什么是阳极氧化？工艺、类型、优点和用途

阳极氧化是一种表面处理方法，可以提高有色金属部件（通常是铝及其合金）的坚固性、耐腐蚀性、耐磨性和美观性。阳极氧化涉及通过电化学过程在基材表面形成一层薄薄的保护性氧化层。

阳极氧化法用途广泛，在各行各业中应用广泛。您可以涂上所需厚度和颜色的保护层。同时，它可以实现光滑均匀的表面处理，粗糙度值 (Ra) 低至 0.5µm。

本文将指导您了解阳极氧化表面处理的细节、其工艺、类型、特性、颜色选择、优点、应用等。

什么是阳极氧化？

这是一种在制造业中使用的表面处理方法，用于增强有色金属零件和产品的耐腐蚀性和表面强度。阳极氧化工艺使用电解机制来创建基材的氧化层。

您可能想知道它与电镀表面处理有何不同。电镀在基材表面沉积一层次级材料。例如，在铝上镀锌。同时，阳极氧化表面处理不应用任何附加材料作为涂层。相反，它会在金属表面形成一层阳极氧化层。这意味着在阳极氧化过程中，要阳极氧化的部件本身充当阳极。

阳极氧化层的厚度范围为 0.5-150 µm。但是，由于进一步氧化，在潮湿或恶劣的环境条件下工作时，阳极氧化层的厚度会随着时间的推移而增加。因此，具体的厚度水平还取决于您应用的阳极氧化类型，I 型、II 型或 III 型。

阳极氧化如何进行？

如前所述，阳极氧化工艺的工作原理基于电解工艺。基材（例如铝）连接到正极并充当阳极。另一方面，高导电性材料用作阴极（负极）。例如，铝或不锈钢是铝阳极氧化的合适阴极选择。因此，H₂SO₄（15-20% 重量）、CrO₃（3-10%）H₃PO₄（5-10%）是该工艺的常用电解质。

一旦通电，阳极就会发生氧化反应（失去电子），金属离子进一步与氧离子发生反应，形成氧化层。

此外，阳极氧化过程按时间顺序简要介绍其工作原理；

准备和清洁

首先，均匀光滑的表面对于阳极氧化层的应用至关重要。您可以通过机械处理和化学清洗来实现这一点。机械表面处理技术，如打磨、 珠光处理、研磨和 抛光 去除表面不规则和缺陷。而碱性或酸性清洗可去除油脂、油污、污垢和任何其他污染物，然后用去离子水冲洗以去除残留的清洁剂。因此，可以进一步清洁蚀刻以剥离薄表面层并形成均匀的哑光效果。

电化学过程

接下来，要阳极氧化的部件（假设为金属“M”）成为阳极，其他高导电性金属成为阴极，两者均浸入电解槽中。当电流流过此电解装置时，阳极会氧化并失去电子。

氧化；

金属（M）→ M ³⁺

接下来，金属离子与由于带正电荷而向其迁移的氧离子发生反应。此处，O²⁻来自电解液的解离。它们在阳极与金属离子发生反应，形成固体金属氧化物层。

2M³⁺ + 3O²⁻ → M₂O₃ (S，金属氧化物)

例如，实际反应是；

• Al（s）→Al³⁺ + 3e⁻
• H₃PO₄ → 3H⁺ + PO₄³⁻ 3 和 2H4O → O4 + XNUMXH⁺ + XNUMXe⁻
• 2Al3⁺ + XNUMXOXNUMX⁻ → AlXNUMXO₃ (s)

阳极氧化槽和反应

硫酸、铬、磷和其他阳极氧化槽可容纳模具以提供所需的颜色外观。在阳极氧化部件中应用颜色的常用方法如下：

• 染色： 多孔层吸收染料，将部件浸入染浴中即可获得各种颜色。
• 电解着色： 金属盐通过电化学方式沉积到层的孔隙中，从而产生持久、不褪色的颜色。
• 整体着色： 将颜色直接融入氧化层。通常，它会产生较暗的色调，如青铜色或黑色。

密封方法

我们只是说阳极氧化过程会在表面孔隙上产生染料。在这里，密封是必不可少的，以避免因这些孔隙而导致腐蚀、划痕和污渍形成的风险。如果密封不良或缺失，多孔金属氧化物层会积聚灰尘和碎屑。

您可以使用不同的技术、冷封、中温封和热封来密封阳极氧化表面。

密封方式	流程	浴液/溶液	结果
冷封	在室温下将部件浸入含有氟化镍的溶液中	氟化镍（NiF₂）	氟铝酸盐密封层
中温封口	浸泡在金属盐溶液中（60-80°C）。	醋酸镍、镁盐、钴盐	用金属盐密封毛孔
何氏封口	浸泡在接近沸腾的去离子水中（95-100°C）	去离子水	毛孔膨胀并闭合，形成致密层

阳极氧化技术考虑

技术考虑是指阳极氧化设备和工艺参数的相关考虑，从阳极氧化槽到 PH 值到过滤。一些常见的考虑如下。

阳极氧化槽设置

电解槽负责整个电解过程，它是将基材和阴极浸入电解槽的地方。电解槽通常由耐化学腐蚀的材料制成，如聚丙烯、PVC 或涂层不锈钢。为了固定阳极，电解槽包括一个支架机构，该支架机构进一步连接到电母线，以实现均匀且可控的电源。另一方面，一个单独的固定装置固定阴极，并连接到母线。

在阳极氧化槽设置期间，您需要考虑不同的因素；槽的尺寸、母线容量及其与机架的安全连接、阴极与阳极的面积比（1：1 或 1：3）、电解质杂质的过滤等。

酸性溶液的控制

- 酸性溶液的温度和浓度直接影响阳极氧化层的厚度和质量。高酸性浓度可能导致层生长更快，但会导致表面更粗糙或烧伤。因此，您需要监测溶液的 PH 值。如果发生任何变化，您可以根据为该过程设置的标准 PH 值添加缓冲溶液或中和溶液。

管理阳极氧化层和厚度

当电解质中的氧离子迁移到金属表面并与金属原子发生反应时，就会形成阳极氧化层。因此，层生长和厚度从根本上取决于影响金属和氧离子浓度的因素。例如，温度、电流密度、时间、酸浓度等。因此，您必须考虑到厚度要求和其他表面光洁度特性来设置所有加工参数。

阳极氧化槽维护

随着阳极氧化时间的推移，槽液开始积聚金属盐残留物和溶解化学物质等杂质。此外，金属离子浓度也趋于高于标准水平（最好小于 20 g/L）。这些杂质会影响工艺效率和整体质量。因此，过滤杂质并保持 PH 值、适当的搅拌和离子浓度至关重要。

阳极氧化的类型

根据酸浴类型和厚度能力，阳极氧化工艺有四种类型。它们被称为：I 型、II 型、II 型和磷酸阳极氧化。

铬酸阳极氧化（I 型）

如果您需要薄层，尤其是用于装饰和一些功能性用途，I 型或铬酸阳极氧化是理想的选择。但是，它可以在密封后模仿 II 型或硬涂层的性能。同时，层的厚度范围为 0.00002英寸-0.0001英寸。  

硫酸阳极氧化（II 型）

这是最常见的类型，使用硫酸作为电化学介质来形成氧化层。硫酸阳极氧化使用浓度为 15-20% 的溶液。它形成的氧化层比 I 型更厚，用途广泛。厚度范围为 0.0001“-0.001”。此外，II 型阳极氧化具有高耐腐蚀性和耐磨性，并提供多种颜色选择。

硬质阳极氧化（III 型）

III 型是最致密和最坚固的类型，适用于表面较厚的氧化物层。因此，它非常适合恶劣和化学环境。厚度可以从  0.0005“到0.006”硬质阳极氧化主要应用于高性能和低摩擦部件。硬质阳极氧化方法可以使用铬酸、硫酸或草酸作为电解液

磷酸阳极氧化

它主要是一种表面处理，而不是全面的防腐或耐磨处理。磷酸阳极氧化使用浓度为 15-30% 的磷酸溶液。与其他类型不同，它会形成非常薄且多孔的氧化层（< 0.0001 英寸）。它非常适合涂抹进一步的粘合剂或底漆。

下表总结了上述四种阳极氧化类型；

阳极氧化类型	厚度	颜色适应性	何时使用？	应用案例
铬酸阳极氧化（I 型）	0.00002” - 0.0001”	颜色选择有限（通常为灰色或深灰色）	如果要求厚度较小，且疲劳强度较高。	飞机部件、军事装备、精密仪器等。
硫酸阳极氧化（II 型）	0.0001“ -0.001”	几乎任何颜色都可以通过染色实现	通用阳极氧化需要兼具美观性和功能性。	消费电子产品、汽车零部件、建筑外墙和厨具。
硬质阳极氧化（III 型）	0.0005“到0.006”	仅限于较深的色调（灰色到黑色）	需要高耐磨性和耐腐蚀性的重型应用	液压缸、军用车辆、船用五金等。
磷酸阳极氧化	（< 0.0001”）。	有限，更多的是表面准备	用作涂料或油漆的底漆。	飞机结构粘接、涂料底漆等。

阳极氧化处理及其特性

根据电解质类型和其他工艺参数，阳极氧化表面可能具有独特的外观和特性。透明、明亮、拉丝和染色是其中的一些具体类型。每种阳极氧化表面都具有特定的外观和特性。下表重点介绍了它们的特性；

阳极氧化处理	描述	外观
透明阳极氧化	透明阳极氧化适用于需要自然金属外观的部件。厚度通常为	透明，即铝的本色
染色阳极氧化	它涉及透明阳极氧化，然后浸入染料中	根据所用的染料颜色
硬质阳极氧化	比标准阳极氧化更坚硬、更厚、更耐磨。	颜色较深（通常为灰色或黑色）
亮光阳极氧化	它涉及阳极氧化之前抛光表面以获得明亮而闪亮的表面。	高光泽和反光的表面。
拉丝阳极氧化	铝在阳极氧化之前经过拉丝处理，以获得纹理外观。	具有定向纹理图案的哑光饰面。

实现不同的阳极氧化颜色

正如前面所说的 阳极氧化表面具有孔隙，非常适合吸收各种颜色的染料，同时着色后可将这些孔隙封闭，使其经久耐用。

另外，金属或合金的类型、电解液、电流和电压的设置以及厚度也会影响 铝阳极氧化颜色 （不使用染料的颜色）。

染色工艺采用染料浓度为 0.025% 至 1% 的水溶液，温度为 150°F。 来源。因此，应在此溶液中添加相应的染料，并让零件吸收孔隙中的染料。另一方面，实现阳极氧化颜色的另一种方法是电解着色（在电解质中添加特定的盐）。

颜色	染料浸渍法	电解着色
清晰/自然	不含染料的阳极氧化	无
黑色	浸泡在黑色染料中	各种盐的高电流密度
黄金	浸泡在黄色染料中	金属盐（镍）
红色	浸泡在红色染料中	无
Blue	浸泡在蓝色染料中	无
绿色	浸泡在绿色染料中	无
青铜	无	金属盐（锡/镍）
紫色	浸泡在紫色染料中	无
自定义颜色	特定染料的混合	无

阳极氧化的好处  

无论是铝、镁、锌、钛还是其他任何兼容材料，阳极氧化处理都会在其表面形成一层硬涂层。除此之外，阳极氧化还具有与工艺、速度、成本和环境问题相关的其他优势。

以下是阳极氧化的主要优点；

耐腐蚀性

当氧化层薄膜与环境水分发生反应时，氧化层厚度会进一步增加。因此，阳极氧化部件具有很强的耐腐蚀性，还能保护其基材免受紫外线、热损伤和海洋环境的影响。

增强表面处理

除了保护之外，它还增强了基材表面的美观性。阳极氧化表面处理可以实现几乎所有表面纹理，从哑光到高光泽。因此，还可以提供无数种颜色选择和定制。同时，外观可以长时间保持不褪色。此外，这种表面处理可以应用于任何复杂而精致的组件或产品。

提高导电性

阳极氧化不会提高电导率！它提供绝缘。

氧化层（尤其是阳极氧化铝）可以为组件提供电绝缘，而内部金属仍保持其导电性。但是，您也可以通过控制膜厚度在表面保留一定程度的导电性。

耐用性和寿命

阳极氧化涂层是一种硬质氧化物涂层，可增强硬度、耐磨性和耐腐蚀性。它覆盖所有尖角、边缘和复杂区域。与其他涂层不同，您也不存在粘合失败的风险。所有这些原因都延长了阳极氧化涂层的使用寿命，从而延长了底层部件的使用寿命。

阳极氧化金属的应用

阳极氧化工艺广泛适用于铝、锌、镁、钛和其他有色金属和合金。无论这些材料是如何制造的，无论是 CNC 加工、钣金、挤压还是任何其他方法，它都可以完成这些材料。让我们通过跨行业的具体示例来讨论阳极氧化金属的应用。

阳极氧化铝

您可以对 1000 至 7000 系列铝合金进行阳极氧化处理（3 和 4000 系列除外）。 铝阳极氧化 在部件表面形成氧化层，不仅赋予它们定制的颜色和美观度，而且还提高了它们的抗腐蚀、耐磨和抗划伤能力。以下是一些应用示例；

● 汽车零部件，例如车轮盖、油箱盖、发动机盖、装饰件和控制面板。

● 轻质航空航天部件，如蒙皮板、结构件、紧固件、机舱内部物品等。

● 家用电器和厨具。

● 电子、电气外壳。

● 医疗设备外壳、手术刀手柄、灭菌托盘手柄等.

阳极氧化镁

镁是一种轻金属，具有出色的强度重量比。如果需要进一步涂层，阳极氧化是镁的理想底漆。同时，硬质阳极氧化涂层（随后进行密封）可以使镁部件具有耐腐蚀性。

应用实例；

● 自行车车架部件

● 车辆电池外壳

● 高性能工具和硬件

● 无人机、卫星和飞机部件

阳极氧化锌

锌本身具有耐磨和耐腐蚀的特性，阳极氧化处理可进一步提高这些特性并延长制造部件的使用寿命。阳极氧化锌表面的氧化层中含有磷酸盐和铬酸盐。

应用实例；

● 汽车紧固件、飞机阳极氧化螺钉、燃油系统零件和其他小型机械部件。

● 螺母、螺栓、管道配件、建筑五金、装饰物品和照明设备。

● 电子外壳、工具手柄、家具五金等。

阳极氧化钛

钛是一种高性能工程材料，用于航空航天、医疗、国防和其他行业。阳极氧化钛工艺主要采用 2 型和 3 型方法。无需染料，即可在钛中产生鲜艳的彩虹色。因此，它们具有生物相容性，也适合各种医疗用途

应用实例；

● 航空航天紧固件、液压系统零部件、结构壳体等。

● 医疗植入物（例如髋关节置换术、牙科植入物）和手术器械

● 汽车连杆及消声器部件

● 手表外壳和表链

● 眼镜架

● 高尔夫球杆、自行车零件等。

阳极氧化和粉末喷涂有什么区别？

与阳极氧化工艺不同，粉末喷涂是一种干式喷涂工艺，涉及使用静电施加一层带正电的粉末，然后进行热固化（ 160-210℃)。粉末涂层通常是通过将粉末喷涂到表面或将部件浸入粉末中，然后在烤箱中固化来完成的。加热过程有助于表面和粉末涂层材料之间的粘合。

粉末涂层沉积时可使用各种颜色，颜色选择也同样灵活。此外，粉末涂层比阳极氧化更能与更多材料兼容。

下表总结了阳极氧化与粉末涂层；

特点	阳极氧化	粉末涂料
工艺类型	电化学过程	静电应用和热固化
耐用性	非常好，与金属表面融为一体	良好，形成耐用的保护性外层
厚度	用途更广泛，0.00002 至 0.001”	0.002 至 0.005 英寸
耐腐蚀性	出色，提供持久保护	不错，但容易碎裂
颜色选项	仅限于自然色调和一些染料	各种鲜艳的色彩和纹理
表面处理	哑光、染色和光泽	可以是光泽的、哑光的或纹理的
成本	更高，尤其是定制饰面	通常对于大批量来说更具成本效益
应用程序	航空航天、医疗器械零件和建筑元素	汽车、消费电子产品和户外家具

阳极氧化和电镀有什么区别？

主要区别在于阳极氧化是指在基材金属或合金上形成一层保护性氧化层，而电镀是指在表面沉积优质金属涂层。然而，这两种工艺都需要电解过程才能达到最终效果。

电镀通常在各种基材上镀上锌、铜、镍、银、铬或其他坚固的材料，以获得表面光滑度和其他特性。

特点	阳极氧化	电镀
工艺类型	氧化层上的电化学方法	在表面上电解沉积金属
图层特性	融入金属的氧化层	表面添加了一层薄金属层
厚度	0.00002到0.001	0.0001 至 0.020”
目的	耐腐蚀、表面硬度和美观度	美观、导电、耐腐蚀
耐腐蚀性	非常好，尤其在恶劣环境下	良好至优秀，取决于金属和应用
耐用性	强度高，不易剥落或碎裂	耐久性各不相同。受压时可能会剥落或碎裂
表面外观	哑光、缎面或彩色饰面	闪亮的金属饰面
颜色选项	有限的自然色调和一些染料	颜色范围广泛，取决于镀层金属
对环境造成的影响	它使用无毒材料	可能涉及有毒化学品，需要适当的管理
应用	航空航天、汽车、电子、医疗器械	汽车、电子产品、珠宝、装饰品

选择正确的阳极氧化服务

在选择哪家阳极氧化服务制造商最适合您的表面处理项目之前，必须确定您的最终要求。这意味着需要的表面强度、硬度、耐磨性、纹理美观度和颜色等。此外，还有其他因素，如交货时间和预算。

了解需求后，您需要寻找像 Rapid Direct 这样经验丰富且可靠的服务提供商，他们有能力满足您确定的需求。在我们的制造和表面处理工厂，我们拥有最新的设备和质量控制程序。我们的自动阳极氧化机可以高精度地处理所有类型的阳极氧化（I、II 和 II 型）。此外，我们的工程师和操作员在表面处理领域工作了二十多年。他们可以处理任何定制和复杂的要求。

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结语

阳极氧化处理非常适合铝、钛和锌等有色金属，既耐磨又美观。厚度和外观（颜色）的灵活性使其成为几乎所有使用铝合金部件的行业的理想选择。但是，您需要考虑一些技术因素才能获得所需的表面效果，例如阳极氧化设备、电解质浓度、电流和电压、处理时间和浴液过滤。总体而言，每当您需要在恶劣环境中获得定制的美观和高性能时，阳极氧化都是您的首选。

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