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鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù)
鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù)
第一章引論
1.鋁及鋁合金的性能特點
密度低；塑性好；易強化；導(dǎo)電好；耐腐蝕；易回收；可焊接；易表面處理
2.簡述鋁合金的腐蝕性及其腐蝕形態(tài)
1）腐蝕性：（1）酸性腐蝕：鋁在不同的酸中有不同 腐蝕行為，一般在氧化性濃酸中生成鈍化膜，具有很好的耐蝕性，而在稀酸中有“點腐蝕”現(xiàn)象。局部腐蝕；（2）堿性腐蝕：鋁在堿性溶液中的腐蝕，堿能與氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，然后再進一步與鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣。全面腐蝕；（3）中性腐蝕：在中性鹽溶液中，鋁可以是鈍態(tài)，也可能由于某些陽離子或者陽離子的作用發(fā)生腐蝕。點腐蝕。
2）腐蝕形態(tài)：點腐蝕，電偶腐蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，絲狀腐蝕和層狀腐蝕等
點腐蝕：最常見的腐蝕形態(tài)，程度與介質(zhì)和合金有關(guān)
電偶腐蝕：接觸腐蝕，異（雙）金屬腐蝕，在電解質(zhì)溶液中，當(dāng)兩種金屬或合金相接觸（電導(dǎo)通）時，電位較負(fù)的金屬腐蝕被加速，而電位較正的金屬受到保護的腐蝕現(xiàn)象。
縫隙腐蝕：兩個表面接觸存在縫隙，該處充氣溶解氧形成氧濃差原電池，使縫隙內(nèi)產(chǎn)生腐蝕。
晶間腐蝕：與熱處理不當(dāng)有關(guān)，合金元素或金屬間化合物沿晶界沉淀析出，相對于晶粒是陽極，而構(gòu)成腐蝕電池。
絲狀腐蝕：絲狀腐蝕是一種膜下腐蝕，呈蠕蟲狀在膜下發(fā)展，這種膜可以是漆膜，或者其他涂層，一般不發(fā)生在陽極氧化膜的下面。絲狀腐蝕與合金成分、涂層前預(yù)處理和環(huán)境因素有關(guān)，環(huán)境因素有適度、溫度、氯化物；? ? ?
層狀腐蝕：剝層腐蝕，也叫剝蝕。
3.鋁合金表面處理技術(shù)包括哪幾個方面？
表面機械預(yù)處理（機械拋光或掃紋等）（2）化學(xué)預(yù)處理或化學(xué)處理（化學(xué)轉(zhuǎn)化或化學(xué)鍍等）（3）電化學(xué)處理（陽極氧化或電鍍等）（4）物理處理（噴涂、搪瓷琺瑯化及其物理表面技術(shù)改性）等。
? ?搪瓷琺瑯：將無機物的混合物熔融成不同熔點玻璃態(tài)物質(zhì)。
4.鋁合金陽極氧化膜的特性有哪些？
有：耐蝕性；硬度和耐磨性；裝飾性；有機涂層和電鍍層附著性；電絕緣性；透明性；功能性
第二章鋁的表面機械預(yù)處理
1.預(yù)處理的目的：（1）提高良好的表觀條件和表面精飾質(zhì)量。（2）提高產(chǎn)品品級。（3）減少焊接的影響。（4）產(chǎn)生裝飾效果。（5）獲得干凈表面。
2.磨光操作要求
（1）磨料種類和粒度的選擇：根據(jù)工件材料的軟硬程度、表面狀況和質(zhì)量要求等選用；表面越硬或越粗糙則用較硬及較粗的磨料。
（2）磨光應(yīng)分多步操作，工件壓向磨輪的壓力要適度。
（3）新磨輪在黏結(jié)磨料前應(yīng)預(yù)先刮削使之平衡后才能粘結(jié)磨料。
（4）定期更換新磨料。
（5）根據(jù)不同的需要選擇合金材料。
（6）選擇適當(dāng)?shù)哪ポ嗈D(zhuǎn)速，一般控制在10~14m/s。
（7）磨光效果取決于磨料、磨輪的剛性和輪子的旋轉(zhuǎn)速度、工件與磨輪的接觸壓力等因素，以及實踐經(jīng)驗和熟練技巧等。
3.磨光和拋光的概念
磨光：將布輪黏結(jié)磨料后的操作。目的：去除工件表面的毛刺、劃痕、腐蝕斑點、砂眼、氣孔等表觀缺陷。；
拋光：將拋光膏抹于軟布輪或氈輪后的操作
4.常見的問題和解決辦法：
常見問題：“燒焦”印。
原因：（1）磨光輪、磨料和拋光劑的選擇不當(dāng)；（2）拋光用力不當(dāng)；（3）磨觸時間過長；（4）磨觸過熱。
措施：（1）在稀堿溶液中進行輕微的堿蝕；（2）用溫和的酸浸蝕：如鉻酸-硫酸溶液，或者質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液加溫后使用；（3）3wt%Na2CO3和2wt%Na3PO4，溶液在40~50℃溫度下處理，時間為5min，嚴(yán)重的可延長至10~15min
經(jīng)上述處理清洗并干燥后，應(yīng)立即用精拋輪或鏡面拋光輪重新拋光。
預(yù)防：采用適當(dāng)?shù)哪ス廨?、拋光輪；采用適當(dāng)?shù)膾伖鈩?；工件與拋輪的磨觸時間要適當(dāng)掌握。
第三章鋁的化學(xué)預(yù)處理
1.鋁材的脫脂方法有哪些？工藝原理分別是什么？
1）脫脂方法：酸性脫脂、堿性脫脂和有機溶劑脫脂。目的：清除鋁表面的油脂和灰塵等污染物，使后道堿洗比較均勻，提高陽極氧化膜的質(zhì)量
2）（1）酸性脫脂的作用機理：在以H2SO4、H3PO4和HNO3為基的酸性脫脂溶液中，油脂發(fā)生水解反應(yīng)，生產(chǎn)甘油和相應(yīng)的高級脂肪酸，達到脫脂的目的。（2）堿性脫脂的作用機理：堿與油脂發(fā)生皂化反應(yīng)，生成可溶性的肥皂，用皂化反應(yīng)消除油脂與鋁材表面的結(jié)合，達到脫脂的目的。（3）有機溶劑脫脂的作用機理：利用油脂易溶于有機溶劑的特性進行，既能溶解皂化油，也能溶解非皂化油，具有很強的脫脂能力，且速度快，對鋁無腐蝕性，達到脫脂的目的。
2.堿洗的目的、存在哪些缺陷？相應(yīng)的對策應(yīng)如何？
1）目的：去除表面的贓物，徹底去除鋁表面的自然氧化膜，顯露出純凈的金屬基體，為后續(xù)的表面處理主工序做好準(zhǔn)備。
2）堿洗的三大缺陷：外觀粗糙、斑點、流痕。
3）（1）外觀粗糙：是堿洗法生產(chǎn)砂面鋁材時常見問題，常是由原始鋁材存在組織缺陷（粗晶或金屬間化合物沉淀粒子大）引起；提高原始鋁材的內(nèi)在組織質(zhì)量才能從源頭上解決問題。
原因：A：擠壓用的鋁棒原始晶粒尺寸大。B：鋁棒加熱溫度偏高或擠壓速度太快。C：采用的擠壓機噸位偏小。 D：擠壓后淬火不足。E：堿洗速度太快。
對策：選用晶粒度復(fù)合國家標(biāo)準(zhǔn)的擠壓鋁棒；控制好擠壓制品的出口溫度；加強擠壓后的淬火；合理控制堿洗速度等。
? （2）斑點：是鋁材表面處理的致命缺陷：中斷后續(xù)工序或報廢回爐處理。
原因：
A：熔煉鑄棒時加入回收鋁的比例太高。Al2O3熔點高達2050℃，熔煉時不熔化，僅是破碎；堿洗過程中的浸蝕導(dǎo)致雪花狀腐蝕斑點。? 對策：控制陽極氧化膜的回收鋁的比例，應(yīng)小于10%；熔體的精煉除渣，鑄造前熔體靜止約25min和熔體過濾等。
? ?B：水中氯離子含量高。當(dāng)鋁材的材質(zhì)品質(zhì)較差，而所用水的氯離子含量也較高時，堿洗或堿洗前后水洗都會顯露出腐蝕斑點。? ? 對策：改善原始鋁材的材質(zhì)；采用復(fù)合國家標(biāo)準(zhǔn)的自來水；改用硝酸或硝酸加硫酸除灰；在水槽鎳加入1~5g/L HNO3也可有效抑制氯離子的腐蝕影響。
? ?C：大氣腐蝕。鋁材在沿海大氣環(huán)境中放置約3天、腐蝕性氣氛熔煉爐旁、陰雨天氣等其表面常有腐蝕斑痕或斑點形成。? ? 對策：縮短原始鋁材轉(zhuǎn)入陽極氧化的周期時間；帶陽極氧化的原始鋁材放置在環(huán)境干燥、空氣良好的位置；對長時間放置或陰雨天，可對原始鋁材進行適當(dāng)?shù)恼谏w處理等。
? ?D：擠壓“熱斑”。鋁材與出料臺的導(dǎo)熱良好的石墨輥相接觸，因局部冷速不同，導(dǎo)致鋁材內(nèi)有析出相（Mg2Si相，溫度范圍400~250℃）形成，呈現(xiàn)間隔狀斑點。? ? 對策：控制擠壓出料臺的運行速度（應(yīng)大于鋁的擠出速度）；采用導(dǎo)熱效果差的其他耐熱材料替代石墨輥；借槍風(fēng)冷淬火力度；快速將擠壓出口鋁材降至250℃以下。
（3）流痕：堿洗工藝條件和操作不當(dāng)造成堿洗流痕缺陷（堿洗速度太快和轉(zhuǎn)移速度太慢）。? 對策：A：加快轉(zhuǎn)移。B：降低堿洗槽液溫度。C：降低槽液中的NaOH濃度。D：鋁材裝料過密，應(yīng)適當(dāng)減少。
3.除灰的目的是什么？鋁合金表面除灰有哪幾種方法？
目的：去除表面掛灰，防止后道陽極氧化槽液的污染，提高氧化膜質(zhì)量。? ?
方法：硝酸除灰，硫酸除灰，
4.氟化物砂面處理的缺陷和對策是什么？
氟化物砂面處理是利用氟離子使鋁材表面產(chǎn)生高度均勻、高密度點腐蝕的一種酸性浸蝕工藝。
缺陷與對策：
（1）上表面有斑痕：槽內(nèi)沉淀物較多、氟離子濃度較低時，反應(yīng)強度較弱，沉淀物在呂愛表面上沉積或停留過久，阻礙氟離子的正常腐蝕。?
對策：清除槽內(nèi)過多的沉淀物、降低鋁材密度、添加適量的氟化氫銨和添加劑，提高氟離子濃度，增加反應(yīng)強度。
（2）表面不易起砂：槽液受前道酸脫脂的污染而使PH降低，氟離子和添加劑濃度不足。? ?對策：用氨水或氟化銨調(diào)節(jié)PH值、補加氟化氫銨和添加劑等。
（3）表面沙粒太粗：槽內(nèi)氟離子濃度太高或添加劑不足，或處理時間太長。
對策：采取相應(yīng)的措施控制。
（4）表面光澤度有差異：槽工藝條件控制不當(dāng)，或選用添加劑不適當(dāng)，或鋁材存在問題。? ?對策：采取相應(yīng)的措施控制。
（5）局部不起砂：局部存在復(fù)合氧化膜。? ?對策：調(diào)整工藝流程，如磨光、拋光、重新酸洗或堿洗等。
第四章鋁的化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光
1.簡述化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光的機理的異同點。
1）化學(xué)拋光：通過控制鋁材表面選擇性的溶解，使表面微觀凸部比凹部優(yōu)先溶解，達到表面平整和光亮的目的。
2）電化學(xué)拋光，又稱電解拋光。原理與化學(xué)拋光相似，依靠選擇性溶解表面凸出部分而達到平整光滑，不同的是有外加電流作用，處理時間較短
3）共同點：拋光機理相同；? 不同點：電化學(xué)拋光在處理過程中施加了電流，化學(xué)拋光使用的是化學(xué)氧化劑。
2.化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光具有哪些優(yōu)點？
化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光與機械拋光相比較，具有如下優(yōu)點：
（1）設(shè)備簡單，工藝參數(shù)易調(diào)控，節(jié)省成本等以及表面更光亮；
（2）可處理大型零部件或大批量的小型零部件，以及復(fù)雜形狀的工件；
（3）表面更潔凈，無殘留的機械拋光粉塵，具有良好的抗腐蝕性；
（4）化學(xué)拋光的表面鏡面反射率更高，金屬質(zhì)感也較好，表面不會形成粉“霜”。
3.簡述化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光的缺陷和對策。
1）化學(xué)拋光缺陷及對策（以磷酸-硫酸-硝酸工藝為例）
（1）光亮度不足：鋁材的成分影響、硝酸的含量影響等。
對策：采用高純鋁、控制硝酸的濃度，拋光前的鋁材要干燥。
（2）白色附著物：鋁溶解過多，需控制其在槽液中的含量。
對策：調(diào)整槽液中的溶鋁量到正常范圍。
（3）表面粗糙：硝酸含量過高，反應(yīng)過于劇烈；或Cu含量過高。
對策：應(yīng)嚴(yán)格控制硝酸含量；提高材質(zhì)內(nèi)部質(zhì)量、減少添加劑量等。
（4）轉(zhuǎn)移性腐蝕：化學(xué)拋光后轉(zhuǎn)移到水洗過程中遲緩造成；
對策：應(yīng)迅速轉(zhuǎn)移至水中進行清洗。
（5）點腐蝕：綠箭表面氣體累積形成氣穴而產(chǎn)生；或因硝酸或Cu含量偏低造成。? ? 對策：應(yīng)合理裝料，增加工件傾斜度，加強攪拌使氣體逸出。清洗表面干凈；控制硝酸含量等。
2）電化學(xué)拋光缺陷及對策（以磷酸-硫酸-鉻酸工藝為例）
（1）電灼傷：導(dǎo)電借助面積不足、接觸不良、工件通電電壓上升過快、電流密度瞬間過大等；? ?對策：注意工件與電夾具接觸良好、接觸面積滿足大電流需要，施加電壓升壓不宜過快等。
（2）暗斑：電流密度過低、電力線局部分布不均勻等
? ? ?對策：裝料量不宜過多、避免電力線分布不到的死角區(qū)等。
（3）氣體條紋：氣體逸出造成
? ? ?對策：裝料時使工件的每個面傾斜，裝飾面垂直放置且朝向陰極、避免氣體聚集等。
（4）冰晶狀附著物：槽液中溶鋁量太高或者磷酸含量高而形成磷酸鋁沉淀。
? ? ?對策：降低槽液中的溶鋁量、或降低磷酸含量等
第五章
第六章鋁陽極氧化與陽極氧化膜??
1.鋁陽極氧化膜分類：
（1）壁壘型：也叫屏蔽型或阻擋層氧化膜，緊靠金屬表面，致密無孔、薄，厚度取決于氧化電壓，不超過0.1μm，主要用于電解電容器。
（2）多孔型：由兩層氧化膜組成，底層是阻擋層，與壁壘膜結(jié)構(gòu)相同的致密無孔的薄氧化物層，厚度與電壓有關(guān)；主體部分是多孔層結(jié)構(gòu)，其厚度取決于通過的電量。?
? ?（阻擋層：指多孔型氧化膜的多孔層與金屬鋁分隔的，具有壁壘膜性質(zhì)和生成規(guī)律的氧化層。）
2.多孔型氧化膜的厚度、結(jié)構(gòu)和成分
多孔型陽極氧化膜組成：阻擋層和多孔層；阻擋層的結(jié)構(gòu)和形成規(guī)律相當(dāng)于壁壘型氧化膜；多孔層的生成規(guī)律、結(jié)構(gòu)和成分與阻擋層完全不同。?
1）阻擋層的厚度：取決于外加氧化電壓，與氧化時間無關(guān)。成膜率或成膜比δb/Va ；壁壘型氧化膜的成膜率大于多孔型氧化膜的阻擋層的成膜率。
多孔層的厚度：總厚度=多孔層 + 阻擋層；總厚度與電流密度和氧化時間的乘積（即通過的電量）成正比
2）阻擋層的成分：致密無孔的非晶態(tài)氧化物。
多孔層的成分：非晶態(tài)的Al2O3，但不是純的。
3）阻擋層的結(jié)構(gòu)：雙層結(jié)構(gòu)。外層：含有溶液陰離子；內(nèi)層：基本上由純氧化鋁組成。
多孔層結(jié)構(gòu)：外層：含有γ-Al2O3和α-AlOOH；內(nèi)層：非晶態(tài)Al2O3，水的滲入氧化膜逐漸轉(zhuǎn)化為假勃姆體α-AlOOH。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
第七章陽極氧化工藝
1.硫酸陽極氧化的工藝影響有哪些？
鋁硫酸陽極氧化工藝參數(shù)的影響
（1）硫酸濃度的影響：影響氧化膜阻擋層厚度、電解液的導(dǎo)電性、對氧化膜的溶解作用、氧化膜的耐蝕性及后續(xù)的封孔質(zhì)量等。
（濃度高對氧化膜的溶解作用大，形成的阻擋層薄，維持一定電流密度所需的電壓降低；反之膜則厚，電壓高。高濃度硫酸維持一定電流所需電壓低，但對氧化膜的影響大。隨硫酸濃度和溫度上升，所需電壓下降。但較高的硫酸濃度增加了酸對氧化膜的浸蝕。隨硫酸濃度上升，效率降低：即獲得一定厚度氧化膜的電耗大。隨硫酸濃度增加，膜的耐蝕性和耐磨性降低）
（2）槽液溫度的影響：1）槽液溫度在一定范圍內(nèi)提高，獲得的氧化膜種類減少，膜變軟但較光亮；2）槽液溫度較高，生成的氧化膜外層膜孔徑和孔錐度趨于增大，造成封孔難度大，也易起封孔“粉霜”。3）較高槽液溫度得到的氧化膜容易染色，但難保持顏色深淺的一致性，一般染色膜的氧化溫度為20~25℃；4）降低槽液溫度獲得的氧化膜硬度高、耐磨性好，但在養(yǎng)護過程中維持同樣電流密度所需電壓較高，普通膜采用18~22℃。
（對于厚度大于15μm的氧化，槽液溫度升高，膜質(zhì)量和金屬損失比顯著減少，且膜的外層硬度較低。溫度對氧化膜質(zhì)量影響顯著：溫度高于15℃都是生產(chǎn)非晶體的軟膜。溫度低有助于制備致密的氧化膜。隨溫度升高，膜硬度下降。要獲得硬度高、耐磨性好的膜層，必須采取低溫陽極氧化。除3004合金外，一般合金在20℃時耐蝕性最好。隨溫度升高耐蝕性下降，40℃下降到最低。）
（3） 氧化電壓的影響：電壓決定氧化膜的孔徑大?。旱蛪骸讖叫?、孔數(shù)多——孔徑大、孔數(shù)少。
（在一定范圍內(nèi)，高壓有利于生成致密、均勻的氧化膜。在恒定電壓下，電流密度隨氧化時間延長而下降。維持一定電流所需的電壓越高，則氧化過程所釋放的熱量就越多，不利于氧化膜性能穩(wěn)定。電流一定時，溫度越低電壓越高。）
（4） 氧化電流的影響：氧化電流直接影響生產(chǎn)效率：高電流生產(chǎn)效率高。
（高電流需要電容量大的電容器，膜厚度波動大，易引起工件“燒傷”。
低電流下氧化時間長，使膜的耐蝕性和耐磨性下降。最佳電流為1.2~1.8A/dm2。硫酸濃度越高，槽液導(dǎo)電性好，同電壓下的電流密度越大。鋁含量增大，槽液電阻增大，導(dǎo)電性下降。）
（5）槽液攪拌的影響：為了使陽極氧化槽液溫度和濃度均勻，特別是采用較大電流時，膜-槽液界面上產(chǎn)生大量熱量，攪拌使界面溫度降低。
?（6） 氧化時間的影響：恒流下氧化，在一定時間內(nèi)氧化膜厚度的增長與時間成正比。（根據(jù)：電解液濃度、槽液溫度、電流密度、氧化膜厚度和性能要求等。）
2.簡述硫酸、鉻酸、磷酸、草酸硼酸和堿性等電解液的陽極氧化工藝特點和氧化膜性質(zhì)差異。
1）硫酸工藝：生產(chǎn)成本低；膜的透明度高；耐蝕性和耐磨性好；電解著色和化學(xué)染色容易。2）鉻酸工藝：氧化膜厚度一般，表面粗糙；膜層質(zhì)軟；耐磨性不然硫酸氫化膜，但彈性好。3）草酸工藝：氧化膜孔隙率低，耐蝕性、耐磨性和電絕緣性比硫酸膜好，但成本高。4）磷酸工藝：氧化膜較薄，而孔徑較大。
3.? 硫酸交流陽極氧化和硫酸直流陽極氧化比較
? ?1）交流：電流效率低；氧化膜的耐蝕性差，硬度低。
? ?2）直流：生產(chǎn)成本高；膜的透明度高；耐蝕性和耐磨性好；電解著色和化學(xué)染色容易。
4.? 硫酸容易中鋁離子和雜質(zhì)的影響
? ? 主要是影響氧化膜的耐磨性、耐腐蝕性、光亮度和槽液導(dǎo)電性等
（1）鋁離子：含量在1~10g/L 內(nèi)是有利的，大于10g/L將造成影響。電流隨鋁離子濃度增大而減?。蝗旧y度增大；鋁含量較高時有不溶性的鋁鹽沉積于鋁材工件表面、? ?槽壁和熱交換器上，影響產(chǎn)品外觀和熱交換效率。
（2）陽離子Fe、MN、Cu和Ni等：
Fe：有害雜質(zhì)，主要來源于硫酸和鋁材。當(dāng)Fe含量超過25~50μg/g時導(dǎo)致氧化膜出現(xiàn)很多問題：如光亮度下降、膜軟松等。
Mn：影響與Fe相似，但沒有Fe顯著。
Cu和Ni：主要來源于合金化的鋁材，它們影響相似，當(dāng)含量超過100μg/g時，氧化膜耐蝕性降低。
（3）陰離子磷酸根、硝酸根、氯離子等：
磷酸根：化學(xué)拋光后水洗不足導(dǎo)致；含量很少時（ppm級）影響不大，含量多時主要危害是磷酸根被氧化膜吸附，而在水合封孔時釋放出來，超過5μg/g時將會對封孔質(zhì)量產(chǎn)生危害。
硝酸根：主要來源于前道工序后水洗不足和槽液商品硫酸。當(dāng)含量超過30μg/g時對光亮度不利，過高還會使槽液溶解能力增強不利于成膜。
氯離子：主要來源于使用的水，自來水中氯離子含量較高。當(dāng)Cl-和F-超過50μg/g時氧化膜產(chǎn)生腐蝕斑點。
第八章鋁的硬質(zhì)陽極氧化
1.簡述硬質(zhì)陽極氧化膜與普通氧化膜的制備工藝參數(shù)的異同點。
硬質(zhì)陽極氧化膜的制備：與普通的陽極氧化原理、設(shè)備和工藝等無本質(zhì)區(qū)別，僅是具體工藝措施方面略有區(qū)別。區(qū)別：降低氧化過程中氧化膜的溶解速度。
2.硬質(zhì)陽極氧化莫與普通陽極氧化膜比較
硬質(zhì)陽極氧化膜厚度大、硬度比較高、耐磨性較好、孔隙率較低、耐擊穿電壓較高、而表面平整性稍差。（外加電壓大，濃度低，處理時間長，則膜厚，硬度高，耐磨性好，耐擊穿電壓高，孔隙率低，孔徑大，表面平整性差。）
3.鑄造鋁合金的硬質(zhì)陽極氧化工藝與硫酸等硬質(zhì)陽極氧化工藝的異同點。
（1）槽液溫度低：小于5℃，溫度越低膜硬度越高。普通硫酸陽極氧化的槽液溫度在20℃左右。（2）槽液濃度低：對于硫酸一般小于15%；普通陽極氧化的槽液濃度在20%左右。（3）硫酸槽液中添加有機酸：草酸、酒石酸、檸檬酸等；（4）外加電流/電壓較高：2~5A/dm2，25~100V。普通陽極氧化1.0~1.5 A/dm2,18V以下；（5）逐步遞增電壓的操作方法：階梯式加壓；（6）采用脈沖電源或特殊波形電源：高Cu合金或高Si鑄造鋁合金。
第九章
第十章鋁陽極氧化膜的電解著色
1.簡述Sn鹽與Ni鹽電解著色的工藝及其優(yōu)缺點
1）Sn鹽電解著色工藝：主要是單Sn鹽、Sn-Ni混合電解著色，主要的著色鹽是SnSO4，利用Sn2+點解還原在陽極氧化莫的微孔中析出而著色。優(yōu)點：Sn鹽的抗雜質(zhì)性能好，點解著色溶液分布能力強，工業(yè)控制簡單，交流Sn鹽著色本身不存在困難。缺點：Sn2+穩(wěn)定性差，著色的色差和色調(diào)比較難以控制。
2）Ni鹽點解著色工業(yè)：與Sn鹽電解著色工業(yè)相似，析出Ni而著色。優(yōu)點：Ni鹽著色速度快，槽液穩(wěn)定性好。缺點：對槽液的雜質(zhì)比較敏感
2.交流與直流電解著色的優(yōu)缺點。
1）交流著色。優(yōu)點：克服了直流電解著色存在氧化膜剝落的危險。?
缺點：在交流著色中陽極電壓會影響陰極著色反應(yīng)的速度，使得陽極電流密度下降，陰極電流密度減小，從而 著色速度減慢。
2）直流著色。優(yōu)點：著色速度快，電能利用率高；缺點：直流電解著色存在氧化膜剝落的危險。
第十一章鋁陽極氧化膜的染色
1.氧化膜應(yīng)具有哪些條件才能進行染色處理
（1）鋁在硫酸溶液中得到的陽極氧化膜無色而多孔；
（2）氧化膜應(yīng)具備一定的厚度，應(yīng)大于7um；
（3）氧化膜應(yīng)具有一定的松孔和吸附性；
（4）氧化膜層應(yīng)完整、均勻，不應(yīng)有劃傷、沙眼、點腐蝕等缺陷；
（5）氧化膜本身具有合適的顏色，且沒有金相結(jié)構(gòu)的差別，如晶粒大小不一或嚴(yán)重偏析等。
2.簡述有機涂料和無機涂料的染色機理。
（1）有機染料的染色基于物質(zhì)的吸附理論，有物理吸附和化學(xué)吸附。
物理吸附：分子或離子以靜電力方式的吸附。氧化膜的組成是非晶態(tài)的氧化鋁，內(nèi)層靠近鋁基體的為致密的阻擋層，上面生長著呈喇叭狀向外開張的多孔型結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出優(yōu)良的物理吸附性能，當(dāng)染料分子進入膜孔時，就被吸附在孔壁上。
化學(xué)吸附：以化學(xué)力方式的吸附。此時有機染料分子與氧化鋁發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，由于化學(xué)結(jié)合而存在于膜孔中。這種吸附有以下幾種：氧化膜與染料分子上的磺基形成共價鍵；氧化膜與染料分子上的酚基形成氫鍵；氧化膜與染料分子生成絡(luò)合物。
（2）無極染料染色機理：染色時將氧化后的工件按照一定的次序先浸漬在一種無機鹽溶液中，再依次浸入另一種無機鹽溶液中，使這些無機物在膜孔中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶于水的有色化合物，填塞氧化膜孔隙封住，因而使膜層現(xiàn)顏色。
3.有機染料染色工藝的流程與規(guī)范。
工藝流程：前處理-陽極氧化-清洗-氨水中和或其他處理-清洗-染色-清洗-封孔處理-烘干。
工藝規(guī)范：1）染色容易的濃度：染淺色調(diào)，濃度一般控制在0.1~1g/L,而染深色要求2~5 g/L，染黑色要求10 g/L以上；2）染色溶液的溫度：一般控制在50~70℃；3）染色溶液的PH值：PH范圍5~6；4）染色時間：通常為5~15min。
4.有機染色工藝中染色液的雜質(zhì)影響及其控制。
（1）硫酸鈉的影響：硫酸鈉降低染色速率，這種影響隨染料離子中硫磺基團的增加而增加，特別是金屬絡(luò)合物染料。
（2）氯化鈉的影響：引起電蝕點（白點）的主要原因。電蝕點被陰極電流所抑制。
（3）表面活性劑的影響：非離子型表面活性劑對染色無影響，但陽離子表面活性劑如加入鋁黑MLW中會減慢染色，故除油劑中不適宜添加離子型表面活性劑，因某些陰離子對染色不利。
（4）三價鋁離子的影響：少量Al3+? ? 對許多染液無影響，除非達到500~1000ug/g，此時可能造成變色，如藍色變成帶紅等。
（5）重金屬離子的影響。
（6）陰離子的影響。
（7）細(xì)菌作用對染色的影響：細(xì)菌在染液中繁殖，使染液發(fā)霉，首先在染液表面起小泡，當(dāng)染液不工作靜置時，在泡的周圍聚集一些不溶解的有色顆粒，使染色不正常。假如肉眼可見，應(yīng)將懸浮于表面的發(fā)霉物撈掉，并加入0.05~0.10g/L合適的殺菌劑，如二氯酚G4，用乙醇溶液溶解后加入槽中。有時只有將染液倒掉。此時應(yīng)用殺菌劑或次氯酸溶液清洗槽壁，然后重新配置。
（8）不溶雜質(zhì)對染色的影響：染色液中有時不可避免地會帶入油污，玷污工件使染色發(fā)花，此時應(yīng)用吸油紙吸沾除去或加入少量非離子表面活性劑，使油滴分散不致聚集在染液表面。
5.列舉常用的無機染色工藝及其步驟與參數(shù)（至少五種顏色以上）
6.
一般在常溫下進行操作，通常分兩步進行，現(xiàn)在第一種溶液中浸5~10min,取出清洗后再在第二種溶液中浸5~10min，則染成所需的顏色。
常用無機染色工藝規(guī)范
色彩
溶液成分
含量/（g/L）
生成有色鹽
藍色
1亞鐵氰化鉀[K4Fe(CN)6.3H2O]
2三氯化鐵[FeCl3]或者硫酸鐵[Fe2(SO4)2]
30~50
40~50
亞鐵氰化鐵（普魯士藍）
黑色
①醋酸鈷[CoAc2]
②高錳酸鉀[KMnO4]
50~100
15~25
氧化鈷
黃色
①醋酸鉛[PbAc2.3H2O]
②重鉻酸鉀[K2Cr2O7]
100~200
50~100
鉻酸鉛
白色
①醋酸鉛[PbAc2.3H2O]
②硫酸鈉[Na2SO4]
10~50
10~50
硫酸鉛
褐色
①鐵氰化鉀[K3Fe(CN)6]
②硫酸銅[CuSO4.5H2O]
10~50
10~100
鐵青華銅
金色
草酸高鐵銨[NH4Fe(C2O4)2](Ph=4.8~5.3,35~50oC,2min)
10（淺）
25（深）
7.染色常見的問題以及解決方法。
1）不上色 。? 解決辦法：a、調(diào)換顏料 b、調(diào)整PH c、提高膜層厚度 d、及時染色 e、選用合適顏料。
2）部分著不上色或顏色淺。? 解決辦法: a、加強保護措施 b、提高顏料濃度 c、提高膜層厚度 d、夾緊工件，調(diào)正位置 e、調(diào)換著色液 f、改進顏料溶解。
3）染色后表面呈白色水霧狀。? 解決辦法: a、去除水汽 b、調(diào)整褪色液濃度 c、縮短褪色時間。
4）染色后發(fā)花。? 解決辦法：a、調(diào)整PH 加強清洗 b、改進顏料溶解 c、降低染液溫度。
5）染色后有點狀。? 解決辦法: a、用水沖洗試樣表面 b、過濾染液 c、氧化后工件放入清水槽 d、加強防護。
6）染色后易褪色。? ?解決辦法: a、調(diào)高PH? b、提高染色槽溫度，延長染色時間，調(diào)整封孔槽PH，延長封孔時間。
7）染色表面易擦掉。? 解決辦法：a、重新氧化 b、提高染色液溫度 c、調(diào)高氧化溫度。
8）染色過暗。? 解決辦法：a、沖稀染液 b、降低溫度 c、縮短時間。
第十二章? 鋁陽極氧化膜的封孔
1.封孔：鋁陽極氧化后對氧化膜進行的化學(xué)或物理過程，以降低氧化膜的孔隙率和吸附能力。其封孔原理主要有（1）水合反應(yīng) ；（2）無機物充填；（3）有機物充填。
2.熱封孔技術(shù)是通過氧化鋁的水合反應(yīng)，將非晶態(tài)氧化鋁轉(zhuǎn)化為稱為勃姆體的水合氧化鋁，即Al2O3?H2O(AlOOH)。 熱封孔的機理本質(zhì)是水合反應(yīng)，常稱為“水合-熱封孔”。
3.水合反應(yīng)的作用：體積膨脹了30%，體積增大使氧化膜的微孔得到填充和封閉，抗污染性和耐腐蝕性隨之提高，同時導(dǎo)納降低（阻抗增加），介電常數(shù)變大
4.水中雜質(zhì)的的影響：1）封孔的效果很大程度上取決于水的質(zhì)量和PH控制；?
2）常見的雜質(zhì)：SiO2、H2SiO3；3）措施：離子交換 。?
5.沸水封孔參數(shù)和冷封孔參數(shù)比較
1）沸水封孔的溫度：一般95度以上。冷封孔為室溫；2）沸水封孔的PH值：最佳范圍5.5~6.5。冷封孔范圍5.5~6.5，工業(yè)控制以6為最佳。3）沸水封孔的時間：取決于膜厚、孔徑大小和封孔品質(zhì)試驗要求。冷封孔一般規(guī)定為10~15min。
第十八章
1.簡述常用的陽極氧化膜質(zhì)量檢測方法及其優(yōu)點
1）外觀和色差? 檢測方法：目視和儀器檢測法? 優(yōu)缺點：目視法簡單，但易受試樣的形狀和大小，照光的強弱等因素的影響? 儀器法解決了目視法的缺點，適用于測定反射光的顏色。
2）氧化膜的厚度? 測量方法：a、橫斷面厚度顯微鏡測量法：膜厚大于5um， 垂直 b、分光束顯微鏡測量法：膜厚大于5um，氧化膜折射率1.59~1.62 c、質(zhì)量損失法：膜厚小于5um，溶解法，表面密度，氧化膜密度（硫酸液氧化）封閉前后為2.6和2.4g\cm3? d、渦流法：不適用于薄的膜
3）封孔質(zhì)量：a、指印試驗 b、酸處理后染色斑點質(zhì)量，不適用于cu高于2%和si高于4%的含量 c、磷鉻酸實驗
4）耐蝕性：a、鹽霧腐蝕試驗 b、含SO2潮濕大氣腐蝕試驗 c、馬丘腐蝕試驗 d、耐濕熱腐蝕試驗 e、滴堿腐蝕試驗
5）耐化學(xué)穩(wěn)定性：a、耐酸實驗 b、耐堿實驗 c、耐砂漿試驗
6）耐候性：a、自然暴露實驗 b、人工加速耐候?qū)嶒?/span>
7）硬度：a、壓痕硬度 b、鉛筆硬度 c、顯微硬度
8）耐磨性：a、噴磨試驗儀檢測耐磨性 b、輪式磨損試驗儀檢測耐磨性 c、落砂試驗儀檢測耐磨性
9）附著性：a、劃格實驗 b、儀器實驗：劃痕法
10）力學(xué)性能：a、耐沖擊性 b、抗彎曲性 c、疲勞性能 d、結(jié)合強度 e、抗變形破裂 f、抗熱裂性
11）電絕緣性：擊穿電位法
12）反光性能
13）其他：a、涂層聚合作用性能 b、耐沸水性 c、加工性能
2.耐磨性影響因素：合金成分、膜厚、高聚合物涂料的固化條件、陽極氧化條件和封孔條件等
第一章引論
1.鋁及鋁合金的性能特點
密度低；塑性好；易強化；導(dǎo)電好；耐腐蝕；易回收；可焊接；易表面處理
2.簡述鋁合金的腐蝕性及其腐蝕形態(tài)
1）腐蝕性：（1）酸性腐蝕：鋁在不同的酸中有不同 腐蝕行為，一般在氧化性濃酸中生成鈍化膜，具有很好的耐蝕性，而在稀酸中有“點腐蝕”現(xiàn)象。局部腐蝕；（2）堿性腐蝕：鋁在堿性溶液中的腐蝕，堿能與氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，然后再進一步與鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣。全面腐蝕；（3）中性腐蝕：在中性鹽溶液中，鋁可以是鈍態(tài)，也可能由于某些陽離子或者陽離子的作用發(fā)生腐蝕。點腐蝕。
2）腐蝕形態(tài)：點腐蝕，電偶腐蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，絲狀腐蝕和層狀腐蝕等
點腐蝕：最常見的腐蝕形態(tài)，程度與介質(zhì)和合金有關(guān)
電偶腐蝕：接觸腐蝕，異（雙）金屬腐蝕，在電解質(zhì)溶液中，當(dāng)兩種金屬或合金相接觸（電導(dǎo)通）時，電位較負(fù)的金屬腐蝕被加速，而電位較正的金屬受到保護的腐蝕現(xiàn)象。
縫隙腐蝕：兩個表面接觸存在縫隙，該處充氣溶解氧形成氧濃差原電池，使縫隙內(nèi)產(chǎn)生腐蝕。
晶間腐蝕：與熱處理不當(dāng)有關(guān)，合金元素或金屬間化合物沿晶界沉淀析出，相對于晶粒是陽極，而構(gòu)成腐蝕電池。
絲狀腐蝕：絲狀腐蝕是一種膜下腐蝕，呈蠕蟲狀在膜下發(fā)展，這種膜可以是漆膜，或者其他涂層，一般不發(fā)生在陽極氧化膜的下面。絲狀腐蝕與合金成分、涂層前預(yù)處理和環(huán)境因素有關(guān)，環(huán)境因素有適度、溫度、氯化物；? ? ?
層狀腐蝕：剝層腐蝕，也叫剝蝕。
3.鋁合金表面處理技術(shù)包括哪幾個方面？
表面機械預(yù)處理（機械拋光或掃紋等）（2）化學(xué)預(yù)處理或化學(xué)處理（化學(xué)轉(zhuǎn)化或化學(xué)鍍等）（3）電化學(xué)處理（陽極氧化或電鍍等）（4）物理處理（噴涂、搪瓷琺瑯化及其物理表面技術(shù)改性）等。
? ?搪瓷琺瑯：將無機物的混合物熔融成不同熔點玻璃態(tài)物質(zhì)。
4.鋁合金陽極氧化膜的特性有哪些？
有：耐蝕性；硬度和耐磨性；裝飾性；有機涂層和電鍍層附著性；電絕緣性；透明性；功能性
第二章鋁的表面機械預(yù)處理
1.預(yù)處理的目的：（1）提高良好的表觀條件和表面精飾質(zhì)量。（2）提高產(chǎn)品品級。（3）減少焊接的影響。（4）產(chǎn)生裝飾效果。（5）獲得干凈表面。
2.磨光操作要求
（1）磨料種類和粒度的選擇：根據(jù)工件材料的軟硬程度、表面狀況和質(zhì)量要求等選用；表面越硬或越粗糙則用較硬及較粗的磨料。
（2）磨光應(yīng)分多步操作，工件壓向磨輪的壓力要適度。
（3）新磨輪在黏結(jié)磨料前應(yīng)預(yù)先刮削使之平衡后才能粘結(jié)磨料。
（4）定期更換新磨料。
（5）根據(jù)不同的需要選擇合金材料。
（6）選擇適當(dāng)?shù)哪ポ嗈D(zhuǎn)速，一般控制在10~14m/s。
（7）磨光效果取決于磨料、磨輪的剛性和輪子的旋轉(zhuǎn)速度、工件與磨輪的接觸壓力等因素，以及實踐經(jīng)驗和熟練技巧等。
3.磨光和拋光的概念
磨光：將布輪黏結(jié)磨料后的操作。目的：去除工件表面的毛刺、劃痕、腐蝕斑點、砂眼、氣孔等表觀缺陷。；
拋光：將拋光膏抹于軟布輪或氈輪后的操作
4.常見的問題和解決辦法：
常見問題：“燒焦”印。
原因：（1）磨光輪、磨料和拋光劑的選擇不當(dāng)；（2）拋光用力不當(dāng)；（3）磨觸時間過長；（4）磨觸過熱。
措施：（1）在稀堿溶液中進行輕微的堿蝕；（2）用溫和的酸浸蝕：如鉻酸-硫酸溶液，或者質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液加溫后使用；（3）3wt%Na2CO3和2wt%Na3PO4，溶液在40~50℃溫度下處理，時間為5min，嚴(yán)重的可延長至10~15min
經(jīng)上述處理清洗并干燥后，應(yīng)立即用精拋輪或鏡面拋光輪重新拋光。
預(yù)防：采用適當(dāng)?shù)哪ス廨?、拋光輪；采用適當(dāng)?shù)膾伖鈩?；工件與拋輪的磨觸時間要適當(dāng)掌握。
第三章鋁的化學(xué)預(yù)處理
1.鋁材的脫脂方法有哪些？工藝原理分別是什么？
1）脫脂方法：酸性脫脂、堿性脫脂和有機溶劑脫脂。目的：清除鋁表面的油脂和灰塵等污染物，使后道堿洗比較均勻，提高陽極氧化膜的質(zhì)量
2）（1）酸性脫脂的作用機理：在以H2SO4、H3PO4和HNO3為基的酸性脫脂溶液中，油脂發(fā)生水解反應(yīng)，生產(chǎn)甘油和相應(yīng)的高級脂肪酸，達到脫脂的目的。（2）堿性脫脂的作用機理：堿與油脂發(fā)生皂化反應(yīng)，生成可溶性的肥皂，用皂化反應(yīng)消除油脂與鋁材表面的結(jié)合，達到脫脂的目的。（3）有機溶劑脫脂的作用機理：利用油脂易溶于有機溶劑的特性進行，既能溶解皂化油，也能溶解非皂化油，具有很強的脫脂能力，且速度快，對鋁無腐蝕性，達到脫脂的目的。
2.堿洗的目的、存在哪些缺陷？相應(yīng)的對策應(yīng)如何？
1）目的：去除表面的贓物，徹底去除鋁表面的自然氧化膜，顯露出純凈的金屬基體，為后續(xù)的表面處理主工序做好準(zhǔn)備。
2）堿洗的三大缺陷：外觀粗糙、斑點、流痕。
3）（1）外觀粗糙：是堿洗法生產(chǎn)砂面鋁材時常見問題，常是由原始鋁材存在組織缺陷（粗晶或金屬間化合物沉淀粒子大）引起；提高原始鋁材的內(nèi)在組織質(zhì)量才能從源頭上解決問題。
原因：A：擠壓用的鋁棒原始晶粒尺寸大。B：鋁棒加熱溫度偏高或擠壓速度太快。C：采用的擠壓機噸位偏小。 D：擠壓后淬火不足。E：堿洗速度太快。
對策：選用晶粒度復(fù)合國家標(biāo)準(zhǔn)的擠壓鋁棒；控制好擠壓制品的出口溫度；加強擠壓后的淬火；合理控制堿洗速度等。
? （2）斑點：是鋁材表面處理的致命缺陷：中斷后續(xù)工序或報廢回爐處理。
原因：
A：熔煉鑄棒時加入回收鋁的比例太高。Al2O3熔點高達2050℃，熔煉時不熔化，僅是破碎；堿洗過程中的浸蝕導(dǎo)致雪花狀腐蝕斑點。? 對策：控制陽極氧化膜的回收鋁的比例，應(yīng)小于10%；熔體的精煉除渣，鑄造前熔體靜止約25min和熔體過濾等。
? ?B：水中氯離子含量高。當(dāng)鋁材的材質(zhì)品質(zhì)較差，而所用水的氯離子含量也較高時，堿洗或堿洗前后水洗都會顯露出腐蝕斑點。? ? 對策：改善原始鋁材的材質(zhì)；采用復(fù)合國家標(biāo)準(zhǔn)的自來水；改用硝酸或硝酸加硫酸除灰；在水槽鎳加入1~5g/L HNO3也可有效抑制氯離子的腐蝕影響。
? ?C：大氣腐蝕。鋁材在沿海大氣環(huán)境中放置約3天、腐蝕性氣氛熔煉爐旁、陰雨天氣等其表面常有腐蝕斑痕或斑點形成。? ? 對策：縮短原始鋁材轉(zhuǎn)入陽極氧化的周期時間；帶陽極氧化的原始鋁材放置在環(huán)境干燥、空氣良好的位置；對長時間放置或陰雨天，可對原始鋁材進行適當(dāng)?shù)恼谏w處理等。
? ?D：擠壓“熱斑”。鋁材與出料臺的導(dǎo)熱良好的石墨輥相接觸，因局部冷速不同，導(dǎo)致鋁材內(nèi)有析出相（Mg2Si相，溫度范圍400~250℃）形成，呈現(xiàn)間隔狀斑點。? ? 對策：控制擠壓出料臺的運行速度（應(yīng)大于鋁的擠出速度）；采用導(dǎo)熱效果差的其他耐熱材料替代石墨輥；借槍風(fēng)冷淬火力度；快速將擠壓出口鋁材降至250℃以下。
（3）流痕：堿洗工藝條件和操作不當(dāng)造成堿洗流痕缺陷（堿洗速度太快和轉(zhuǎn)移速度太慢）。? 對策：A：加快轉(zhuǎn)移。B：降低堿洗槽液溫度。C：降低槽液中的NaOH濃度。D：鋁材裝料過密，應(yīng)適當(dāng)減少。
3.除灰的目的是什么？鋁合金表面除灰有哪幾種方法？
目的：去除表面掛灰，防止后道陽極氧化槽液的污染，提高氧化膜質(zhì)量。? ?
方法：硝酸除灰，硫酸除灰，
4.氟化物砂面處理的缺陷和對策是什么？
氟化物砂面處理是利用氟離子使鋁材表面產(chǎn)生高度均勻、高密度點腐蝕的一種酸性浸蝕工藝。
缺陷與對策：
（1）上表面有斑痕：槽內(nèi)沉淀物較多、氟離子濃度較低時，反應(yīng)強度較弱，沉淀物在呂愛表面上沉積或停留過久，阻礙氟離子的正常腐蝕。?
對策：清除槽內(nèi)過多的沉淀物、降低鋁材密度、添加適量的氟化氫銨和添加劑，提高氟離子濃度，增加反應(yīng)強度。
（2）表面不易起砂：槽液受前道酸脫脂的污染而使PH降低，氟離子和添加劑濃度不足。? ?對策：用氨水或氟化銨調(diào)節(jié)PH值、補加氟化氫銨和添加劑等。
（3）表面沙粒太粗：槽內(nèi)氟離子濃度太高或添加劑不足，或處理時間太長。
對策：采取相應(yīng)的措施控制。
（4）表面光澤度有差異：槽工藝條件控制不當(dāng)，或選用添加劑不適當(dāng)，或鋁材存在問題。? ?對策：采取相應(yīng)的措施控制。
（5）局部不起砂：局部存在復(fù)合氧化膜。? ?對策：調(diào)整工藝流程，如磨光、拋光、重新酸洗或堿洗等。
第四章鋁的化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光
1.簡述化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光的機理的異同點。
1）化學(xué)拋光：通過控制鋁材表面選擇性的溶解，使表面微觀凸部比凹部優(yōu)先溶解，達到表面平整和光亮的目的。
2）電化學(xué)拋光，又稱電解拋光。原理與化學(xué)拋光相似，依靠選擇性溶解表面凸出部分而達到平整光滑，不同的是有外加電流作用，處理時間較短
3）共同點：拋光機理相同；? 不同點：電化學(xué)拋光在處理過程中施加了電流，化學(xué)拋光使用的是化學(xué)氧化劑。
2.化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光具有哪些優(yōu)點？
化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光與機械拋光相比較，具有如下優(yōu)點：
（1）設(shè)備簡單，工藝參數(shù)易調(diào)控，節(jié)省成本等以及表面更光亮；
（2）可處理大型零部件或大批量的小型零部件，以及復(fù)雜形狀的工件；
（3）表面更潔凈，無殘留的機械拋光粉塵，具有良好的抗腐蝕性；
（4）化學(xué)拋光的表面鏡面反射率更高，金屬質(zhì)感也較好，表面不會形成粉“霜”。
3.簡述化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光的缺陷和對策。
1）化學(xué)拋光缺陷及對策（以磷酸-硫酸-硝酸工藝為例）
（1）光亮度不足：鋁材的成分影響、硝酸的含量影響等。
對策：采用高純鋁、控制硝酸的濃度，拋光前的鋁材要干燥。
（2）白色附著物：鋁溶解過多，需控制其在槽液中的含量。
對策：調(diào)整槽液中的溶鋁量到正常范圍。
（3）表面粗糙：硝酸含量過高，反應(yīng)過于劇烈；或Cu含量過高。
對策：應(yīng)嚴(yán)格控制硝酸含量；提高材質(zhì)內(nèi)部質(zhì)量、減少添加劑量等。
（4）轉(zhuǎn)移性腐蝕：化學(xué)拋光后轉(zhuǎn)移到水洗過程中遲緩造成；
對策：應(yīng)迅速轉(zhuǎn)移至水中進行清洗。
（5）點腐蝕：綠箭表面氣體累積形成氣穴而產(chǎn)生；或因硝酸或Cu含量偏低造成。? ? 對策：應(yīng)合理裝料，增加工件傾斜度，加強攪拌使氣體逸出。清洗表面干凈；控制硝酸含量等。
2）電化學(xué)拋光缺陷及對策（以磷酸-硫酸-鉻酸工藝為例）
（1）電灼傷：導(dǎo)電借助面積不足、接觸不良、工件通電電壓上升過快、電流密度瞬間過大等；? ?對策：注意工件與電夾具接觸良好、接觸面積滿足大電流需要，施加電壓升壓不宜過快等。
（2）暗斑：電流密度過低、電力線局部分布不均勻等
? ? ?對策：裝料量不宜過多、避免電力線分布不到的死角區(qū)等。
（3）氣體條紋：氣體逸出造成
? ? ?對策：裝料時使工件的每個面傾斜，裝飾面垂直放置且朝向陰極、避免氣體聚集等。
（4）冰晶狀附著物：槽液中溶鋁量太高或者磷酸含量高而形成磷酸鋁沉淀。
? ? ?對策：降低槽液中的溶鋁量、或降低磷酸含量等
第五章
第六章鋁陽極氧化與陽極氧化膜??
1.鋁陽極氧化膜分類：
（1）壁壘型：也叫屏蔽型或阻擋層氧化膜，緊靠金屬表面，致密無孔、薄，厚度取決于氧化電壓，不超過0.1μm，主要用于電解電容器。
（2）多孔型：由兩層氧化膜組成，底層是阻擋層，與壁壘膜結(jié)構(gòu)相同的致密無孔的薄氧化物層，厚度與電壓有關(guān)；主體部分是多孔層結(jié)構(gòu)，其厚度取決于通過的電量。?
? ?（阻擋層：指多孔型氧化膜的多孔層與金屬鋁分隔的，具有壁壘膜性質(zhì)和生成規(guī)律的氧化層。）
2.多孔型氧化膜的厚度、結(jié)構(gòu)和成分
多孔型陽極氧化膜組成：阻擋層和多孔層；阻擋層的結(jié)構(gòu)和形成規(guī)律相當(dāng)于壁壘型氧化膜；多孔層的生成規(guī)律、結(jié)構(gòu)和成分與阻擋層完全不同。?
1）阻擋層的厚度：取決于外加氧化電壓，與氧化時間無關(guān)。成膜率或成膜比δb/Va ；壁壘型氧化膜的成膜率大于多孔型氧化膜的阻擋層的成膜率。
多孔層的厚度：總厚度=多孔層 + 阻擋層；總厚度與電流密度和氧化時間的乘積（即通過的電量）成正比
2）阻擋層的成分：致密無孔的非晶態(tài)氧化物。
多孔層的成分：非晶態(tài)的Al2O3，但不是純的。
3）阻擋層的結(jié)構(gòu)：雙層結(jié)構(gòu)。外層：含有溶液陰離子；內(nèi)層：基本上由純氧化鋁組成。
多孔層結(jié)構(gòu)：外層：含有γ-Al2O3和α-AlOOH；內(nèi)層：非晶態(tài)Al2O3，水的滲入氧化膜逐漸轉(zhuǎn)化為假勃姆體α-AlOOH。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
第七章陽極氧化工藝
1.硫酸陽極氧化的工藝影響有哪些？
鋁硫酸陽極氧化工藝參數(shù)的影響
（1）硫酸濃度的影響：影響氧化膜阻擋層厚度、電解液的導(dǎo)電性、對氧化膜的溶解作用、氧化膜的耐蝕性及后續(xù)的封孔質(zhì)量等。
（濃度高對氧化膜的溶解作用大，形成的阻擋層薄，維持一定電流密度所需的電壓降低；反之膜則厚，電壓高。高濃度硫酸維持一定電流所需電壓低，但對氧化膜的影響大。隨硫酸濃度和溫度上升，所需電壓下降。但較高的硫酸濃度增加了酸對氧化膜的浸蝕。隨硫酸濃度上升，效率降低：即獲得一定厚度氧化膜的電耗大。隨硫酸濃度增加，膜的耐蝕性和耐磨性降低）
（2）槽液溫度的影響：1）槽液溫度在一定范圍內(nèi)提高，獲得的氧化膜種類減少，膜變軟但較光亮；2）槽液溫度較高，生成的氧化膜外層膜孔徑和孔錐度趨于增大，造成封孔難度大，也易起封孔“粉霜”。3）較高槽液溫度得到的氧化膜容易染色，但難保持顏色深淺的一致性，一般染色膜的氧化溫度為20~25℃；4）降低槽液溫度獲得的氧化膜硬度高、耐磨性好，但在養(yǎng)護過程中維持同樣電流密度所需電壓較高，普通膜采用18~22℃。
（對于厚度大于15μm的氧化，槽液溫度升高，膜質(zhì)量和金屬損失比顯著減少，且膜的外層硬度較低。溫度對氧化膜質(zhì)量影響顯著：溫度高于15℃都是生產(chǎn)非晶體的軟膜。溫度低有助于制備致密的氧化膜。隨溫度升高，膜硬度下降。要獲得硬度高、耐磨性好的膜層，必須采取低溫陽極氧化。除3004合金外，一般合金在20℃時耐蝕性最好。隨溫度升高耐蝕性下降，40℃下降到最低。）
（3） 氧化電壓的影響：電壓決定氧化膜的孔徑大?。旱蛪骸讖叫?、孔數(shù)多——孔徑大、孔數(shù)少。
（在一定范圍內(nèi)，高壓有利于生成致密、均勻的氧化膜。在恒定電壓下，電流密度隨氧化時間延長而下降。維持一定電流所需的電壓越高，則氧化過程所釋放的熱量就越多，不利于氧化膜性能穩(wěn)定。電流一定時，溫度越低電壓越高。）
（4） 氧化電流的影響：氧化電流直接影響生產(chǎn)效率：高電流生產(chǎn)效率高。
（高電流需要電容量大的電容器，膜厚度波動大，易引起工件“燒傷”。
低電流下氧化時間長，使膜的耐蝕性和耐磨性下降。最佳電流為1.2~1.8A/dm2。硫酸濃度越高，槽液導(dǎo)電性好，同電壓下的電流密度越大。鋁含量增大，槽液電阻增大，導(dǎo)電性下降。）
（5）槽液攪拌的影響：為了使陽極氧化槽液溫度和濃度均勻，特別是采用較大電流時，膜-槽液界面上產(chǎn)生大量熱量，攪拌使界面溫度降低。
?（6） 氧化時間的影響：恒流下氧化，在一定時間內(nèi)氧化膜厚度的增長與時間成正比。（根據(jù)：電解液濃度、槽液溫度、電流密度、氧化膜厚度和性能要求等。）
2.簡述硫酸、鉻酸、磷酸、草酸硼酸和堿性等電解液的陽極氧化工藝特點和氧化膜性質(zhì)差異。
1）硫酸工藝：生產(chǎn)成本低；膜的透明度高；耐蝕性和耐磨性好；電解著色和化學(xué)染色容易。2）鉻酸工藝：氧化膜厚度一般，表面粗糙；膜層質(zhì)軟；耐磨性不然硫酸氫化膜，但彈性好。3）草酸工藝：氧化膜孔隙率低，耐蝕性、耐磨性和電絕緣性比硫酸膜好，但成本高。4）磷酸工藝：氧化膜較薄，而孔徑較大。
3.? 硫酸交流陽極氧化和硫酸直流陽極氧化比較
? ?1）交流：電流效率低；氧化膜的耐蝕性差，硬度低。
? ?2）直流：生產(chǎn)成本高；膜的透明度高；耐蝕性和耐磨性好；電解著色和化學(xué)染色容易。
4.? 硫酸容易中鋁離子和雜質(zhì)的影響
? ? 主要是影響氧化膜的耐磨性、耐腐蝕性、光亮度和槽液導(dǎo)電性等
（1）鋁離子：含量在1~10g/L 內(nèi)是有利的，大于10g/L將造成影響。電流隨鋁離子濃度增大而減?。蝗旧y度增大；鋁含量較高時有不溶性的鋁鹽沉積于鋁材工件表面、? ?槽壁和熱交換器上，影響產(chǎn)品外觀和熱交換效率。
（2）陽離子Fe、MN、Cu和Ni等：
Fe：有害雜質(zhì)，主要來源于硫酸和鋁材。當(dāng)Fe含量超過25~50μg/g時導(dǎo)致氧化膜出現(xiàn)很多問題：如光亮度下降、膜軟松等。
Mn：影響與Fe相似，但沒有Fe顯著。
Cu和Ni：主要來源于合金化的鋁材，它們影響相似，當(dāng)含量超過100μg/g時，氧化膜耐蝕性降低。
（3）陰離子磷酸根、硝酸根、氯離子等：
磷酸根：化學(xué)拋光后水洗不足導(dǎo)致；含量很少時（ppm級）影響不大，含量多時主要危害是磷酸根被氧化膜吸附，而在水合封孔時釋放出來，超過5μg/g時將會對封孔質(zhì)量產(chǎn)生危害。
硝酸根：主要來源于前道工序后水洗不足和槽液商品硫酸。當(dāng)含量超過30μg/g時對光亮度不利，過高還會使槽液溶解能力增強不利于成膜。
氯離子：主要來源于使用的水，自來水中氯離子含量較高。當(dāng)Cl-和F-超過50μg/g時氧化膜產(chǎn)生腐蝕斑點。
第八章鋁的硬質(zhì)陽極氧化
1.簡述硬質(zhì)陽極氧化膜與普通氧化膜的制備工藝參數(shù)的異同點。
硬質(zhì)陽極氧化膜的制備：與普通的陽極氧化原理、設(shè)備和工藝等無本質(zhì)區(qū)別，僅是具體工藝措施方面略有區(qū)別。區(qū)別：降低氧化過程中氧化膜的溶解速度。
2.硬質(zhì)陽極氧化莫與普通陽極氧化膜比較
硬質(zhì)陽極氧化膜厚度大、硬度比較高、耐磨性較好、孔隙率較低、耐擊穿電壓較高、而表面平整性稍差。（外加電壓大，濃度低，處理時間長，則膜厚，硬度高，耐磨性好，耐擊穿電壓高，孔隙率低，孔徑大，表面平整性差。）
3.鑄造鋁合金的硬質(zhì)陽極氧化工藝與硫酸等硬質(zhì)陽極氧化工藝的異同點。
（1）槽液溫度低：小于5℃，溫度越低膜硬度越高。普通硫酸陽極氧化的槽液溫度在20℃左右。（2）槽液濃度低：對于硫酸一般小于15%；普通陽極氧化的槽液濃度在20%左右。（3）硫酸槽液中添加有機酸：草酸、酒石酸、檸檬酸等；（4）外加電流/電壓較高：2~5A/dm2，25~100V。普通陽極氧化1.0~1.5 A/dm2,18V以下；（5）逐步遞增電壓的操作方法：階梯式加壓；（6）采用脈沖電源或特殊波形電源：高Cu合金或高Si鑄造鋁合金。
第九章
第十章鋁陽極氧化膜的電解著色
1.簡述Sn鹽與Ni鹽電解著色的工藝及其優(yōu)缺點
1）Sn鹽電解著色工藝：主要是單Sn鹽、Sn-Ni混合電解著色，主要的著色鹽是SnSO4，利用Sn2+點解還原在陽極氧化莫的微孔中析出而著色。優(yōu)點：Sn鹽的抗雜質(zhì)性能好，點解著色溶液分布能力強，工業(yè)控制簡單，交流Sn鹽著色本身不存在困難。缺點：Sn2+穩(wěn)定性差，著色的色差和色調(diào)比較難以控制。
2）Ni鹽點解著色工業(yè)：與Sn鹽電解著色工業(yè)相似，析出Ni而著色。優(yōu)點：Ni鹽著色速度快，槽液穩(wěn)定性好。缺點：對槽液的雜質(zhì)比較敏感
2.交流與直流電解著色的優(yōu)缺點。
1）交流著色。優(yōu)點：克服了直流電解著色存在氧化膜剝落的危險。?
缺點：在交流著色中陽極電壓會影響陰極著色反應(yīng)的速度，使得陽極電流密度下降，陰極電流密度減小，從而 著色速度減慢。
2）直流著色。優(yōu)點：著色速度快，電能利用率高；缺點：直流電解著色存在氧化膜剝落的危險。
第十一章鋁陽極氧化膜的染色
1.氧化膜應(yīng)具有哪些條件才能進行染色處理
（1）鋁在硫酸溶液中得到的陽極氧化膜無色而多孔；
（2）氧化膜應(yīng)具備一定的厚度，應(yīng)大于7um；
（3）氧化膜應(yīng)具有一定的松孔和吸附性；
（4）氧化膜層應(yīng)完整、均勻，不應(yīng)有劃傷、沙眼、點腐蝕等缺陷；
（5）氧化膜本身具有合適的顏色，且沒有金相結(jié)構(gòu)的差別，如晶粒大小不一或嚴(yán)重偏析等。
2.簡述有機涂料和無機涂料的染色機理。
（1）有機染料的染色基于物質(zhì)的吸附理論，有物理吸附和化學(xué)吸附。
物理吸附：分子或離子以靜電力方式的吸附。氧化膜的組成是非晶態(tài)的氧化鋁，內(nèi)層靠近鋁基體的為致密的阻擋層，上面生長著呈喇叭狀向外開張的多孔型結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出優(yōu)良的物理吸附性能，當(dāng)染料分子進入膜孔時，就被吸附在孔壁上。
化學(xué)吸附：以化學(xué)力方式的吸附。此時有機染料分子與氧化鋁發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，由于化學(xué)結(jié)合而存在于膜孔中。這種吸附有以下幾種：氧化膜與染料分子上的磺基形成共價鍵；氧化膜與染料分子上的酚基形成氫鍵；氧化膜與染料分子生成絡(luò)合物。
（2）無極染料染色機理：染色時將氧化后的工件按照一定的次序先浸漬在一種無機鹽溶液中，再依次浸入另一種無機鹽溶液中，使這些無機物在膜孔中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶于水的有色化合物，填塞氧化膜孔隙封住，因而使膜層現(xiàn)顏色。
3.有機染料染色工藝的流程與規(guī)范。
工藝流程：前處理-陽極氧化-清洗-氨水中和或其他處理-清洗-染色-清洗-封孔處理-烘干。
工藝規(guī)范：1）染色容易的濃度：染淺色調(diào)，濃度一般控制在0.1~1g/L,而染深色要求2~5 g/L，染黑色要求10 g/L以上；2）染色溶液的溫度：一般控制在50~70℃；3）染色溶液的PH值：PH范圍5~6；4）染色時間：通常為5~15min。
4.有機染色工藝中染色液的雜質(zhì)影響及其控制。
（1）硫酸鈉的影響：硫酸鈉降低染色速率，這種影響隨染料離子中硫磺基團的增加而增加，特別是金屬絡(luò)合物染料。
（2）氯化鈉的影響：引起電蝕點（白點）的主要原因。電蝕點被陰極電流所抑制。
（3）表面活性劑的影響：非離子型表面活性劑對染色無影響，但陽離子表面活性劑如加入鋁黑MLW中會減慢染色，故除油劑中不適宜添加離子型表面活性劑，因某些陰離子對染色不利。
（4）三價鋁離子的影響：少量Al3+? ? 對許多染液無影響，除非達到500~1000ug/g，此時可能造成變色，如藍色變成帶紅等。
（5）重金屬離子的影響。
（6）陰離子的影響。
（7）細(xì)菌作用對染色的影響：細(xì)菌在染液中繁殖，使染液發(fā)霉，首先在染液表面起小泡，當(dāng)染液不工作靜置時，在泡的周圍聚集一些不溶解的有色顆粒，使染色不正常。假如肉眼可見，應(yīng)將懸浮于表面的發(fā)霉物撈掉，并加入0.05~0.10g/L合適的殺菌劑，如二氯酚G4，用乙醇溶液溶解后加入槽中。有時只有將染液倒掉。此時應(yīng)用殺菌劑或次氯酸溶液清洗槽壁，然后重新配置。
（8）不溶雜質(zhì)對染色的影響：染色液中有時不可避免地會帶入油污，玷污工件使染色發(fā)花，此時應(yīng)用吸油紙吸沾除去或加入少量非離子表面活性劑，使油滴分散不致聚集在染液表面。
5.列舉常用的無機染色工藝及其步驟與參數(shù)（至少五種顏色以上）
6.
一般在常溫下進行操作，通常分兩步進行，現(xiàn)在第一種溶液中浸5~10min,取出清洗后再在第二種溶液中浸5~10min，則染成所需的顏色。
常用無機染色工藝規(guī)范
色彩
溶液成分
含量/（g/L）
生成有色鹽
藍色
1亞鐵氰化鉀[K4Fe(CN)6.3H2O]
2三氯化鐵[FeCl3]或者硫酸鐵[Fe2(SO4)2]
30~50
40~50
亞鐵氰化鐵（普魯士藍）
黑色
①醋酸鈷[CoAc2]
②高錳酸鉀[KMnO4]
50~100
15~25
氧化鈷
黃色
①醋酸鉛[PbAc2.3H2O]
②重鉻酸鉀[K2Cr2O7]
100~200
50~100
鉻酸鉛
白色
①醋酸鉛[PbAc2.3H2O]
②硫酸鈉[Na2SO4]
10~50
10~50
硫酸鉛
褐色
①鐵氰化鉀[K3Fe(CN)6]
②硫酸銅[CuSO4.5H2O]
10~50
10~100
鐵青華銅
金色
草酸高鐵銨[NH4Fe(C2O4)2](Ph=4.8~5.3,35~50oC,2min)
10（淺）
25（深）
7.染色常見的問題以及解決方法。
1）不上色 。? 解決辦法：a、調(diào)換顏料 b、調(diào)整PH c、提高膜層厚度 d、及時染色 e、選用合適顏料。
2）部分著不上色或顏色淺。? 解決辦法: a、加強保護措施 b、提高顏料濃度 c、提高膜層厚度 d、夾緊工件，調(diào)正位置 e、調(diào)換著色液 f、改進顏料溶解。
3）染色后表面呈白色水霧狀。? 解決辦法: a、去除水汽 b、調(diào)整褪色液濃度 c、縮短褪色時間。
4）染色后發(fā)花。? 解決辦法：a、調(diào)整PH 加強清洗 b、改進顏料溶解 c、降低染液溫度。
5）染色后有點狀。? 解決辦法: a、用水沖洗試樣表面 b、過濾染液 c、氧化后工件放入清水槽 d、加強防護。
6）染色后易褪色。? ?解決辦法: a、調(diào)高PH? b、提高染色槽溫度，延長染色時間，調(diào)整封孔槽PH，延長封孔時間。
7）染色表面易擦掉。? 解決辦法：a、重新氧化 b、提高染色液溫度 c、調(diào)高氧化溫度。
8）染色過暗。? 解決辦法：a、沖稀染液 b、降低溫度 c、縮短時間。
第十二章? 鋁陽極氧化膜的封孔
1.封孔：鋁陽極氧化后對氧化膜進行的化學(xué)或物理過程，以降低氧化膜的孔隙率和吸附能力。其封孔原理主要有（1）水合反應(yīng) ；（2）無機物充填；（3）有機物充填。
2.熱封孔技術(shù)是通過氧化鋁的水合反應(yīng)，將非晶態(tài)氧化鋁轉(zhuǎn)化為稱為勃姆體的水合氧化鋁，即Al2O3?H2O(AlOOH)。 熱封孔的機理本質(zhì)是水合反應(yīng)，常稱為“水合-熱封孔”。
3.水合反應(yīng)的作用：體積膨脹了30%，體積增大使氧化膜的微孔得到填充和封閉，抗污染性和耐腐蝕性隨之提高，同時導(dǎo)納降低（阻抗增加），介電常數(shù)變大
4.水中雜質(zhì)的的影響：1）封孔的效果很大程度上取決于水的質(zhì)量和PH控制；?
2）常見的雜質(zhì)：SiO2、H2SiO3；3）措施：離子交換 。?
5.沸水封孔參數(shù)和冷封孔參數(shù)比較
1）沸水封孔的溫度：一般95度以上。冷封孔為室溫；2）沸水封孔的PH值：最佳范圍5.5~6.5。冷封孔范圍5.5~6.5，工業(yè)控制以6為最佳。3）沸水封孔的時間：取決于膜厚、孔徑大小和封孔品質(zhì)試驗要求。冷封孔一般規(guī)定為10~15min。
第十八章
1.簡述常用的陽極氧化膜質(zhì)量檢測方法及其優(yōu)點
1）外觀和色差? 檢測方法：目視和儀器檢測法? 優(yōu)缺點：目視法簡單，但易受試樣的形狀和大小，照光的強弱等因素的影響? 儀器法解決了目視法的缺點，適用于測定反射光的顏色。
2）氧化膜的厚度? 測量方法：a、橫斷面厚度顯微鏡測量法：膜厚大于5um， 垂直 b、分光束顯微鏡測量法：膜厚大于5um，氧化膜折射率1.59~1.62 c、質(zhì)量損失法：膜厚小于5um，溶解法，表面密度，氧化膜密度（硫酸液氧化）封閉前后為2.6和2.4g\cm3? d、渦流法：不適用于薄的膜
3）封孔質(zhì)量：a、指印試驗 b、酸處理后染色斑點質(zhì)量，不適用于cu高于2%和si高于4%的含量 c、磷鉻酸實驗
4）耐蝕性：a、鹽霧腐蝕試驗 b、含SO2潮濕大氣腐蝕試驗 c、馬丘腐蝕試驗 d、耐濕熱腐蝕試驗 e、滴堿腐蝕試驗
5）耐化學(xué)穩(wěn)定性：a、耐酸實驗 b、耐堿實驗 c、耐砂漿試驗
6）耐候性：a、自然暴露實驗 b、人工加速耐候?qū)嶒?/span>
7）硬度：a、壓痕硬度 b、鉛筆硬度 c、顯微硬度
8）耐磨性：a、噴磨試驗儀檢測耐磨性 b、輪式磨損試驗儀檢測耐磨性 c、落砂試驗儀檢測耐磨性
9）附著性：a、劃格實驗 b、儀器實驗：劃痕法
10）力學(xué)性能：a、耐沖擊性 b、抗彎曲性 c、疲勞性能 d、結(jié)合強度 e、抗變形破裂 f、抗熱裂性
11）電絕緣性：擊穿電位法
12）反光性能
13）其他：a、涂層聚合作用性能 b、耐沸水性 c、加工性能
2.耐磨性影響因素：合金成分、膜厚、高聚合物涂料的固化條件、陽極氧化條件和封孔條件等
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