第五章 陽極處理(anodizing) 5.1 簡介 5.2 陽極處理的應用 5.3 鋁陽極處理電解液 5.4 陽極處理鍍層著色(coloring Anodic Coating ) 5.5 封孔(sealing ) 5.6 鋁陽極處理設備

6.1 簡介 1.陽極氧化的意義： （1）在正極（陽極）金屬上通入電流電解，使 （2）陽極氧化最多的金屬為鋁、鎂和其合金， 其氧化生成安定地表層或塗層之技術稱之。 （2）陽極氧化最多的金屬為鋁、鎂和其合金， 其餘尚有鈦、鈹等。 （3）陽極氧化處理所形成之氧化膜常為多孔狀 結構，可吸收染料，因此可以染色。

2.陽極氧化處理技術： （1）陽極氧化處理可用交流或直流電或兩 者合併使用而在鋁或其他金屬上由許多 不同電解液來形成。 （2）常用電解液有硫酸、鉻酸、草酸、或 某些有機酸。 （3）最常用鋁或鋁合金之陽極氧化處理為硫酸液 直流電解。

a.當鋁在硫酸、鉻酸中作為陽極，而通電流時，則其表 3.陽極氧化膜的特性： （1）氧化膜之形成 a.當鋁在硫酸、鉻酸中作為陽極，而通電流時，則其表 面上會有氧氣形成，其中部分氧會吸附在鋁的表面上 與鋁作用，並形成緻密Al2O3膜，此膜成長至一定厚度 後就不再成長約200埃，這層膜稱為屏障膜（barrier film）。 b. 在屏障膜上會形成若使用之電解液和膜之間有溶劑 效應，則會生成六角形微孔結構之外層Al2O3膜。

氧化膜之形成

2.陽極氧化膜之特性 (1)基本上陽極膜系由兩種化合物所組成： A：底層屏障膜。 B：呈多孔性結構之外層 (2)這兩層氧化物之化性及物性則相同。陽極氧化膜具有一種固定的細胞結構、細胞的大小決定 於電鍍液之種類及形成之電壓。 (3)屏障膜雖薄，但在抗腐蝕性及電解特性上有很大影響。

5.2 陽極處理的應用 1.耐腐蝕(corrosion resistance):金屬的氧化物較金屬更安定, 所以更耐腐蝕。 2.塗裝附著性(paint adhesion) :太空及軍事零件規格。 3.電鍍鋁:鋁經陽極處理後適合電鍍,因鋁陽極處理表面為不連續氧化鋁層,含許多孔,在磷酸鍍浴中會形成導電性變成可電鍍,而許多孔產生內鎖反應 (interlocking)鍍層附著性加強。 4.裝飾(decorative appearance):用不同鋁合金,前處理,陽極處理系統可得非常耐久的各種裝飾性表面。

5.2 陽極處理的應用 (續) 5.電絕緣(electrical insulation):陽極處理鍍層絕緣性很好並可耐高溫而不必改變,應用在電容器(capasitor)工業上 。 6.照相底板(photographic substrates):陽極處理所形成的多孔表面,將感光性物質(light-sensitive materials)滲入孔中可得到如同照相底片(photographic film) 。 7.發射性及反射性(emissivity and reflectivity)太空(aerospace),電子(electronics)及機械(machinery)等光熱應用上。 8.耐磨性(abrasion resistance),低溫(-4~10℃)之硫酸電解液陽極處理可得非常硬的    陽極鍍層(hard anodic coating)具有耐磨特性,應用在齒輪(gears),活塞(pistons),    葉片(fanblade),燃料噴角(fuel nozzles) 。 9.表面分析(surface analysis):鋁基材在鉻酸(chromic acid)做陽極處理可檢測出表面缺陷(surface flaw)用來研究鋁材料的冶金性質(metallurgical characteristics) 。

5.3 鋁陽極處理電解液 1.傳統硫酸電解液(conventional sulfuric acid anodizing electrolyte):用在裝飾及防護(protective),厚度在2.5~30μm 其配方如下 : 硫 酸 :H2SO4 12~25wt% 浴 溫 21℃ 電流密度 260A/m 電 壓 12~22V 2.鉻酸陽極處理電解液(chromic acid anodizing Electrolyte)此浴較少用在裝飾性, 主要用在塗裝,特別是軍事零件,鍍層厚度約10μm,其配方如下 鉻 酸 chromic acid 3~10% 浴 溫 40 ℃ 電 壓 慢慢調高 (30分鐘) 0~40V 電流密度 0.3~0.5A/dm2

5.3 鋁陽極處理電解液(續) 3.磷酸陽極處理液(phosphoric acid anodizing Electrolyte)此浴主要用在電鍍,產生大量的孔加強鍍層附著性,其配方如下    磷 酸 Phosphoric acid 3~20 Vol %    浴 溫 30~35℃    電 壓 50~60V    時 間 15~30min 4.硬質陽極處理液(hard anodizing Electrolyte)此浴係將氧化物膜溶解速率降低使氧化鍍層厚度大於250μm得到非常硬且耐磨的表面,其配方如下 硫 酸 Sulfuric acid 15Vol 浴 溫 temperature 0~3℃ 電流密度 current density 2~2.5A/dm2 電 壓 20~60V 時 間 60~200分

5.3 鋁陽極處理電解液(續) 5.草酸陽極處理液(oxalic acid anodixing Electrolyte)此浴可得黃色鍍層(yellow coatings)比傳統硫酸浴陽極處理鍍層硬,其配方如下 草 酸 3~10 wt% 浴 溫 24~35 ℃ 電流密度 1~2 A/dm 時 間 40~60分 6.磺化有機酸(sulfonated Organic Acid )硫酸混合陽極處理液,此浴可得青銅(bronze)金色(gold),灰色(gray)及黑色陽極處理鍍層,其鍍層較傳統硫酸浴的鍍層緻密(dense)且硬(hard)

5.4 陽極處理鍍層著色 著色方法有電解(Electrolytic procedure),有機染色(organic dyes), 無機染色(inorganic pigments)及電鍍金屬(Electrolytically deposited metal)等方法

5.5 封孔(sealing ) 封孔為陽極處理的後處理(postanodizing treatment) ,封孔是將鍍層的孔(pores) 封住成為沒有吸附性的表面(nonabsorptive)或將一些物質滲入鍍層孔內以改變或改進鍍層特性。 封孔過程(sealing process) 包掛溶解氧化物(dissolution)及氫氧化物(hydroxide)再沉(reprecipitation)在孔內或將他的物質沉積在孔內而形成具有特性的緻密表面 。

5.5 封孔(sealing )方法

5.6 鋁陽極處理設備 1.電接觸(electrical contact):因陽極鍍層不易導 電,所以鋁的表面最初就須完全接觸。   2.掛具(racks):用鋁或純鈦做掛具,要避免過熱 (overheating)及弧光(arcing),鋁掛具會形成氧 化物層可用苛性鈉(caustic soda)溶解掉再用。 3.冷卻(coolin)及攪拌(agitation),陽極處理會放出熱量,為維持操作溫度需用冷卻蛇管(cooling coil )或熱交換器(heat exchanger)冷卻控制溫度 ,攪拌可用空氣或機械攪拌。

5.6 鋁陽極處理設備 4.槽裏襯(tank linigs):316不鏽鋼,銻鉛(antimonial lead ),碲鉛(Tellurium Lead)被用做襯裏及陰極,內襯(inert lining)可用橡膠(rubber),塑膠(plastic),或玻璃(Glass) 5.電力供應(power supply):可由直流發電機(motor generators)或整流器(rectifiers)供應陽極處理所需要的電力, 一般需24v,但在硬質陽極處理及電解著色電壓可達到100v,最好能有定壓及定電流的控制(constant current and voltage ) 6.液霧排除(fume removal):需要有適當排風設備

鈦材陽極氧化 利用定電壓直流電，將溶液中之鈦金屬或其合金作陽極氧化處理，所形成之氧化膜會因反射光及內部反射光的緩衝作用而發色。 較其他金屬可發出更鮮豔的顏色。

陽極氧化工程（鈦材） 欲被陽極氧化之鈦材鎖鍊 陽極氧化 使用特殊酸性液將表面洗浄後、 置放於正極浸泡於電解液中。

陽極氧化工程（鈦材）續 電解中 設定電圧、通電後慢々地會變色。 變漂亮。