什么是铝阳极氧化（阳极氧化处理）？其特点、种类和用途
发布日期: 2024-04-18
铝阳极氧化（阳极氧化处理）是为保护铝材质固有特性而进行的表面处理。其应用非常广泛，可以说，几乎所有的工业铝制品会都用到了它。下面我们就来了解一下阳极氧化铝的特点、优点和缺点。
铝阳极氧化（阳极氧化处理）特点
铝阳极氧化是一种在铝表面人为使其产生氧化膜的过程。
一般来说，铝在人们的印象中是不易生锈的金属，但实际上铝本身的电离倾向很高，具有易与水、氧等各种化学物质反应的性质。因此接触空气后，它会与空气中的氧元素相结合，产生一层薄薄的氧化膜，被称为氧化铝（AL2O3）,又称矾土，其特点是化学性质非常稳定。因此它不仅具有抗氧性，还抗液体和酸性物质侵蚀，不易引起更多其他的化学反应。因此，即使不进行特殊处理，铝表面上的氧化膜层也具有保护内部不受腐蚀的性质。这就是铝被视为不易生锈类金属的原因。因此，具有通过表面自然产生的皮膜来保护内部性质的金属被称为非活性态。但是，这种自然产生的氧化皮膜只有2nm左右，非常薄，即使是轻微的划痕，也会使内部基材暴露出来。因此，不能期望它能有很好的防腐蚀效果。因此，对铝进行电解处理，人工产生较厚的氧化膜，这就是铝阳极氧化。除了硫酸和铬酸之外，铝还可以被浸泡在磷酸和草酸等酸性水溶液中，铝被置于阳极（正极）一侧进行电解，由于在阳极发生氧化反应，铝表面会产生氧化膜。所以这种处理也被称为铝阳极氧化处理。也叫做阳极氧化处理。铝阳极氧化产生的氧化膜厚度在5～70μm之间，结构像蜂巢，六角形单元的中心规则排列着小孔。铝阳极氧化的另一个特征是，被氧化后的工件包括从母材表面向外增加的薄膜部分，以及从母材表面向内渗透的部分。因此，当对阳极氧化加工后的零部件再次进行阳极氧化时，必须剥离一次氧化铝层，从而减小基材厚度，使其变薄。由于二次阳极氧化会使薄膜进一步向外侧增加，产品的外形尺寸也会发生变化。例如，在标准白铝阳极氧化时，由于铝阳极氧化的膜厚约为10μm,因此铝阳极氧化后，表面尺寸可能会向外增加大约5μm。需要注意的是，在没有穿透的螺丝孔等袋孔中，即使事先进行了脱脂处理，孔中也可能会残留切削油，有时这些溶液会在铝阳极氧化中喷出。在非贯通螺纹孔等袋形孔中，即使预先进行了脱脂处理，切削油也可能会残留在孔中，在某些情况下，这些溶液可能会在阳极氧化过程中涌出，因此必须小心谨慎。
- 铝阳极氧化的种类
根据颜色和表面的不同，铝阳极氧化可以分为多种类型。下面介绍其中最具代表性的三种。
白铝阳极氧化：它是最常见的铝阳极氧化方式。它不会呈现出白色，但会使基材的外观略显暗淡。膜厚约为10μm。
黑铝阳极氧化：铝阳极氧化被染成不同的颜色。其中染成黑色的称为黑铝阳极氧化。它是最常用的彩色铝阳极氧化方式。
铝阳极氧化（哑光）：如果在进行铝阳极氧化处理之前对材料进行喷砂处理，则会产生哑光效果。它在铝阳极氧化中具有特别高的装饰性，不仅可以染成白色，还可以染成多种颜色。
铝阳极氧化的优点
除了防止铝材腐蚀外，铝阳极氧化还有很多其他优点。
不脱落：铝阳极氧化在侵蚀母材的同时生长并融为一体。因此与电镀和喷涂不同，不用担心氧化层脱落。
耐腐蚀性强，抗变色、耐腐蚀：氧化铝（AL2O3）的主要成分是矾土，具有化学性质稳定，不易与其他化学物质发生反应的特性。此外，通过对氧化膜上形成的蜂巢孔进行封孔处理，可以具备更高的耐腐蚀性。这样就不容易变色和腐蚀了。
氧化膜非常坚硬，耐磨性强：铝本身是一种比较柔软、容易加工和变形的金属。表面硬度也只有HV20~150左右。然而，由于氧化铝是一种非常坚硬的物质，进行铝阳极氧化后的铝表面硬度可提高到HV200-600左右。因此，它的优点是耐磨性强。特别是膜厚超过20μm的硬质铝阳极氧化材，其硬度超过HV400，表面硬度可以超过不锈钢。因此也可用于轴类等滑动部件。
可着色多种颜色，外观漂亮：如前所述，通过铝阳极氧化形成的薄膜上有规则排列的微孔。它可吸附染料，可以着色成各种颜色，这也是铝阳极氧化的优点之一。铝阳极氧化的着色是通过在电解处理后和蜂巢孔封孔处理前将零件浸入溶解的着色剂溶液中来实现的。由此能得到不同于涂层的，且有艳丽金属光泽的漂亮表面，这也是其特点之一。此外，由于铝阳极氧化本身硬度高，其美观的表面不容易被破坏，这也是其特点。因此，阳极氧化铝产品通常用于要求外观漂亮的领域，如建筑物外装品和机器外装品。
绝缘性强，不导电：通过铝阳极氧化形成的氧化铝膜不导电。铝本身具有很高的导电性，但通过铝阳极氧化处理后，具有绝缘性。相反，如果希望其具有导电性，则可通过切削等方法去除铝阳极氧化层，使母材暴露出来。
导热性低但散热性高：铝阳极氧化具有热导率低和隔热性能。另一方面，阳极氧化铝具有高辐射（如远红外线辐射）和高散热性的特点。 因此，阳极氧化铝经常被用作散热器等散热零部件。
不脱落：铝阳极氧化在侵蚀母材的同时生长并融为一体。因此与电镀和喷涂不同，不用担心氧化层脱落。
耐腐蚀性强，抗变色、耐腐蚀：氧化铝（AL2O3）的主要成分是矾土，具有化学性质稳定，不易与其他化学物质发生反应的特性。此外，通过对氧化膜上形成的蜂巢孔进行封孔处理，可以具备更高的耐腐蚀性。这样就不容易变色和腐蚀了。
氧化膜非常坚硬，耐磨性强：铝本身是一种比较柔软、容易加工和变形的金属。表面硬度也只有HV20~150左右。然而，由于氧化铝是一种非常坚硬的物质，进行铝阳极氧化后的铝表面硬度可提高到HV200-600左右。因此，它的优点是耐磨性强。特别是膜厚超过20μm的硬质铝阳极氧化材，其硬度超过HV400，表面硬度可以超过不锈钢。因此也可用于轴类等滑动部件。
可着色多种颜色，外观漂亮：如前所述，通过铝阳极氧化形成的薄膜上有规则排列的微孔。它可吸附染料，可以着色成各种颜色，这也是铝阳极氧化的优点之一。铝阳极氧化的着色是通过在电解处理后和蜂巢孔封孔处理前将零件浸入溶解的着色剂溶液中来实现的。由此能得到不同于涂层的，且有艳丽金属光泽的漂亮表面，这也是其特点之一。此外，由于铝阳极氧化本身硬度高，其美观的表面不容易被破坏，这也是其特点。因此，阳极氧化铝产品通常用于要求外观漂亮的领域，如建筑物外装品和机器外装品。
绝缘性强，不导电：通过铝阳极氧化形成的氧化铝膜不导电。铝本身具有很高的导电性，但通过铝阳极氧化处理后，具有绝缘性。相反，如果希望其具有导电性，则可通过切削等方法去除铝阳极氧化层，使母材暴露出来。
导热性低但散热性高：铝阳极氧化具有热导率低和隔热性能。另一方面，阳极氧化铝具有高辐射（如远红外线辐射）和高散热性的特点。 因此，阳极氧化铝经常被用作散热器等散热零部件。
铝阳极氧化的缺点
尽管铝阳极氧化有许多优点，但它也有一些缺点和需要注意的问题。
脆性高，韧性不足：铝阳极氧化形成一种非常坚硬的薄膜层。因此，铝阳极氧化后本身具有韧性不足和脆弱高的缺点。如果在铝阳极氧化处理后进行钻孔或弯曲处理，则可能导致薄膜破裂或铝阳极氧化层从裂缝处开始剥落。所以最好在铝阳极氧化处理之前完成其他特征的加工，但购买阳极氧化处理后的材料并进行加工时需要注意氧化层是否被损坏。
耐热性低：由于阳极氧化铝层很脆，所以它的缺点是不能承受母材的变形和膨胀收缩。特别是由于铝基材是一种容易热膨胀的材料，在温度超过100℃的环境中，阳极氧化铝层可能会出现裂纹和剥落。尽管阳极氧化铝本身是一种稳定且坚固的薄膜层，但其基材铝的性质不可避免地对其产生影响。请注意，它不并适用于在温度较高或温度变化较大的环境下使用。
铝阳极氧化的主要用途
铝阳极氧化用途非常广泛。下面举几个有代表性的示例。
餐盒、水壶、锅具等厨房用品：不易腐蚀、质量轻、抗划伤能力强的铝阳极氧化材非常适合厨房周围频繁接触水的用品。传统的铝制便当盒、罐子、锅等都是通过铝阳极氧化制成的。
智能手机等家电零部件：因铝阳极氧化材具有漂亮的外观，不易损坏，也被广泛用于家用电器的零部件。可装饰性强的铝阳极氧化材可以提高电子产品的附加价值，也因此被广泛使用。
窗框等建筑材料：耐腐蚀性高，可装饰性高的铝阳极氧化材也常用于建筑材料中。建筑物周围就有许多阳极氧化铝产品，如车棚柱、金属柱和窗框等。
电车、飞机等的内饰件：在运输设备上，为了提高燃油经济性和节能性，需要实现轻量化。因此，经过铝阳极氧化处理的铝材部件制品被广泛使用。
铝合金轮毂等汽车零部件：耐腐蚀、耐磨的铝阳极氧化材产品也非常适合汽车的轮毂。
光学元件：铝阳极氧化的优点是可装饰性强，可以加工成各种颜色。光学元件周围使用的是不容易反光的黑铝阳极氧化材部件。
半导体元件：铝阳极氧化产品具有高绝缘性和高散热性。因此，在电子设备中半导体周围的元件也大量使用铝阳极氧化材产品。
LED等照明设备：灯具是电气产品中最容易被要求高创意性的产品。铝阳极氧化产品不仅具有高装饰性能，还具有散热性能，因此也广泛用于照明设备。
医疗器械：像医疗器械这样对卫生要求很高的器械，必须具备抗划伤的特点。因为划伤部位会积存污垢，这是破坏卫生的罪魁祸首。铝阳极氧化材产品质轻、抗划伤、不易腐蚀，适合于对卫生要求较高的场合。
铭牌和装饰板：对于装饰板等客户要求不同颜色的零部件，铝阳极氧化材的适用性很强。
此处列举的铝阳极氧化使用案例有限。但可以认为，大多数常见的铝制品都经过铝阳极氧化处理。
总结
铝阳极氧化是对铝材进行的表面处理，通过电解处理形成氧化膜。通过铝阳极氧化形成的薄膜是一种以铝为基体抗腐蚀，坚硬的薄层，具有高耐腐蚀性和耐磨性。此外，铝阳极氧化的特点是可以实现各种颜色的着色，并常用于需要具有装饰性的零部件。
另一方面，由于铝阳极氧化材坚硬且脆性大，因此需要注意的是，如果是阳极氧化处理后进行加工或因母材的变形、膨胀或收缩，可能会导致氧化层的断裂或脱落。一般来说，我们常见的铝制品都进行了铝阳极氧化处理，它被应用于很多场景中。
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