3.1 電解著色工藝的改進(jìn)
3.1.1 鋁合金表面著亮黑色工藝[7]
此工藝是經(jīng)錫銅離子在著色電解槽中進(jìn)行著色反應(yīng)后生成的二元金屬氧化物膜層，色澤墨黑亮麗，是一種獨(dú)具特色的鋁合金防腐蝕和裝飾材料。電解著色液組成為：30% SnSO4，30% NiSO4，15% CuSO4的混合溶液。經(jīng)氧化處理的鋁材為陽極，以石墨電極為陰極，50Hz220V交流電源經(jīng)調(diào)壓器調(diào)至8V后輸入電解槽，電解著色10min，即可得到亮麗的黑色鋁合金表面。
3.1.2 陽極化鋁光干涉電解著色工藝[8]
在用錫鹽進(jìn)行光干涉電解著色的研究中發(fā)現(xiàn)，獲得藍(lán)色的干涉色最為困難，用普通電解著色方法著色，獲得藍(lán)色也是困難的，于芝蘭等人在此方面進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)材料為L(zhǎng)2(2號(hào)工業(yè)純鋁，含鋁99.6%)和LD31(相當(dāng)于美國(guó)的6063)，試樣尺寸L250 mm×50mm×1mm，LD3125mm×25mm角材，1.3mm厚，其表面積為0.68dm2；陽極氧化條件，H2SO4(ρ=1.84g/cm3)180g/L，18℃，1.2－1.4A/dm2，30min，膜厚12－14μm；用磷酸直流擴(kuò)孔處理；錫鹽電解著色：SnSO416g/L，H2SO414g/L，混合添加劑16g/L，18－20℃，交流著色電壓12－14V，此外還使用銅鹽和Cu－Ni混合鹽電解著色，可得到黃紅、綠、藍(lán)較穩(wěn)定的干涉色。
3.2 開發(fā)新電源是開拓電解著色新工藝的重要手段[9]
改變電源波形和施電方式來提高陽極氧化膜綜合性能和開拓電解著色新工藝，是新的研究熱點(diǎn)。己商品化的有脈沖、電流反向(換相)和直流脈沖等電源。功能性氧化和著色兼容的微弧氧化電源，是以提高氧化速度、厚度均勻性、硬度、孔隙率分布和改善孔結(jié)構(gòu)形態(tài)為目的。研究新電源可克服化學(xué)和電化學(xué)方法中的缺陷和局限。
4 封閉處理
為了提高陽極氧化膜的耐蝕、抗污染、電絕緣和耐磨等性能，鋁及鋁合金在陽極氧化和著色后都要進(jìn)行封閉處理。其方法較多，對(duì)不著色的氧化膜可進(jìn)行熱水、蒸汽、重鉻酸鹽和有機(jī)物封閉；對(duì)著色的氧化膜可用熱水、蒸汽、含有無機(jī)鹽和有機(jī)物等封閉。
4.1 封閉的主要方法
4.1.1 沸水和蒸汽封閉
采用水蒸汽封閉法，可以有效地封閉所有的孔隙。若在封閉前將氧化后的制件進(jìn)行真空處理一段時(shí)間，則封閉效果更加明顯。蒸汽封閉的特點(diǎn)是不發(fā)生顏色的透擴(kuò)散現(xiàn)象，因此不宜出現(xiàn)“流色”。但是蒸汽封閉法所用的設(shè)備及成本較沸水法高，所以除非有特殊要求，應(yīng)盡可能使用沸水法封閉。當(dāng)用蒸汽封閉時(shí)，溫度應(yīng)控制在100－110℃，時(shí)間為30min，溫度太高，氧化膜的硬度和耐磨性嚴(yán)重下降，因此蒸汽溫度不可太高。
4.1.2 重鉻酸鹽封閉
此法適宜于封閉硫酸溶液中陽極氧化的膜層及化學(xué)氧化的膜層，用本方法處理后的氧化膜顯黃色，耐蝕性高，但不適用于裝飾性使用。這種方法的實(shí)質(zhì)是在較高的溫度下，使氧化膜和重鉻酸鹽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物堿式鉻酸鋁及重鉻酸鋁就沉淀于膜孔中，同時(shí)熱沉淀使氧化膜層表面產(chǎn)生水化，加強(qiáng)了封閉作用，故可認(rèn)為是填充及水化的雙重封閉作用。通常使用的封閉溶液為5%－10%的重鉻酸鉀水溶液，操作溫度為90－95℃，封閉時(shí)間為30min，沉淀中不得有氯化物或硫酸鹽。
4.2 封閉處理工藝的改進(jìn)
4.2.1 常溫封閉的研究[10]
常溫封閉具有節(jié)能、封閉時(shí)間短及封孔效果好等優(yōu)點(diǎn)，己得到廣泛的認(rèn)可及接受。
常溫封閉液配方及工藝條件如下：
醋酸鎳 5－8g/L
氟化鈉 1－1.5g/L
表面活性劑 0.3－0.5g/L
添加劑A 3g/L
pH值 5.5－6.5
T 25－60℃
t 10－15min
常溫封閉工藝所獲得的封閉膜具有緊密的結(jié)構(gòu)及優(yōu)良的耐蝕性能。和沸水封閉方法比較，具有速度快、節(jié)約能源、操作簡(jiǎn)單、原料來源方便等優(yōu)點(diǎn)。封閉時(shí)間越長(zhǎng)，其性能越好。
4.2.2 水解鹽封閉法[11]
水解鹽封閉法，又稱鈍化處理。目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛，主要用于染色后膜封閉，其封閉機(jī)理是易水解的鈷鹽與鎳鹽被氧化膜吸附后，在陽極氧化膜微細(xì)孔內(nèi)發(fā)生水解，產(chǎn)生氫氧化物沉淀將孔封閉。工藝配方為：
NiSO4·7H2O 4－5g/L
CoSO4·7H2O 0.5－0.8g/L
H3BO3 4－5g/L
NaAc·3H2O 4－6g/L
pH值 4－6
T 80－85℃
t 15－20min
此法克服了沸水封閉的許多缺點(diǎn)，封孔質(zhì)量達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
4.3 微弧陽極氧化
微弧陽極氧化又稱微等離子體氧化或陽極火花沉淀，是陽極氧化技術(shù)的發(fā)展，它使用比普通陽極氧化高的電壓。微弧陽極氧化突破傳統(tǒng)陽極氧化的限制，將Al、Ti、Ta等金屬或其合金置于電解液中，利用電化學(xué)方法，使該材料表面微孔中產(chǎn)生火花放電斑點(diǎn)，在熱化學(xué)、等離子體化學(xué)和電化學(xué)共同作用下，生成陶瓷膜層的陽極氧化方法。放電過程中，每平方厘米鋁陽極表面約有105個(gè)火花存在，放電時(shí)瞬間溫度可達(dá)8000K以上，生成一種性能類似于燒結(jié)碳化物的陶瓷膜。此氧化膜硬度特高，耐磨，絕緣電阻高。在特殊電解液中氧化還可以形成不同色調(diào)花紋的瓷釉質(zhì)感的鋁表面，既可作高等裝飾材料又可作功能膜，如汽車活塞環(huán)、電子工業(yè)的絕緣層等。微弧陽極氧化技術(shù)采用高電壓，大電流的工作方式，在制取多功能保護(hù)涂層方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用，在航天、航空、機(jī)械、電子、紡織等工業(yè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
4.3.1 微弧陽極氧化陶瓷膜層的性能研究[12]
盧立紅等人采用脈沖電源，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用鋁合金(ZL108)基體進(jìn)行了微弧氧化處理。
工藝流程為：除油→去離子水漂洗→微弧氧化→自來水沖洗→自然干燥。電解液主要成分為檸檬酸三鈉和磷酸鈉。微弧氧化電壓：工作電壓可調(diào)，起始擊穿電壓為80V，最高工作電壓為230V。實(shí)驗(yàn)表明，微弧氧化膜層表面粗糙度高于一般電鍍層和陽極氧化層，遠(yuǎn)低于各種噴涂層。隨著電流密度及強(qiáng)化時(shí)間的增加，膜層的表面粗糙度增大。最初隨著電流密度的增加，所獲得膜的硬度也增加，超過8A/dm2以后，膜層硬度趨于穩(wěn)定。經(jīng)微弧氧化后，耐磨性提高了3－4倍。
4.3.2 微弧陽極氧化技術(shù)的改進(jìn)
4.3.2.1 微弧氧化自潤(rùn)滑陶瓷覆層[13]
陶瓷層的弱點(diǎn)是摩擦系數(shù)高，對(duì)磨件磨損加劇。采用一步法電化學(xué)方法進(jìn)行了微弧氧化陶瓷層摩擦學(xué)改性研究。采用自制專用脈沖電源，基體材料為ZL108，以堿性微弧氧化電解液為基礎(chǔ)，溶入適量硫代鉬酸銨及相應(yīng)添加劑。實(shí)驗(yàn)表明，采用微弧氧化后，在鋁合金表面一步法共生合成了自潤(rùn)滑陶瓷涂層，其摩擦系數(shù)由一般微弧氧化涂層的0.8－1.2降至0.2－0.5，用此工藝制備的摩擦副摩擦學(xué)性能顯著改善，延長(zhǎng)了使用壽命。
4.3.2.2 微弧氧化陶瓷層石墨相
采用在微弧氧化過程中同步沉積石墨相的方法可提高陶瓷層的減摩性能，對(duì)其進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，基體材料為ZL108，所用電解液為NaOH溶液，向原電解液中加入的減摩離子為石墨，同時(shí)電解的溫度不超過40℃。攪拌使石墨離子懸浮。實(shí)驗(yàn)表明，在電解液中加入石墨的方法對(duì)ZL108進(jìn)行微弧氧化的同時(shí)，在陶瓷層中同步沉積了石墨第二相，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋁合金微弧氧化陶瓷層減摩改性的目的。
5 陽極氧化技術(shù)的展望
鋁及鋁合金陽極氧化技術(shù)以提高氧化速度和硬度為發(fā)展方向。為提高氧化速度和綜合性能建議采用帶有脈沖波的EOE－88系列脈沖電源，其輸出電壓和電流中脈沖成分豐富，相當(dāng)于每秒有300個(gè)小脈沖波疊加在直流波上，成膜速度快。對(duì)于厚膜氧化，可采用頻率為3－13.3Hz的“快脈沖”電源，充分發(fā)揮節(jié)電、提高速度和硬度的優(yōu)勢(shì)。這種電源在氧化膜為12μm以下時(shí)優(yōu)點(diǎn)不明顯。
復(fù)合陽極氧化作為一種新型的陽極氧化技術(shù)，分別在硫酸、草酸和磷酸三鈉電解液中添加如Fe3O4、CrO2、TiO2等磁性粉體，Al2O3、SiC、SiN等超硬粉體和石墨等導(dǎo)電性粉體(微米級(jí))，使其懸浮于電解液中進(jìn)行陽極氧化。該工藝具有操作容易、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，與常規(guī)陽極氧化比較，其氧化速度、操作
