铝及铝合金阳极氧化是一种通过电解氧化反应，在铝表面生成多孔氧化膜的技术，广泛应用于航空、电子、建筑等领域。其核心目的是提高耐腐蚀性、耐磨性、装饰性及功能性（如绝缘、隔热）。以下是其关键要点：

一、基本原理

1. 电解氧化反应：
   在酸性电解液（如硫酸、草酸）中，铝作为阳极失去电子，与溶液中的OH⁻结合生成多孔氧化铝膜：

   $$2\text{Al}+2{\text{H}}_2\text{O}\to 2{\text{AlO}}_2^{-}+{\text{H}}_2\uparrow (\text{阳极反应})$$

   阴极则发生还原反应（如析氢）。

2. 氧化膜结构：

   • 多孔层：由纳米级至微米级孔洞组成，孔隙率高达30%~50%，为染色和封孔提供基础。
   • 阻挡层：紧贴金属基体的致密氧化层（厚度约1~5μm），防止进一步氧化。

二、工艺流程

1. 预处理

• 清洁：
  • 去油（丙酮、碱性清洗剂）、酸洗（稀硫酸去除氧化层）。
• 活化：
  • 用铬酸或硝酸轻微蚀刻，增强表面活性，确保氧化膜均匀附着。

2. 电解氧化

• 电解液配方：
  • 硫酸法（最常用）：$${\text{H}}_2{\text{SO}}_4(15\%20\%,\text{密度 }1.84{\text{g/cm}}^3)$$
  • 草酸法：$${\text{C}}_2{\text{H}}_4{\text{O}}_4(1$$
• 工艺参数：
  • 电流密度：1~3 A/dm²（硫酸法）或0.5~1 A/dm²（草酸法）。
  • 温度：18~22℃（硫酸法需冷却）。
  • 电压：12~18 V（视氧化膜厚度调整）。
  • 时间：10~60分钟（膜厚可达10~50μm）。

3. 染色（可选）

• 染色原理：
  利用氧化膜的吸附性和多孔结构，将有机染料（如酸性红、黑色有机染料）渗入孔隙。
• 工艺要点：
  • 染液pH：4.5~5.5，染色时间10~30分钟。
  • 温度：50~60℃，避免高温导致染料分解。

4. 封孔处理

• 封孔目的：
  封闭氧化膜孔隙，提高耐腐蚀性和耐候性。
• 方法：
  • 热水封孔：90~95℃纯水浸泡20~30分钟。
  • 沸水封孔：更彻底，但能耗高。
  • 低温封孔：采用镍盐或稀土盐溶液（节能，适合航空部件）。

三、常见阳极氧化类型

四、关键影响因素

1. 铝合金成分：

   • 含铜（Cu）量高的合金（如2024）氧化膜疏松，耐腐蚀性差；
   • 含镁（Mg）的合金（如6061）氧化膜更致密。

2. 电解液杂质：

   • Fe³⁺、Cu²⁺等杂质会降低膜层耐腐蚀性，需定期过滤。

3. 电流密度控制：

   • 过高导致膜层烧蚀，过低则氧化不完全。

4. 温度波动：

   • 温度升高会加速氧化反应，但硫酸法需严格冷却（＞25℃易产生粉状膜）。

五、质量控制标准

• 膜厚检测：
  • 涂四氯化碳法或涡流仪测量（航空件要求膜厚公差±2μm）。
• 耐腐蚀性测试：
  • 盐雾试验（ASTM B117，≥200小时无白点）。
• 附着力测试：
  • 划格法或剥离试验（≥1级，参照ISO 2409）。

六、航空领域应用

1. 铝合金部件防护：
   • 如机翼蒙皮、起落架通过阳极氧化+染色提升耐候性。
2. 隔热层制备：
   • 微弧氧化生成的陶瓷膜用于发动机热防护系统（TPS）。
3. 轻量化设计：
   • 结合蜂窝结构，氧化膜可减少涂层重量并提高疲劳寿命。

七、常见问题与解决