙增加表面粗糙、疏松。 CLˉ﹤0.05g/L F ˉ ﹤0.01g/L
B、 AL3﹢、CN2 ﹢ 、Si 2 ﹢主要影响氧化膜色泽，透明度和抗蚀性。
• 酸阳极氧化槽,往往处理1-2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, 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15-24℃,氧化膜质 量较佳.若电解液温度超过30 ℃,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
(四）常见故障及分析: (1)铝合金制品经硫酸阳极氧化处理后,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. 上述故障原因,一般与铝和铝合金的成分、组织及相的均匀性等有关，或者
与电解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，膜的质量也较佳。而铝硅合金或含铜量较高 的铝合金，氧化膜则较难生成，且生成的膜发暗、发灰、光泽性不好。
蚀黑斑等。有时向电解液中添加自来水，水经漂白 粉处理且Cl-含量超标或有时盛装过HCl的容器未经 彻底清洗又盛装硫酸，都会使阳极氧化电解液中混 入超量的Cl-，从而导致铝合金零件阳极氧化产生点 状腐蚀使产品报废等。
• 使用，必须彻底退除其表面氧化膜，确保良好接触。工夹具 既要保证足够导电接触面积，又要尽量减少夹具印痕。如果 接触面太小，会导致烧损熔蚀阳极氧化零件。
C、阳极氧化分类： ①硫酸阳极氧化； ②草酸阳极氧化； ③铬酸阳极氧化； ④磷酸阳极氧化； ⑤瓷质阳极氧化； ⑥硬质阳极氧化; ⑦微弧阳极氧化。
D、阳极氧化机理
1、电极反应：
阳极：H2O—2E→2H++[O] 2AL+3[3O] →AL2O3+1670.5J
阴极: 2H++2E →H2↑
膜的溶解：
• (3)硫酸阳极氧化溶液的温度必须严格控制,最佳温度范围是 15-25℃.硫酸阳极氧化工艺过程中需采用压缩空气搅拌,并应 配备制冷装置.在无制冷装置的情况下,在硫酸电解液中加入 1.5%-2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸，可以使阳极氧化 溶液温度范围超过35 ℃而避免或减少氧化膜的疏松或粉化。 一些工艺试验和生产实践已证实，在硫酸阳极氧化电解液中
2、氧化膜的生长过程： 总体上说包含两个方面：
一是膜的生成过程； 二是膜的电化学溶解过程.
A
B
C
AL2O3.H2O
多孔层 阻挡层 铝基体
A.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一层致密无孔 的阻挡层,其厚度取决于槽电压。 B.由于氧化铝原子体积大，故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平， 造成电流分布不均匀，凹处电阻小，电流大，凸处相反。
• Cl-≤0.04g/L.
4、操作注意事项： （1）零件在小电流密度下带电入槽，呈阶梯式
逐步升高电压，防止烧穿或氧化膜不均；
（2）电压不宜超过120V，保持在110V，且电 压自然下降；
（3）强性冷却保持电解液温度恒定。
五、硬质阳极氧化
（也称膜厚阳极氧化）
• 1、工艺：低温、高压、强烈搅拌以
获
1、工艺：
草酸（C2H2O4.2H2O）：40~60g/L 温度：20~30℃ 电流密度：1.5~4.5A/dm2
电压:90~150V 时间:40~60分钟
2、槽液配制：
用4/5工作体积用的去离子水或蒸馏水加热至70~80℃，在搅拌条件下加入 所需量草酸；
• 3、电解维护：
• 因草酸在阳极能被还原为羟基乙酸，阳极上 被氧化成二氧化碳，故稳定性较差，约每 1A ·h通电消耗草酸0.13g-0.14g,草酸铝生成; 约1A ·h大约有0.08g~0.9g铝与草酸结合生成 草酸铝,可按铝溶解量的5倍补加草酸,电解液 对Al3+、Cl-等杂质较敏感，故Al3+≤2g/L
取厚而密的高硬度膜层；
• 2、性质特点：
• ①氧化膜较厚（可达250um~300um）一般工
业上通常膜厚通常在20~30um;
• ②氧化膜硬度高，耐磨性好，铝
• ③耐蚀性能好，长达数百小时盐雾试验，厚 膜甚至可达1000um以上；
• ④氧化膜熔点高达2050℃，耐蚀和隔热性能 极佳；
• ⑤氧化膜电阻率大，绝缘性能好，击穿电压 最高可达2000V；
。 阶段结束，阳极氧化进入稳态阶段
三、硫酸阳极氧化： (一)特性：
与草酸、铬酸相比、具有以下特点；
1、溶液稳定； 2、允许杂质含量范围大； 3、电能消耗少； 4、操作方便； 5、成本低； 6、要求温度低，须冷冻.
（二）工艺参数及操作条件：
H2SO4：10%-20% 160-200g/L AL 3+：3-15g/L 温度：视具体情况而定 15℃-26℃ 电压：视具体情况而定
3.进一步阳极氧化，溶液对膜的浸蚀变得不均匀； 4.形成的空洞之间存在发展竞争。这种发展有“自催化”作用； 5.发展较快的空洞(主空洞)在向膜深处和横向发展 6.主空洞继续沿纵向和横向发展，相邻主空洞之间互相靠近，主空洞之间的
小空洞停止生长；
7.空洞停止横向发展，仅沿纵向深入，孔径固定。此时，空洞的产生及发展
• ②温度：随温度降低，膜层硬度和耐磨性将 逐渐提高，温度公差控制在±2℃时，氧化膜 质量较高；在高电压作用下，随生产时间加 长，槽液温度逐渐上升，所以必须增加强制 冷却和强烈搅拌。
6V、8V、10V、13V、15V、17V 时间：视具体情况而定 10分-50分 搅拌：压缩空气搅拌
电源：直流电/交流电
注意事项： 1、硫酸电解液的配制； A.根据槽体的容积和硫酸浓度计算所需硫酸量 B.在槽内加3/4体积纯水,并打风搅拌； C.将硫酸缓缓加入槽内，并补充纯水至规定体
积(注意切勿将水加入硫酸中） D.冷却至工艺条件温度； E.化验室取样分析,OK后即可投入生产