铝及其合金由于其优异的性能而被广泛用于汽车、航天航空、电子、家用电器等行业。但其耐腐蚀和装饰性能不好,要经过一定表面处理后才能应用。阳极氧化是有效提高铝及其合金表面耐腐蚀、耐磨和装饰性能的方法之一。传统的铝合金阳极氧化技术存在许多不足之处,例如,工艺复杂、成本高、氧化电解液对环境不友好等。本文针对目前铝合金氧化技术存在的问题,采用特殊的复合电解液,研究开发出铝及其合金新型氧化着色一步法技术,并对该项技术进行了初步的中试研究。研究工作主要包括以下几个方面:1.研究开发了一种铝氧化着色一步法技术。将铝材料置于三种分别由草酸、硼酸、磺基水杨酸为主体,配合成膜促进剂和成膜添加剂组成的复合电解液中,采用恒电压阳极氧化技术(50~60 V),溶液温度为20~60℃时,在铝金属表面可快速形成一层黄色、灰色和香槟色系列的氧化膜层,该膜层具有优异的耐腐蚀、耐磨和装饰性能。研究了电解液组分、电解工艺参数等对膜层性能的影响,采用了描电子显微镜(SEM)检测了膜层的微观形貌。研究表明:电解液组分、峰值电流密度以及溶液搅拌对氧化过程和氧化膜性能会产生影响。各色系电解液组成为:黄色系,草酸6~8 g/L,成膜促进剂5~10 g/L;灰色系,硼酸30~40 g/L,成膜促进剂5~10 g/L,成膜添加剂A0.5~2.0 g/L;香槟色系,磺基水杨酸60~70 g/L,成膜添加剂B5-8 g/L,Na2WO40.5~1.0 g/L。2.研究开发了一种硬铝合金阳极氧化技术。将硬铝合金(2024)置于由硼酸等组成的复合电解液中,采用恒电压氧化技术,在硬铝合金表面可获得一层深灰色氧化膜层,该膜层均匀,富有陶瓷光泽,具有较好的硬度和耐腐蚀性能。工艺研究表明,前处理对氧化影响较大,物理前处理对成膜不利,一般采用化学处理方式;氧化温度要控制在25℃以下;氧气峰值电流密度越大,膜层越厚;X射线能谱(EDS)测试表明,膜层主要组成元素为O、Al,同时含有少量P、S和C,没有检测到Cu元素。X射线衍射(XRD)相分析表明,膜层主要呈非晶态;表面和截面扫描电镜分析表明,膜层表面呈多孔状,孔径约为20 nm;孔壁伸向基底,但不垂直于基底;孔壁不连续,像是由许多细小颗粒堆积而成。3.采用电化学方法和SEM分析了氧化着色技术成膜过程,探讨了电解液各组分在成膜过程中的作用。研究表明,电解液组分对膜层性能影响较大,成膜促进剂能起到提高电流密度,加速成膜的作用;成膜添加剂能均匀膜层,细化膜层颗粒,只有三种组分共同作用下,才能形成理想膜层。氧化膜的形成与特殊电解质组分及工艺条件都有较大关系,在大电流的冲击下,铝/电解质界面形成阴离子凝聚层,孔道的取向性变差,综合体积膨胀与场致溶解作用,从而形成表面多孔,膜孔分布无规则,孔壁结构不连续的非晶态氧化膜层。4.初步研究了氧化着色一步技术中试的实验装置和工艺参数,如前处理、电解质组分、浓度、峰值电流密度、氧化时间等,确定了工业生产的工艺流程及具体工艺参数,并对中试过程中出现的问题及解决措施进行了初步地探讨。