陽極氧化是一種表面處理工藝，确切地說，是一種廣泛應用于鋁及鋁合金、钛合金以及鎂合金等金屬的表面處理工藝，尤其鋁和鋁合金的陽極氧化，應用最為廣泛。其中以蘋果公司系列産品為代表，其在消費類電子産品上的大範圍應用了陽極氧化表面處理工藝，蘋果對陽極氧化的偏愛視乎到了偏執的程度。你可發現其最近幾年的所以産品中，外殼的工藝絕大部分采用的是鋁合金 陽極氧化的工藝，在保持輕質的情況下，具備不錯的強度，在可以賦予各種染色的同時不失去金屬的光澤與質感，缺點是，加工工藝複雜，成本高，然而，在蘋果的體系下，這個問題是可解的。

陽極氧化工藝在消費類産品上的成功大規模應用，反過來推動了陽極氧化工藝的發展，比如現在流行的雙色氧化和漸變氧化。

為此，我們有必要對陽極氧化做一次深入的了解。以下進入正文：

金屬的腐蝕主要分為化學腐蝕和電化學化腐蝕。

化學腐蝕：金屬表面與周圍介質接觸直接發生化學反應而引起的腐蝕。如鐵與氯氣接觸發生的腐蝕為化學腐蝕。

電化學腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質溶液接觸發生原電池反應引起的腐蝕。電化學腐蝕更普遍存在的，危害也更為嚴重，如鋼鐵在潮濕的空氣中所發生的腐蝕是電化學腐蝕最突出的例子。

實際上，電化學腐蝕是一種原電池反應，它跟電解池的區别如下：

金屬的氧化實際上是一種金屬的腐蝕，金屬的氧化有狹義和廣義兩種含義，狹義的含義是指金屬與環境介質中的氧化合而生成金屬氧化物的過程；廣義金屬氧化就是金屬與介質作用失去電子的過程，對于廣義的氧化而言，反應産物不一定是氧化物，也可以是硫化物、鹵化物、或其他化合物。本文主要針對狹義的氧化進行介紹。

很多情況下，金屬的氧化腐蝕對金屬的性能具有破壞性，如鐵制品生鏽生成Fe2O3，但并非氧化就是無益的，比如，不鏽鋼不生鏽的原因是因為鋼中含有鉻等合金元素，鉻元素極易氧化，當鋼中含較多的鉻元素時，鉻與腐蝕介質中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（ 自鈍化膜），可阻止鋼的基體進一步被腐蝕。

同理，鋁是一種活潑金屬，極易被氧化，在不同的環境條件下，發生不一樣的氧化。

自然氧化

鋁合金型材在自然環境下會和空氣中的氧氣發生反應，表面形成一層氧化鋁保護層，阻止了内部基體與氧氣繼續發生反應。而這層保護層是透明的，我們稱之為氧化膜。這層氧化膜非常薄，一般說來在0.005-0.015um的範圍内。然而這個厚度範圍耐腐蝕性不強，不足以保護鋁合金型材免遭腐蝕，也不足以作為有機塗層的可靠底層，無法在工業上進行應用。

化學氧化

鋁及鋁合金化學氧化是指在不通電的條件下，鋁及鋁合金在适當的溫度範圍内浸入氧化溶液中發生化學反應，在其表面生成與基體有一定結合力的、不溶性的氧化膜的工藝。在反應過程中，溶解在溶液中的三價鋁離子（Al3 ）與溶液中的氧化劑、氫氧根（OH-）結合生成三氧化二鋁（Al2O3）和氫氧化鋁[Al(OH)3]。這種由Al2O3和Al(OH)3組成的氧化膜厚度比自然氧化膜增加了100—200倍，厚度約為0.5～4微米，且多孔，具有良好的吸附性，可作為有機塗層的底層。

但由于膜層沒有疏松的孔隙，阻礙了溶液與基體的接觸，使得膜層生長停止，膜的厚度不夠厚，且質軟，其耐磨性和抗蝕性能均不如陽極氧化膜；所以，除有特殊用途外，很少單獨使用．但它有較好的吸附能力，在其表面再塗漆，可有效地提高鋁制品的耐蝕性和裝飾性。

化學氧化通常也叫導電氧化，氧化鋁本身不導電，但化學氧化膜還是很薄的，緻密性不夠，且不均勻，氧化膜因為厚度小并不能提供很大的電阻，起不到絕緣性的作用。所以如果對材料有導電的要求，又要防腐蝕的話可以采用化學氧化。

陽極氧化

我們知道，鋁或鋁合金優點非常多，如密度小、比強度高、加工性能好、熱傳導性高、導電好等等。但鋁合金本身缺點與弱點同樣也非常多：

1.硬度比較低，與此同時耐磨性也比較差。

2.凝固時體積收縮大。

3.膨脹系數高。

4.熔點比較低，使用溫度不能超過200℃，因此高溫使用受限制。

5.彈性模量隻有鋼的1/3。

6.電位很負，因此鋁與異種金屬接觸時，容易作為陽極産生嚴重的電偶腐蝕。

鋁沒法像鋼材那樣通過熱處理的方法來提高其力學性能和表面性能，雖然通過合金化可提高鋁的強度，但其表面性能基本沒有提高，從而限制其作為外觀零件的應用。

為了克服鋁和鋁合金的上述缺點（主要是鋁表面性能的缺點），從而擴大鋁的應用範圍和使用壽命。通過對鋁和鋁合金進行陽極氧化可以做到這一點。

陽極氧化，是将鋁或鋁合金等金屬置入酸性電解質溶液中，作為陽極，通高壓直流電，使陰離子向陽極移動，并在陽極産生新生氧與陽極的鋁合金生成氧化膜的過程，由于陽極氧化需要在通電的條件下進行，因此也叫電化學氧化。

陽極氧化的目的，從根本上說就是在鋁及其合金表面形成一層氧化膜，提高鋁及其合金的防護性、裝飾性和功能性，擴大其應用範圍和使用壽命。

二、陽極氧化膜的性質（與化學氧化膜相比）

氧化膜的主要成分是氧化鋁（Al2O3），氧化鋁是一種無機物，化學式Al2O3，是一種高硬度的化合物，熔點為2054℃，沸點為2980℃，在高溫下可電離的離子晶體，常用于制造耐火材料。Al2O3有許多同質異晶體，已知的有10多種，主要有3種晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中結構不同性質也不同。

存在于自然界中的氧化鋁成為剛玉，是在火山爆發過程中形成的，它在岩石中呈無色的結晶體，也可與其他氧化物雜質形成帶顔色的晶體，如含氧化鉻的顯紅色稱紅寶石；含微量元素钛（Ti4 ）或鐵（Fe2 ）而呈藍色稱藍寶石。

陽極氧化膜最顯著的特點是氧化膜厚度比化學氧化膜厚，其厚度約為5～30微米 ，硬質陽極氧化膜甚至可達25～150微米 ，陽極氧化膜的性質主要體現在以下幾個方面：

1、透明性，陽極氧化膜未着色前是無色透明的，直接顯示出底層金屬的銀色光澤，所以常說的本色陽極氧化實際上是省略工藝順序中的着色階段并直接進行陽極氧化來實現的。需要注意的是，鋁的純度越高，氧化膜的透明度就越高，所以，要取得高透明度的氧化膜，常常選用純鋁陽極氧化。

2、多孔性，在電解液中酸可局部溶解氧化膜，産生孔隙，使氧化反應得以向縱深發展，使鋁的表面形成多孔結構，可使膜層對各種有機物、樹脂、地蠟、無機物、染料及油漆等表現出良好的吸附能力，可進行各種着色處理，在保持金屬的光澤和質感的基礎上，還可以染上豐富多彩的顔色；同時也可作為塗鍍層的底層，再進行其他的表面處理工藝。

3、耐磨性，陽極氧化膜較厚，且具有很高的硬度，可以提高金屬表面的耐磨性。由于陽極氧化膜具有多孔性，當膜層吸附潤滑劑後，能進一步提高其耐磨性。

4、耐蝕性，陽極氧化膜在大氣中很穩定，因此具有較好的耐蝕性，鋁在鉻酸溶液中進行陽極氧化而得到的氧化膜緻密、耐蝕性好;從硫酸溶液中得到的氧化膜的孔隙較前者大，不過其膜層較厚，且吸附能力很強，若經過适當的填充封閉處理，其耐蝕性也是很好的，所以膜厚和封孔質量對耐蝕性有着直接影響。

5、電絕緣性，鋁本色雖然是良好的導電體，但是陽極氧化膜厚，具有很高的絕緣電阻和擊穿電壓，可以用作電解電容器的電介質層或電器制品的絕緣層。

6、絕熱性，陽極氧化膜是一種良好的絕熱層，其穩定性可達1500℃，因此在瞬間高溫下工作的零件，由于氧化膜的存在，可防止鋁的熔化。

7、結合力，陽極氧化膜與基體金屬的結合力很強，很難用機械方法将它們分離，即使膜層随基體彎曲直至破裂，膜層與基體金屬仍保持良好的結合。

三、陽極氧化的機理

陽極氧化最終的結果是氧化膜的形成，氧化膜形成的過程實際上包含兩個方面：

1、成膜過程

2、溶膜過程

在這裡，咋一看，感覺有點矛盾，既然需要的是成膜，為啥還需要一個溶膜過程？

别急，繼續往下看，溶膜過程是很重要的。

1、成膜過程：

其原理實際上是一種電解水的原理，電解是将電流通過電解質溶液，在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程。

電解水的總反應為：2H2O=2H2↑ O2↑，然而這個過程并不是一步完成的，具體為：

陰極：

首先是水分子在陰極表面獲得能量，其中一個O-H鍵發生斷裂，産生一個氫氧根（OH-）和一個氫離子（H ），注意不是産生氫離子和氧離子，其中H 和另一個分解的水分子中産生的H 得到陰極的2個電子後，生成H2。

陽極：

剩下的OH-因帶負電荷而受到陽極的吸引向陽極遷移，并在陽極繼續發生斷鍵，生成O離子和H離子，其中一個氫離子和未分解的OH-結合，産生水，而剩下的O離子則結合産生O2，并在陽極釋放出多餘的電子，從而完成整個電荷轉移的平衡。

所以反應過程是陽極水失去了電子，電子通過電源到陰極，陰極得到了電子。所以氫氣氧氣在不同的電極生成。以上陰極和陽極上的反應式相加，得到的總反應為：

2、成膜過程：

因此，在鋁的陽極氧化中，陰極上發生還原反應，析出氫氣，陽極上發生氧化反應，作為陽極的鋁被其上析出的氧（包括分子氧、原子氧、離子氧，化學反應式上通常以O表示）所氧化，生成氧化鋁（Al2O3），在鋁基材表面很快形成一層很薄的緻密無孔的氧化鋁層，稱為阻擋層。生成的氧并不是全部與鋁反應，其中一部分以氣态的形式析出。

陽極反應：

陰極反應：

2、溶膜過程：

由于氧化鋁原子體積，故發生膨脹，阻擋層變得凹凸不平，造成電流分布不均勻，凹處電阻小，電流大，凸處則相反。鋁的陽極氧化中的電解液通常為中等溶解能量的酸性溶液（如硫酸），凹處在電場的作用下發生電化學溶解和硫酸的化學溶解，凹處逐漸變成孔穴，凸處變成孔壁，阻擋層向多孔層轉移。

溶膜反應：

溶膜過程中，阻擋層被溶解成多孔形态，使得酸性電解液能繼續通過空穴與鋁基體繼續保持接觸，電流因此得以繼續傳導，從而繼續發生電化學溶解和硫酸的化學溶解反應，最終在舊膜與鋁基體之間形成一層新膜，使得局部溶解的舊膜如同得到了修補似的，随着氧化時間的延長，膜的不斷溶解和新膜的形成，氧化反應得以向縱深發展。

這個過程需要控制溶液的組成以及工藝條件，使成膜的生成速度大于溶膜反應速度，這樣可以生成所需要厚度的氧化膜。随着氧化的進行，當膜的生成速度和溶解速度達到動态平衡時，即使氧化時間再延長，氧化膜的厚度也不會再增加，此時應停止陽極氧化過程，最終鋁基體表面會生成一層又薄但緻密的内層和厚而多孔的外層所組成的氧化膜。

以上有關陽極氧化的介紹未完，待續。。

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