作者：朱祖芳 主编
出版社：化学工业出版社
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铝合金阳极氧化与表面处理技术试读：
本书主要介绍铝合金阳极氧化与表面处理技术。共分为18章，分别介绍了铝的腐蚀与表面技术概况，表面机械处理，化学抛光和电化学抛光，化学浸洗和浸蚀，化学转化处理，阳极氧化与阳极氧化膜，阳极氧化工艺，硬质阳极氧化和微弧氧化，阳极氧化膜的封孔，有机高聚物涂装之电泳、喷粉、喷漆和辊涂，铝合金的电镀，阳极氧化膜和高聚物涂层的性能与试验方法等方面的内容。
本书是在第一版基础上修改、增补、扩容而成，扩充了铝合金涂装的实用知识，对铝的表面前处理、硬质阳极氧化、微弧氧化等进行了重新编写，内容较之第一版更加丰富，紧跟国内外生产技术发展、变化，密切结合生产实践和现代化技术应用。
本书可供铝合金材料生产和应用技术人员、表面处理技术人员学习和参考。
图书在版编目（CIP）数据
铝合金阳极氧化与表面处理技术/朱祖芳主编.-2版.-北京：化学工业出版社，2010.1
ISBN 978-7-122-06985-6
Ⅰ.铝… Ⅱ.朱… Ⅲ.①铝合金-阳极氧化②合金-金属表面处理Ⅳ.TG178
中国版本图书馆CIP数据核字（2009）第197230号
责任编辑：段志兵文字编辑：孙凤英
责任校对：吴 静 装帧设计：张 辉
出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 邮政编码100011）
印装：大厂聚鑫印刷有限责任公司
787mm×1092mm 1/16 印张26 1/4 字数660千字 2010年1月北京第2版第1次印刷
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定价：68.00元版权所有 违者必究第二版各章编写人员
第1章 引论朱祖芳
第2章 铝的表面机械预处理施瑞祥
第3章 铝的化学预处理蔡锡昌，周军强
第4章 铝的化学抛光和电化学抛光李 捷
第5章 铝的化学转化处理朱祖芳
第6章 铝阳极氧化与阳极氧化膜朱祖芳
第7章 阳极氧化工艺蔡锡昌
第8章 铝的硬质阳极氧化朱祖芳
第9章 铝及铝合金的微弧氧化来永春
第10章 铝阳极氧化膜的电解着色朱祖芳
第11章 铝阳极氧化膜的染色施瑞祥
第12章 铝阳极氧化膜的封孔朱祖芳
第13章 铝阳极氧化膜的电泳涂漆余泉和
第14章 铝及铝合金的粉末喷涂余泉和
第15章 铝及铝合金的液相静电喷涂余泉和
第16章 铝及铝合金的辊涂余泉和，张翼鹏
第17章 铝及铝合金的电镀施瑞祥
第18章 阳极氧化膜及高聚物涂层的性能与试验方法戴悦星第二版前言
承蒙广大读者厚爱，《铝合金阳极氧化与表面处理技术》第一版自2004年出版以来，经4次印刷已逾一万余册，令人欣慰，在此对各位读者表示衷心感谢。鉴于第一版出版五年以来，国内外铝合金表面处理技术，尤其是我国铝材的表面处理工业发展和技术进步特别迅速，我们对本书进行了修订。
近几年来，在铝型材和铝板带表面处理的工业生产中，铝合金表面有机聚合物涂层工艺的发展显得很突出。为此，第二版首先将第一版的第12章有机高聚物涂装工艺增容扩充为四章，即第二版的第13章铝阳极氧化膜的电泳涂装、第14章铝及铝合金的粉末喷涂、第15章铝及铝合金的液相静电喷涂和第16章铝及铝合金的辊涂，邀请在生产第一线的具有丰富实践经验的专家负责撰写。
另外，为了进一步反映我国铝合金表面处理新的进展，第二版有4章在第一版的基础上重新编写，即第二版的第3章铝的化学预处理，第4章铝的化学抛光与电化学抛光、第8章铝的硬质阳极氧化和第9章铝及铝合金的微弧氧化。有3章对第一版内容做了比较大的增补，即第5章铝的化学转化处理、第10章铝阳极氧化膜的电解着色和第18章阳极氧化膜及高聚物涂层的性能与试验方法。其余各章根据读者意见进行了不同程度的修改，主体内容未作变动。
同第一版一样，本次修订尽力邀请具有实际研究和生产经验的第一线专家参与。第二版新增的撰写人有南平铝合金厂余泉和先生，北京师范大学物理系来永春先生，武汉材料保护研究所李捷先生和中国铝塑板专家委员会张翼鹏先生，王争和戴悦星分别对电泳涂装和静电喷涂的技术内容进行了校定。在修订进程中，各位编者与主编密切配合，全力支持和不厌其烦地反复修改提高，在这里对他们的支持、配合和不懈工作，同时也对他们所在单位的支持表示感谢。
虽然本书第二版所有的撰写人都作了很大努力，力图收集、归纳、总结、评价铝合金表面处理的国内外技术最新发展以及我国铝合金表面处理生产的实际经验，希望对我国铝材表面处理的技术进步有所帮助，虽然主编对第二版所有章节进行了勘误、核对和润饰，但是鉴于本人知识和经验的局限，铝表面处理的知识领域相当宽广，技术发展又非常迅速，新版的内容可能还有不能完全满足读者需要的地方，也可能还有不当之处，恳请专家、读者不吝指正。主编 朱祖芳2009年12月北京第一版前言
铝合金的阳极氧化处理和表面涂覆技术是铝合金扩大应用范围、延长使用期限的关键，表面技术一直受到我国铝合金材料工业的特别关注，并且已经取得巨大的技术进步和工业发展。以建筑铝型材为例，20年来建筑铝型材的生产从无到有，2003年产量已经达到150万吨左右，成为世界铝型材年产量最高的国家。随着建筑铝型材的生产发展，在熔铸、挤压、模具和表面处理等工序中，技术进步最快的当数表面处理。不论是表面处理的工艺多样性、技术水平和产品质量，还是装备水平都发展到一个崭新的阶段，目前与国际先进水平的差距并不很大。
我国自20世纪80年代中期，铝型材表面处理工业从当时技术比较发达的日本和意大利等国引进开始，在引进、消化、吸收和发展的过程中，积累了丰富的工艺经验，已经形成了庞大的工业体系。时至今日不仅掌握了建筑铝型材各种表面技术的工艺，而且成套化学品和大部分设备都可以立足国内生产。我国的建筑铝型材目前已经发展成以广东南海、苏南浙北、辽鲁环渤海三个地区为中心的铝型材生产基地，占全国产量6成以上，新工艺和新设备也基本上是从这三个地区发展起来的。从生产技术的发展水平来看，我国基本上已经拥有世界上所有建筑铝型材表面处理的先进工艺和设备。铝合金板材的生产以及表面处理也发展极快，建筑用铝合金板材的喷涂和辊涂已经有了相当的规模，而且正在迅速发展之中。
为了总结20年来我国的技术发展和工艺经验，本书希望从我国生产第一线中总结引进的新技术和消化吸收的生产实践，同时为了反映和跟进我国近十余年中铝合金表面处理生产工艺方面的新发展和新变化，本书增加化学转化膜、有机高聚物涂装、硬质阳极氧化和微弧氧化、电镀、染色等内容，扩展与加强表面机械处理、化学清洗等方面的内容。为了今后在新的技术高度上有效地发展我国的铝材表面处理技术，本书希望尽量客观地介绍国外工业发展的现况和前景，力图收集国外最新的技术信息和发展方向，以避免重复落后工艺。为了便于我国技术界和学术界深入了解国内工业现况和发展的需要，本书尽可能突出国内的工业水平和研究成果，希望能够起到沟通和促进作用。
我国在20世纪80年代有过几本建筑铝型材阳极氧化和电解着色的专著，由于这个领域的技术发展和更新很快，20年来出现了许多新的内容和方向。本书尽量不重复已有的内容，避免已经过时的陈述。为此简化了阳极氧化和电解着色方法的介绍，增加了阳极氧化膜结构和生成机理的理论描述，着重于引进技术和生产经验的总结和评述。本书许多作者来自生产现场，注入本书以鲜活的内容，因此本书是我国近20年来该工业领域发展的工艺技术总结。
20世纪90年代以来，欧洲和日本的有关阳极氧化新的专著引进我国，布莱斯的《阳极氧化铝的工艺学》（The Technology of Anodizing Aluminium）第二版和第三版，维尔尼克的《铝及其合金的表面处理和精饰》（The Surface Treatment and Finishing of Aluminium andits Alloys），日本轻金属制品协会的新版（1994）《铝表面处理的理论和实践》（アルミニウム表面处理の理论と实务），川合慧的《铝电解着色技术及其应用》（アルミニウム电解カラ-技术とその应用）和佐藤敏彦等的《铝阳极氧化新理论》（新アルマイト理论）等著作充实和补充了原有的技术信息和理论观点。同期有关铝表面处理的国际会议和国内外期刊都发表了不少文章，我国大批管理和技术人员走出国门实地考察，也提供了铝的阳极氧化及表面处理的最新信息，本书吸收了这方面的内容。我国“七五”重点科技攻关专题“建筑铝型材表面处理技术和阳极氧化工艺的研究”的部分研究成果及其在生产实践中形成的主要观点也已包括在本书之中。
本书共分14章，由朱祖芳安排全书的章节和内容，组织有关人员编写，在成文完稿之前与各章编撰人至少经过两个循环的研究讨论，完稿之后再由朱祖芳统一术语和审校内容。各章的主要内容以及执笔撰写人员如下。
第1章 引论 扼要介绍铝的特点及铝的腐蚀行为和腐蚀形态，铝合金系及其阳极氧化的适应性。概述铝合金的各种表面处理技术（阳极氧化、化学转化、涂装、电镀和珐琅等）以及相应的表面膜层的特点。本章由朱祖芳执笔。
第2章 表面机械处理 介绍铝合金的表面机械处理，包括抛光、磨光、喷砂、扫纹等各种表面机械处理和机械预处理的工艺特点和设备配置。本章由施瑞祥执笔。
第3章 化学抛光和电化学抛光 介绍各种化学抛光和电化学抛光槽液、工艺以及注意事项，本章内容以收集意大利等欧洲国家的技术并结合我国实践为主。本章由汪平执笔。
第4章 化学清洗和浸蚀 作为化学预处理是阳极氧化生产不可缺少的工艺环节，本章内容主要取材于欧洲的建筑铝型材阳极氧化生产的化学预处理工业技术现况，同时也注意结合我国的生产实践。本章由周军强执笔。
第5章 化学转化处理 介绍铝合金铬化、磷铬化以及无铬化学转化处理的工艺技术、工业现况和发展趋势，化学转化膜作为聚合物涂层的底层的技术要求，内容主要取材于欧洲的技术发展。本章由朱祖芳执笔。
第6章 阳极氧化与阳极氧化膜 介绍壁垒型和多孔型阳极氧化膜的阳极氧化规律和多孔膜的结构特点，理论性论述有助于对于工艺的认识与理解。本章由朱祖芳执笔。
第7章 阳极氧化工艺 以较多篇幅介绍建筑铝型材阳极氧化工艺技术的实际操作和注意事项，重点放在应用最广泛的建筑铝型材硫酸阳极氧化工艺。本章由蔡锡昌执笔。
第8章 硬质阳极氧化和微弧氧化 是工程用的阳极氧化技术。本章叙述硬质阳极氧化的工艺发展、技术要求和现况，简单介绍近年发展的硬质表面膜形成新工艺———微弧氧化的特点、工艺和技术前景。本章由朱祖芳执笔。
第9章 阳极氧化膜的电解着色 作为建筑铝合金应用最广泛的工业化着色技术，有大量专利申请，理论研究相对滞后。本章着重介绍工业化的锡盐、镍盐以及其他盐的电解着色的工艺特点和进展，对于直流与交流着色的技术发展和特点作了比较，尤其侧重于引进的电解着色工艺。本章由朱祖芳执笔。
第10章 阳极氧化膜的染色 具体介绍铝阳极氧化膜的染色工艺，较多收集和总结国内的槽液配方和工艺。本章由施瑞祥执笔。
第11章 阳极氧化膜的封孔 是保护与装饰用铝阳极氧化膜必不可少的重要措施。本章介绍国内外热封孔、冷封孔和新发展的中温封孔等封孔技术的发展、工艺、经验和理论，强调我国冷封孔的工业实践中的经验和规范。本章由朱祖芳执笔。
第12章 有机高聚物涂装工艺 是建筑铝合金蓬勃发展的新兴表面处理技术。本章介绍装饰和保护用的有机高聚物涂装技术，主要包括电泳涂装、静电粉末喷涂、静电液相喷涂的装备、工艺以及有机高聚物涂层的性能要求。本章由魏东新执笔。
第13章 铝及其合金的电镀 详细介绍铝上的电镀槽液、工艺和操作经验，重点在电镀前的化学预处理方法的技术细节及其工艺比较。本章由施瑞祥执笔。
第14章 阳极氧化膜及高聚物涂层的性能与试验方法 分别介绍铝的阳极氧化膜和聚合物涂层的性能，有关性能检测方法以及相关检验方法的我国和国际标准。本章由戴悦星执笔。
本书后有4个附录，附录1和附录2分别是“我国主要变形铝及铝合金牌号以及主要合金化元素的成分”和“我国主要铸造铝合金的牌号及主要合金化元素成分”，由朱祖芳收集整理。附录3是“铝阳极氧化槽液的化学分析规程”，由臧慕文根据原有规程审核整理。附录4是“铝阳极氧化膜及高聚物涂层的性能与试验方法的国家标准和国际标准一览表”，由戴悦星整理编写。
本书系工艺技术性著作，尽量收集国内外新近发表的文献资料和引进的先进技术。本书各章作者都是在研究、开发和生产的第一线，其中一半以上章节是已经退休的资深科技人员编写的，他们根据自身经验、知识、观点和理论会对本领域的技术提出很多看法和评论，这些评论应该是有益的，但是不可避免可能会存在偏颇之处，不当之处请学者、专家和广大读者指正，如能引起读者的注意和批评，不仅对于本书作者有益处，对于铝的表面处理的技术发展，乃至于生产工艺的进步都是大有好处的。
借此机会感谢日本永山政一教授引导进入铝阳极氧化的研究领域，感谢在日本工作期间的教研室同仁田村纮基先生、高桥英明先生、金野英隆先生等的帮助。感谢中国有色金属总公司科技部对于科技攻关和技术推广期间给予的指导和支持。诚挚感谢本书所有编撰者的努力工作，并对编撰者所在单位的领导的支持和关怀表示衷心的谢意。
承蒙日本老一辈阳极氧化学者永山政一教授、技术专家川合慧先生和日本的高桥英明教授、金野英隆教授、田中義朗先生以及意大利的Dr.Strazzi等赠与最新资料或他们的论文和著作，这对于完成本书的写作帮助极大，在此表示诚挚的谢意。朱祖芳2003年11月第1章 引论
铝材是有色金属中使用量最大、应用面最广的金属材料，而且其应用范围还在不断扩大之中。全世界铝的总消费量从1991年的1874.4万吨增加到2000年的2477.98万吨，10年中增加了32％。而我国铝的总消费量的增加更为惊人，从1991年的86.8万吨迅速增加到2000年的353.27万吨，增加307％，达到3倍之多。到了2001年我国铝的总消费量又大幅提高到370万吨，占全世界铝消费量的15.1％，仅次于美国，成为全世界第二大铝消费国。就原铝生产量而言，2001年我国已一跃成为全世界第一大原铝生产国，产量占全球总产量的13.98％。2007年我国各种铝材总产量达到1275万吨，2008年的铝材总产量达到1427.4万吨，多年连续保持世界第一。铝制品更是种类繁多、不胜枚举，据统计已超过70多万种，应用遍及国民经济各部门。铝合金材料具有一系列优良的物理、化学、力学和加工性能，可以满足从厨餐用具到尖端科技、从建筑装潢业到交通运输业和航空航天等各行各业对于铝合金材料提出的千差万别、各不相同的使用要求。但是铝的某些性能还不太理想，如硬度、耐磨性和耐蚀性等表面性能。铝的表面技术正好弥补了这些弱点，通过阳极氧化膜或表面涂层加以改进，成为铝合金扩大应用范围和延长使用寿命不可缺少的关键。
铝及铝合金有很多优越的性能，其特点如下。3（1）密度低。铝的密度约为2.7g/cm。在金属结构材料中是密度高于镁的第二轻的金属。它的密度只是铁或铜的1/3。（2）塑性高。铝及其合金延展性好，可以通过挤压、轧制或拉拔等压力加工手段制成各种型、板、箔、管和丝材。（3）易强化。纯铝的强度并不高，但通过合金化和热处理容易使之强化，制造高强度铝合金，其比强度可以与合金钢媲美。（4）导电好。铝的导电性和导热性仅次于银、金和铜。设铜相对电导率为100，则铝是64，而铁只有16。若按照等质量金属导电能力计算，铝几乎是铜的一倍。（5）耐腐蚀。铝是一个负电性很强的金属，与氧具有极高的亲和力。铝在自然条件下，表面会生成保护性氧化物，具有比钢铁好得多的耐腐蚀性。（6）易回收。铝的熔融温度较低，约为660℃，碎屑废料容易再生，回收率很高，回收的能耗只有冶炼的3％。（7）可焊接。铝合金可用TIG或MIG法惰性气体焊接，焊接后力学性能高，耐蚀性好，外观美丽，满足结构材料的要求。（8）易表面处理。表面处理可以进一步提高或改变铝的表面性能。铝阳极氧化工艺相当成熟，操作简便，已经广泛应用。铝阳极氧化膜硬度高、耐磨，而且耐腐蚀、绝缘性好，并可着色，能显著改变和提高铝合金的外观和使用性能。通过化学预处理，铝合金表面还可以进行电镀、电泳、喷涂等，赋予铝表面以金属镀层或有机聚合物涂层，进一步提高铝的装饰和保护效果。1.1 铝的腐蚀性
铝是一个两性金属，在酸性介质中生成铝盐（如硫酸铝），在碱性介质中生成铝酸盐（如偏铝酸钠）。图1－1所示为铝的电位－pH图，用铝的电位与溶液pH值之间关系揭示铝的热力学稳定性状态，或者说铝在水溶液中的电化学行为。当在酸性溶液中（pH值小于4），电位处于－1.8V以下时，铝位于免蚀区，理论上以“金属铝”状态存在，即铝处于阴极保护状态，不发生任何腐蚀；当电位处于－1.8V以3+上时，理论上铝以三价铝离子形式（Al ）存在，即处于腐蚀区。如果在中性溶液中，即pH值大约在4～8时，当铝的电位约大于－2.0V时，其表面形成氧化膜，即处于钝化区；如铝的电位小于－2.0V时，则其也以“金属铝”状态存在；当溶液pH值大于9，即在碱性溶液中，－铝处于腐蚀区时，则生成铝酸盐（AlO）。应该注意的是上述“铝2的电位”并不是电解池的“外加电压”，它们的差别必须分清，不可混淆。实际上外加电压包括阳极铝（铝还有氧化膜）的电位、阴极电位和溶液电阻造成的电位（即IR降）。一般说来，在酸性腐蚀区以局部腐蚀为主，而在碱性腐蚀区则往往呈全面腐蚀形式。铝的腐蚀程度和形式不仅取决于介质，而且与铝合金的成分和状态关系十分密切。尽管铝在酸性或碱性溶液中处于腐蚀区，但在阳极氧化时还是可以成膜的。此时只要阳极氧化膜生成速度大于膜的溶解速度，则氧化膜仍然可以继续生成。图1－1 铝的电位－pH图
在大气中，应该说铝处于钝化区，此时在铝表面生成一层很薄的氧化膜，阻止铝与周围环境的继续接触，所以铝甚至比黄铜的腐蚀速度还慢。这层氧化膜的厚度随大气中放置时间而增厚，甚至可达200nm。由于各地大气成分差别很大，铝材在不同地区和位置的大气腐蚀速度与形态也相差悬殊。为了提高铝的耐蚀性，可以采用化学或电化学方法生成较厚的氧化膜。表1－1是铝在不同条件下生成氧化膜的厚度。表1－1 铝在不同条件下生成氧化膜的厚度（1）铝在碱性溶液中的腐蚀。碱能与氧化铝膜反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应生成偏铝酸钠和氢气。随碱浓度增加和温度升高，铝的腐蚀量、腐蚀速率迅速增加，如图1－2和图1－3所示。工业上利用铝在碱中发生全面腐蚀这一特点，广泛采用碱洗除去铝表面的氧化物。图1－2 铝在25℃不同浓度NaOH溶液中的腐蚀图1－3 铝在不同温度10％NaOH中的腐蚀（2）铝在酸溶液中的腐蚀。铝在不同的酸中有不同的腐蚀行为，一般在氧化性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐蚀”现象。铝在硫酸、磷酸、硝酸和乙酸中腐蚀速率随酸浓度的变化如图1－4和图1－5所示。由图1－4、图1－5可见，当硫酸浓度小于30％时，腐蚀速度很小；浓度大于30％后，腐蚀速度陡然增加；当浓度达到80％以后，铝转入钝态使腐蚀速度明显下降。铝在硝酸和乙酸中腐蚀速度较小。当硝酸浓度大于30％时，铝的腐蚀速度随酸浓度增加而减小；当浓度大于80％后，铝又完全进入钝态。图1－4 铝在20℃硫酸和磷酸中的腐蚀图1－5 铝在20℃硝酸和乙酸中的腐蚀（3）铝在中性盐溶液中的腐蚀。在中性盐溶液中，铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或阴离子的作用发生腐蚀。铝材在海水中点腐蚀比较严重，是由于海水中氯离子的作用。卤素氟和氯等的离子半径很小，容易穿透氧化膜造成点腐蚀。溶液中的氧化性阴离子，如2－－－CrO等促使铝的钝化。如果溶液中同时加入F或Cl等活化离子，27可以得到较厚的钝化膜，这就是铬酸盐处理在活化离子存在下得到较厚铬化膜的原因。溶液中阳离子对铝腐蚀也有很大影响，如存在电位2+2+2+比铝正的金属的离子（Fe，Cu，Ni 等），则会加速铝材的点腐蚀。电位差别愈大，铝的点蚀愈加严重。专门用来加速检测铝阳极氧化膜盐雾腐蚀的CASS试验就是乙酸铜加速的盐雾试验，即利用铜离子加速腐蚀作用实现快速测试。1.2 铝的腐蚀形态
铝及其合金除了在少数介质中呈现全面腐蚀，如碱溶液和磷酸溶液外，一般都发生局部腐蚀。它的腐蚀形态常见的是：点腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、丝状腐蚀和层状腐蚀等。铝合金的应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳是在应力（拉应力或交变应力）与腐蚀联合作用下发生的破坏，比较多见于高强铝合金。由于破坏发生比较突然，大多发生在受力的结构件，具有极大的瞬间破坏危险，引起学术界和工程界的广泛兴趣并进行了比较细致深入的研究，形成了从实验研究到机理探讨等大量著作，本书对于应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳不作介绍。（1）点腐蚀。点腐蚀（又称孔蚀）是铝及铝合金最常出现的腐蚀形态之一。在大气、淡水、海水以及中性水溶液都会发生点腐蚀，严重的点腐蚀将导致穿孔。幸运的是腐蚀孔最终可能停止发展，腐蚀量到达一个极限值，图1－6所示为典型的铝腐蚀程度－时间关系，并与钢和镀锌钢的腐蚀行为进行了比较。点腐蚀的严重程度与介质和合金有关，图1－7所示为6063合金和6351合金挤压材在不同大气条件下的腐蚀程度－时间关系。实验表明，铝合金点腐蚀的介质中必须存在破坏局部钝态的阴离子，如氯离子、氟离子等。还必须存在促进阴极反应的物质，如水溶液中的溶解氧、铜离子等。从铝合金系来看，高纯铝一般较难以发生点腐蚀，含铜的铝合金点腐蚀最敏感，而铝－锰系和铝－镁系合金耐点腐蚀性能较好。图1－6 铝、钢、镀锌钢的腐蚀程度－时间关系图1－7 6063合金和6351合金挤压材在不同大气中的腐蚀程度－时间关系（1in＝0.0254m，下同）（2）电偶腐蚀。电偶腐蚀也是铝的特征性的腐蚀形态。铝的自然电位很负，当铝与其他金属接触（或电接触）时，铝总是处于阳极使之腐蚀加速。电偶腐蚀又称双金属腐蚀，其腐蚀严重程度是由两个金属在电位序中的相对位置决定的。它们的电位差愈大，则电偶腐蚀愈严重。几乎所有铝合金都不能避免电偶腐蚀，表1－2给出各种金属对于铝材电偶腐蚀的影响。（3）缝隙腐蚀。铝本身或铝与其他材料的两个表面接触存在缝隙，由于差异充气电池的作用缝隙内腐蚀加速，而缝隙外没有影响。缝隙腐蚀与合金类型关系不大，即使非常耐蚀的合金也会发生缝隙腐蚀。近年来对于缝隙腐蚀机理有了更深入的研究，缝隙顶端酸性环境是腐蚀的原动力。沉积物（垢）下腐蚀是缝隙腐蚀的一种形式，6063铝合金挤压材表面灰浆下腐蚀是垢下腐蚀的一个实例。表1－2 各种金属对于铝材电偶腐蚀的影响（4）晶间腐蚀。纯铝不发生晶间腐蚀，铝－铜系、铝－铜－镁系和铝－锌－镁系合金有晶间腐蚀敏感性。晶间腐蚀的原因一般与热处理不当有关系，合金化元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极构成腐蚀电池，引起晶界腐蚀加速。（5）丝状腐蚀。丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者是其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜下面。丝状腐蚀最早在航空器的涂层下发现，近年欧洲陆续报道在建筑铝型材喷涂层下也发生。丝状腐蚀与合金成分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有湿度、温度、氯化物等。（6）层状腐蚀。层状腐蚀也叫剥层腐蚀，简称剥蚀。这是变形铝合金的一种特殊腐蚀形式，多见于挤压材。它像云母片一样一层一层地剥离下来。铝－铜－镁合金发生剥蚀的情况最多，铝－镁合金、铝－镁－硅合金和铝－锌－镁合金也有发生。1.3 铝合金
铝合金品种繁多，国际上有据可查的变形铝合金牌号已接近400个。我国在1996年颁布了三个密切相关的标准，即GB/T 16474—1996《变形铝及铝合金牌号表示方法》、GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》和GB/T 16475《变形铝及铝合金状态代号》。新标准改变了原标准的牌号表示方法，直接按照国际牌号注册组织的命名原则，采用四位数字表示。这样我国变形铝及铝合金的牌号，与国际上大多数国家的通用方法基本一致。我国标准也已经列出143个化学成分的牌号，按主要合金元素分9大系列铝合金。1.3.1 铝合金系
铝合金系是按主要合金元素来确定的，其牌号由四位数字（或有一位字母）表示。1×××是纯铝，铝含量不小于99.00％，其最后两位数字表示最低铝百分含量中小数点后的两位。2×××～8×××是铝合金。最后两位数字只用于识别同一系中的不同合金，如第二位数字为0，表示原始合金，如为1～9，表示改型合金。或在牌号第二位采用英文字母表示原始合金的改型，即A表示原始合金，B～Y表示改型合金。（1）2×××系合金。2×××合金是Al－Cu系可热处理强化的铝合金，有管、板、棒、型、线和锻件。除铜之外，镁也是主要合金元素，还有少量锰、铬、锆等。铜含量在2％～10％，其中含4％～6％时强度最高。铜和镁能提高合金的强度和硬度，但影响延伸率。锰、铬等可细化晶粒，提高合金再结晶温度和可焊性。2×××合金板材有很好的冲压性、焊接性和耐蚀性。（2）3×××系合金。3×××合金是Al－Mn系热处理不可强化的铝合金，以薄板状态使用较多。锰既能提高合金力学性能，又不使耐蚀性下降。添加少量铜有利于将点腐蚀变为全面腐蚀。3×××合金有很好的成形性、可焊性和耐蚀性。（3）4×××系合金。4×××合金是Al－Si系合金，硅含量一般在4％～10％。当用于轧制钎焊板的变形铝合金时，硅含量甚至达到12％。添加少量镁、铜和镍有助于提高高温强度和硬度，制造活塞或高温工作零部件（4）5×××系合金。5×××合金是Al－Mg系热处理不可强化的铝合金，镁含量一般不超过5.5％。镁既能提高强度，又不会使延展性过分降低，添加少量锰可使得含镁相沉淀均匀，对耐蚀性有利。除添加锰之外，还含有少量铬、钛等。该系合金有板、薄板、管、线、棒和异形材。（5）6×××系合金。6×××合金是Al－Mg－Si系铝合金。加入锰和铬可以中和铁的有害作用，添加铜和锌可以提高合金的强度，又不降低耐蚀性。该系合金具有很好的综合性能，应用面相当宽。其中6063合金挤压型材是最常用的建筑铝合金型材，也用于车辆、家具、台架等处；6061合金由于强度较高、可焊性和耐蚀性较好等原因，其管、棒、型材常作为工业结构件；而6463合金由于阳极氧化处理后保持光亮外观，常用于建筑、汽车及各种器具的装饰件；6005合金用于强度要求大于6063合金的结构件。（6）7×××系合金。7×××合金包括Al－Zn、Al－Zn－Mg、Al－Zn－Mg－Cu合金。加入镁和铜及其他微量元素，制成了一批有商业竞争力的高强铝合金。如再添加钛和锆，能细化晶粒并提高可焊性。该系合金中不少合金由于强度高而在航空航天方面应用。1.3.2 典型铝合金的特性及应用
各系列的典型铝合金都有它的性能特点、主要形态及其应用范围。为简明起见，以表1－3说明在各系列中一些常用铝合金的特点及应用。表1－3 在各系列中一些常用铝合金的特点及应用
注：IACS—国际退火铜标准。
表1－3中简单介绍了25个铝合金的特性及其应用。这些合金不仅是常用合金，而且也是在阳极氧化中较多遇到的。关于铝合金的详细情况，本书附录1、附录2有所反映，读者也可进一步参阅参考文献［2］，有关国际注册大约400个牌号和我国143个铝合金的化学成分请参阅参考文献［2］中附录9和附录1。1.4 铝合金表面技术概述
为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术是铝合金使用中不可缺少的一环。从根本上说是为了解决或提高防护性、装饰性和功能性三大方面问题。如上所述，铝的腐蚀电位较负，全面腐蚀比较严重，在与其他金属接触时电偶腐蚀特别突出。因此防护性是首当其冲的问题，阳极氧化和聚合物涂层是两种最常用的保护手段。装饰性是从美观靓丽出发提高外观品质，如光亮、着色等。为了持久保持装饰效果，必须同时考虑和增加防护措施。功能性是指赋予铝表面在工程方面需要的某些物理或化学特性，如高硬度、耐磨损、电绝缘、亲水性等。甚至利用阳极氧化膜的多孔性，引入新的特殊功能（如光电性、电磁性），正在形成具有潜在用途的功能氧化膜新领域。在实际应用中，一般不会单独解决一个方面问题，尽管有时可能有所侧重，但总是需要综合考虑。
铝合金表面技术有：表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）、化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）、电化学处理（阳极氧化或电镀等）、物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其他物理表面改性技术）等。在实际工程中不可能采用单一方法，而总是一个系统工程，包括一系列串联的工艺过程。以下举三个不同产品的实例，说明其不同的工艺路线和步骤。
Ⅰ.建筑铝型材阳极氧化处理和喷涂流程：
Ⅱ.通用工业用铝合金部件（机械部件、电器部件等）阳极氧化处理流程：
Ⅲ.装饰用铝合金部件（汽车装饰部件、照相机部件等）阳极氧化处理流程：
其中实例Ⅰ表示建筑铝型材表面处理目前有四种工艺过程，可以得到三种表面膜即阳极氧化膜、阳极氧化复合膜以及静电喷涂层。实例Ⅱ是通用工程的铝合金阳极氧化工艺，视产品要求可以分别采用草酸、硫酸或硬质阳极氧化（硬质氧化一般不封孔）。装饰用铝合金部件阳极氧化之前，一般要进行表面机械修整、化学抛光或电化学抛光，以提高表面均匀性与光亮度。此外铝合金的化学转化涂层（如铬化），在汽车或飞机的某些部件上，作为最终表面处理措施一直还在使用。不过化学转化处理大量用于喷涂之前制备中间过渡层，以改进涂层的附着力，提高涂层的耐蚀性，降低涂层下丝状腐蚀的危险。在一些特殊场合，如要求表面导电、表面金属质感时，电镀或化学镀也不失为好方法。铝合金部件表面搪瓷珐琅化也有应用，提高了铝表面外观装饰效果，改进了耐蚀与耐候性能。
微弧氧化也叫微等离子体氧化或微等离子体表面陶瓷化，欧美也称火花阳极氧化或火花沉积。微弧氧化是普通阳极氧化的技术延伸，是电化学过程与物理放电过程共同作用的结果。它首先在前苏联研究开发并得到工业应用，应用范围从飞机舰船的铝合金部件到民用的纺机、纺杯和电熨斗底板。其特点是高硬度、高耐磨性和高绝缘性，有着独特的优点。然而表面陶瓷化失去金属质感，在装饰感觉上有些不同，很难满足目前电脑和手机等产品外壳的外观要求。当前微弧氧化应用并不很广，虽有其技术层面和能耗等问题，但批量生产的旧工艺路线的惰性也不可小视，因此在微弧氧化与其他技术（如硬质阳极氧化等）的市场竞争中，还需要进行有效的技术推广和示范工作。
在物理方法中，包括一些尖端表面技术，如离子注入、激光合金化等尚处在研发阶段。还有一些技术，如离子镀、离子溅射、真空镀及化学气相沉积等，虽然工艺本身比较成熟，但在铝合金方面工业应用还很少。本书将不涉及尖端表面技术的内容，而分章节叙述工业应用比较普及和深入的技术，具体内容和工艺细节详见本书有关章节。1.5 铝的阳极氧化技术
铝的表面技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。铝的阳极氧化膜具有一系列优越的性能，可以满足多种多样的需求，因此被誉为铝的一种万能的表面保护膜。本书将用三章篇幅分别叙述阳极氧化与阳极氧化膜（理论性描述）、阳极氧化工艺、硬质阳极氧化和微弧氧化。再以三章篇幅叙述铝阳极氧化膜电解着色、染色和封孔。本章对阳极氧化技术等的一般性问题提出一些看法。1.5.1 铝阳极氧化膜的特性（1）耐蚀性。铝阳极氧化膜可以有效保护铝基体不受腐蚀，阳极氧化膜显然比自然形成的氧化膜性能更好，膜厚和封孔质量直接影响使用性能。（2）硬度和耐磨性。铝阳极氧化膜的硬度比铝基体高得多，基体的硬度为HV100，普通阳极氧化膜的硬度约HV300，而硬质氧化膜可达到HV500。耐磨性与硬度的关系是一致的。（3）装饰性。铝阳极氧化膜可保护抛光表面的金属光泽，阳极氧化膜还可以染色和着色，获得和保持丰富多彩的外观。（4）有机涂层和电镀层附着性。铝阳极氧化膜是铝表面接受有机涂层和电镀层的一种方法，它有效地提高表面层的附着力和耐蚀性。（5）电绝缘性。铝是良导体，铝阳极氧化膜是高电阻的绝缘膜。绝缘击穿电压大于30V/μm，特殊制备的高绝缘膜甚至达到大约200V/μm。（6）透明性。铝阳极氧化膜本身透明度很高，铝的纯度愈高，则透明度愈高。铝合金材料的纯度和合金成分都对透明性有影响。（7）功能性。利用阳极氧化膜的多孔性，在微孔中沉积功能性微粒，可以得到各种功能性材料。正在开发中的功能部件功能有电磁功能、催化功能、传感功能和分离功能等。1.5.2 铝合金与阳极氧化
不同成分的铝合金分别适合于不同目的阳极氧化，比如铝－铜合金的阳极氧化性能（尤其是光亮阳极氧化）一般不好。表1－4所列为各种铝及变形铝合金的阳极氧化适应性。从中可以看出铝合金的成分和含量与阳极氧化难易程度的关系。表1－4 各种铝及变形铝合金的阳极氧化适应性1.5.3 铝的氧化膜
金属铝的新鲜表面暴露在大气中，立刻覆盖一层很薄的氧化膜，这层膜一旦破损会很快重新生成。这层氧化膜的重要特征是，氧化膜的分子体积化学计量比是铝基体的1.5倍。这意味着氧化膜处于压应力下，不仅会连续覆盖住金属铝，而且在一定形变量下不致破裂。在室温下，1天当中，氧化膜的极限厚度大约为2～3nm。氧化膜的厚度与合金、环境和温度有关，化学氧化膜和阳极氧化膜的厚度当然还与工艺有关。表1－5所列为各种铝和铝合金氧化膜的厚度。表1－5 各种铝和铝合金氧化膜的厚度1.5.4 铝阳极氧化膜的应用
在铝的表面处理技术中，阳极氧化研究最深入，应用最广泛。铝合金挤压型材阳极氧化后广泛用于建筑物的门窗、幕墙和卷帘，21世纪初我国建筑用铝材接近铝总消费的30％，而建筑铝型材中阳极氧化技术占据市场60％以上。众所周知铝阳极氧化膜有两大类，一类是壁垒型膜，主要用于电解质电容器等方面；另一类是多孔型膜，使用面更加广阔。就多孔型阳极氧化膜而言，除了建筑和装饰用铝材之外，还有PS印刷版、光（热）反射器、工程用硬质阳极氧化膜等，应用面非常广泛。直接利用铝阳极氧化膜的可控制孔径和孔隙度的十分有规律多孔结构，掺入功能材料，制成一系列功能性阳极氧化膜，譬如电磁膜、分离膜、光电膜、催化膜、传感膜等。在垂直记录高密度磁盘、超微过滤介质、土壤湿度测量等方面已经得到应用。20世纪80年代，国外曾经对铝的功能性阳极氧化膜给予极大希望，专门召集过多次国际性学术会议，描绘出极其美好的前景。但是以后十几年的发展还没有达到当年的预计目标和规模。1.6 铝的其他表面处理技术
除了阳极氧化之外，工业化的表面处理技术还很多。它们包括化学转化处理、喷涂、电泳、电镀、化学镀和表面搪瓷化等。1.6.1 铝的化学转化技术
铝的化学转化处理既可以作为喷涂层的中间过渡层（也叫底层），也是一种最终保护处理措施。传统采用铬化处理，考虑到环境影响，降低了铬含量，使用磷铬化处理或磷化处理。直到近期出现无铬化学转化处理，将彻底告别铝表面化学转化处理中有毒六价铬的时代。然而，铝的铬化膜目前还是耐蚀性最好的铝化学转化膜，工业操作管理方便，因此仍在继续使用。铬化膜又称黄铬化膜，磷铬化膜也叫绿铬化膜，它们的膜都有颜色，但耐蚀性前者是后者的两倍。目前铬酸盐处理的铬化膜，作为最终表面处理手段，仍在航空和汽车部件方面广泛采用。完全无铬化学转化处理，目前工业上主要用钛和锆与氟的络合物为主成分，基本上用在铝板带、啤酒罐方面，铝型材上用的还不多。为了提高无铬化学转化膜的耐蚀性，常常添加有机聚合物，如丙烯酸共聚体等。由于钛锆体系无色，难以用肉眼直接判别铝表面化学反应程度及其均匀性，工业化生产操作和在线检测有些困难，可能也是铝合金建筑型材喷涂前很少使用无铬预处理的原因之一。本书第5章叙述铝的化学转化技术。1.6.2 铝的涂装技术
本书第13～16章叙述铝的有机高聚物的涂装工艺。铝的涂装包括浸涂、刷涂、电泳和喷涂等。电泳在日本、东南亚和我国使用。喷涂在欧洲和我国是应用最广和效果最好的方法。喷涂中以静电粉末喷涂和静电液体喷涂为主，我国建筑铝型材静电喷涂涂层几乎已与阳极氧化膜的市场份额接近。而且与阳极氧化膜比较，静电喷涂涂层以其颜色丰富、色彩鲜艳、涂层与材质关系较小、耐大气腐蚀性能好、喷涂技术操作方便、污染减轻、生态环境好等优点，应用范围逐渐扩大并且市场份额不断提升。家用电器使用静电粉末喷涂环氧树脂体系，建筑门窗采用静电粉末喷涂聚酯系或静电液体喷涂氟碳树脂系。静电粉末喷涂的喷枪有高压静电枪与摩擦静电枪两种，后者消除尖端放电现象，涂层均匀平滑无橘皮。氟碳树脂涂层是耐蚀性最好的表面层，但涂覆成本极高，常用于使用寿命特别长的建筑上。近年来欧洲已开发出使用寿命相当于氟碳涂料的粉末涂料，即所谓高耐用性聚酯－无TGIC粉末，在欧洲标准中称为Ⅱ类（typeⅡ）粉末。此类涂层经过国际通用Florida现场挂片，10年试验结果与氟碳涂层相当，15年试验仅光泽下降大于氟碳涂层。由于Ⅱ类粉末价格比氟碳低，这就必然构成了对氟碳涂层的严重挑战。
电泳涂层属复合阳极氧化膜涂层。日本在20世纪60年代开发成功，在铝阳极氧化膜上，电泳聚丙烯酸树脂层至今仍广泛使用并占有近90％日本铝合金建筑型材市场。电泳涂装铝阳极氧化膜比单一氧化膜耐蚀性高，尤其在污染大气和海洋大气中优势更加明显。电泳涂层的另一个特点是复杂形状工件的涂层均匀性，特别在难于涂覆的边缘棱角都有满意的涂层，这方面明显优于喷涂及其他涂层技术。1.6.3 铝的电镀
电镀是比较成熟的传统工艺，也是金属或非金属表面获得金属镀层的主要方法。电镀既可以得到保护层、装饰层，有时也用于赋予某些特殊的功能。也就是说电镀层不仅保护铝不被腐蚀，又有光亮的金属外观，同时还可以保持良好的导电性和导热性等。铝及铝合金上直接电镀相当困难，因为铝对氧的亲和力很大，表面总是存在自然氧化膜，使电镀层对铝的附着力很差。又由于铝的膨胀系数大于大多数金属，因此电镀层很容易脱落。为此如果没有特殊的表面预处理，电镀过程会十分困难（这种情形在镁合金上同样存在）。因此铝的镀前预处理是铝上电镀的关键。
铝制品与铝部件电镀前的表面预处理包括两个大的方面，一是常规方法，二是专用方法。前者指机械处理（喷砂，抛光等）、化学处理（酸浸洗，碱浸洗）等。后者专门对铝表面进行特殊处理，在铝表面与电镀层之间形成一层中间过渡层，既保证与铝基体附着好，又与电镀层保持良好结合。事实上只要镀前预处理正确得当，随后的电镀或化学镀就可以按常规工艺进行，基本上不发生困难。当然由于中间过渡层较薄，要考虑电镀溶液pH值不宜太低，以免电镀溶液腐蚀过渡层而引起电镀层的附着不良。有关铝及铝合金电镀的具体工艺请见本书第17章。1.6.4 铝的珐琅和搪瓷涂层技术
珐琅和搪瓷是将无机氧化物的混合物熔融成不同熔点玻璃态物质。它们的基本成分是硼砂、石英、萤石、长石以及金属硝酸盐和碳酸盐、重金属氧化物等。就铝合金而言，珐琅成分应调整到使其熔点在550℃以下，同时要考虑膨胀系数与铝合金匹配。珐琅和搪瓷以粉末状态存在，选择好的铝合金经过表面预处理，可以用喷涂、浸涂、刷涂等方法涂装，欧美有许多设备进行铝合金上静电喷涂珐琅层。铝合金珐琅涂层的使用历史很长，1929年已出现建筑用铸铝板的珐琅涂层，但高耐用有机涂层的优势，制约了铝建材的珐琅涂层的工业发展。目前主要还是用在器具、浴室和厨房的配件、冰箱内衬、照明灯具等方面。由于珐琅涂层有其外观特点和性能特性，英、美等国也在建筑业上使用，例如招牌、路标、装饰、屋顶、外墙等。美国一个建材生产商报道，直到1968年已经使用了大约50万平方米。我国搪瓷钢铁制品和日用品比较多，但搪瓷铝制品和搪瓷建筑用铝部件相当少。参考文献
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［14］ 朱祖芳.铝阳极氧化的应用.电镀与精饰，1999，18（1）：40.第2章 铝的表面机械预处理
铝及其合金制品的外观和适用性在很大程度上取决于精饰前的表面预处理。而机械处理是表面预处理的主要方法之一，很多时候起着无可替代的作用。机械处理一般可分为：抛光（包括磨光、抛光、精抛或者镜面抛光）、喷砂（丸）、刷光、滚光等方法。究竟使用哪一种方法，主要根据铝制品的类型、生产方法、表面初始状态以及所要求的精饰水平而定。铝件经过表面机械处理后，可达到如下目的。（1）提供良好的表观条件，提高表面精饰质量。在现代社会中，大量铝制工业品和家庭日常用品已经得到了广泛的应用，其中相当一部分为铝的砂铸件和压铸件，这些铸件表面往往粗糙不平，具有结瘤、砂眼、裂缝、气孔等比较严重的外观缺陷，借助于机械处理，可以获得平整、光滑的表面，为以后的阳极氧化、化学氧化或其他表面处理提供了良好的表观条件，大大提高了表面精饰的质量。（2）提高产品品级。虽然挤压铝型材、铝板等在生产过程中就已形成了平滑的表面，这些制品在阳极氧化前一般不再进行机械预处理。但随着社会的进步，用户提出了更高的要求，纷纷钟情于抛光表面或“哑光”、“缎面”表面。挤压铝型材采用机械磨光或抛光，可以完全消除挤压纹等缺陷，甚至能获得如镜面般光亮的表面。若采用砂磨带、喷砂（丸）、刷光等方法处理，则形成消光磨砂的表面，经其他表面精饰处理后，极大地提高了产品的终极质量，初级产品可跃升为高级产品。（3）减少焊接的影响。工业上大量使用铝制品焊接件，由于焊接时高温和焊料的影响，焊接处的显微金相组织往往发生变化，外观色泽不一致，机械处理可以减少焊接的影响。（4）产生装饰效果。在铝制工艺品和家庭日常用品中，大多要求美观、精致。通过一些特殊的机械方法如磨带砂磨、刷光等方法，在铝件上产生线条花纹等装饰效果。（5）获得干净表面。经机械预处理后，铝制品可以获得无油污、无锈蚀、颜色光泽均匀一致、充分暴露铝基体的干净表面，可紧接着进行下道工序。2.1 磨光
磨光和抛光实际上是同一种机械操作方法。在我国的工厂实践中，习惯上将布轮黏结磨料后的操作称为磨光，而将抛光膏涂抹于软布轮或毡轮后的操作叫做抛光。机械磨光或抛光难于像对阳极氧化、化学抛光那样作精确的阐述和定义，由于所用设备、操作方法、磨轮和磨料等不同可以获得不同的表面状态。同样无论是用磨光或者抛光，经过适当的操作，都能使制品表面产生相同的效果，达到同样的要求。因此本书只对磨光或抛光作简单的划分。
磨光是借助粘有磨料的特制磨光轮的旋转，使工件与磨轮接触时，磨削工件表面的机械处理方法。目的在于去除工件表面的毛刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、气孔等表观缺陷。这些缺陷除了影响产品的表面质量外，还在以后的化学处理时易残留酸碱或黏附尘粒等，不利于随后的表面精饰。
磨光分粗磨、中磨、精磨几道工序，每下一道工序，采用更细的磨料并降低转速，可使制品表面的光洁度及亮度逐步增加。2.1.1 磨光轮
磨光轮通常采用皮革、毛毡、棉布等各种纤维织物或高强度的纸张等制成。其中尤以布质磨光轮使用最为普遍。因为布轮弹性好、适应性强。磨光轮的质地随所用布的层数及缝线密度的增加而逐渐变硬。根据工件外形状况和磨光的要求，可选用不同厚度或形状的磨光轮。如图2－1所示。图2－1 磨光轮截面示意2.1.2 磨料的选用
磨光用的磨料一般采用人造金刚砂、人造刚玉、金刚砂和硅藻土等。其中人造刚玉的韧性较小，粒子的棱面较多而尖锐，适于磨削较硬的表面如硬铝。一般铝件采用人造金刚砂、金刚砂和硅藻土为好。各种磨光材料的物理性能及适用范围见表2－1。表2－1 各种磨光材料的物理性能及适用范围#
按国内标准，磨料的粒度由粗到细分为四级，即磨粒（8～###80）、磨粉（100～280）、微粉（W40～W5）和超精微粉（W3.5～W0.5）。磨料的号数越大，则磨料越细。磨料的粒度用筛分法测定。#即以相邻两个筛网孔的公称尺寸来确定，所以100也可称为100目。微粉由于粉末极细，没有这样小孔径的筛来筛分，故只能用显微镜分析测定粉末微粒的宽度来划分。磨料粒度与尺寸见表2－2。表2－2 磨料粒度与尺寸2.1.3 磨轮与磨料的黏结
磨料应粘接到磨轮上才可用于磨光操作。黏合剂一般选用骨胶、皮胶和水玻璃等。粘接前先将胶浸泡在冷水中溶胀，再加入一定比例的水，水浴加热至60～70℃下蒸熬1～3h，待其全部溶化成稀浆液状。黏合剂的浓度要适宜，趁热立即黏结磨料，以免黏合剂冷却后失去黏性。粘好的轮子晾干或低温（30～40℃）烘干，放置24h后才可使用，磨轮平时应妥善保管在干燥、通风的地方。2.1.4 磨光操作要求
①根据工件材料的软硬程度、表面状况和质量要求等因素选择磨料的种类和粒度。一般工件表面越硬或越粗糙，则越应选用较硬及较粗的磨料。
②磨光应分多步操作。不能在一个磨轮上磨下量太大，工件压向磨轮的压力要适度，以免过热烧焦工件，同时使磨轮不致过量磨耗，延长使用寿命。
③新磨轮在黏结磨料前，应预先刮削使之平衡，安装在磨光机上试转平稳后才能卸下粘接磨料。
④磨光轮经使用一段时期后，由于磨料脱落或棱角磨钝，磨光能力下降且效率低下时，应当更换新磨料。此时应先将轮上的旧砂、旧胶刮除。
⑤由于铝制品合金成分不同，磨光时显示的组织纹理也不一样，另一方面因为铝合金在热处理或冷作加工时硬化，比纯铝或较软的铝合金更难于磨光。如含高硅的合金，比起简单的铝－镁合金光亮度要［2］差些。Benson认为：在美国，1100、3003、5005铝板及挤压型材6063特别适用于磨、抛光。5357、5457板及挤压型材5357和6463也适于磨、抛光。因此，应根据不同需要选择合金材料。
⑥磨轮的转速应控制在一定的范围内，过高时，磨轮损耗快，使用寿命短；过低时，生产效率低。在磨光铝制品时，一般控制在10～14m/s的范围。圆周速度的计算方法如下。
式中 v———圆周速度，m/s；
d———磨轮直径，mm；
n———磨轮转速，r/min。
铝制品磨光允许磨轮的转速见表2－3。表2－3 铝制品磨光允许磨轮的转速
⑦磨光效果主要取决于磨料、磨轮的刚性以及轮子的旋转速度、工件与磨轮的接触压力等因素。磨光操作没有一定的工艺规范可循，却注重于操作工人的实践经验及熟练技巧，因此加强操作训练尤为重要。2.2 抛光
抛光一般在磨光的基础上进行，以便进一步清除工件表面上的细微不平，使其具有更高的光泽，直至达到镜面光泽。抛光过程与磨光不同，工件表面不存在显著的金属磨耗。
同磨光一样，抛光也可以分几步操作，分初抛、精抛、镜面抛光，以满足不同的精饰要求。很多时候，工件的初抛就是磨光操作。2.2.1 抛光机理
抛光和磨光一样，虽然只是一种简单的机械操作，但其作用机理［3］至今尚未有统一的认识。W.Burkert等认为：磨光和抛光的作用是逐渐地除去金属表面的毛刺、凸凹，直至达到高光泽。反对的观点认为：在抛光的最后阶段，金属从凸处移到凹处，形成无定形层或很［4］细的金属晶体层。Beilby用的是黏滞流动理论，其他人用塑性变形的理论解释这种现象。电子显微镜的研究证实，抛光表面的外层被粉碎成不规则的、很细的结晶状态，在磨光与抛光时，局部可产生［5］500～1000℃的高温。Samuels用很简洁的术语探讨了金属表面的机械抛光过程。他认为：最外层的毛刺层基体晶体由于剧烈的塑性变形而破碎成很细的二次晶体。但表层里边的塑性变形较小，越靠里［6］边变形越小。Vacher测量了工业纯铝抛光时产生的塑性变形层的厚度，见表2－4。表2－4 X射线衍射法测定多晶工业纯铝变形层的厚度［7］
日本Hitoni企图通过研究油脂、磨料种类、抛光压力、抛光速度、磨轮布料和表面初始状态对抛光铝及铜的影响来补充某些细节，结果表明：抛光表面的状态主要受所使用的磨料和抛光方法的影响。
表2－5列举了专门用于铝的磨、抛光的典型氧化铝磨粒尺寸。表2－5 专门用于铝的磨、抛光的典型氧化铝磨粒尺寸
①进行多步联合操作时，根据表面粗糙度，第一步可不进行。
②通常用油脂或润滑剂。［8］14
前苏联Spitsyn等通过在羧基中引入放射性示踪原子 C研究证实，抛光膏中的硬脂酸与铝表面发生了反应，而且这些基团与金属化学键结合。［9］
Steer和Samuels发表了一系列文章，指出大多数金属的抛光表面具有不同的特性，如较高的抗蚀性能，但是，不希望抛光时产生流变和碎晶，这可能会给随后进行的电镀和表面处理带来许多麻烦。［10］
Krusenstjerm和Hentschel进行了一项有趣的实验，研究抛光对金属表面的影响。他们用逐层阳极氧化再剥离下来分析的方法，测量了抛光膏掺入铝表面的深度。发现渗透的深度很大程度上受合金
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