铝合金阳极氧化与表面处理技术（第三版）

第1章引论1
1.1铝的耐腐蚀性能2
1.2铝的腐蚀形态8
1.3铝合金14
1.3.1变形铝合金系15
1.3.2铸态铝合金系18
1.4铝合金表面技术概述19
1.5铝的阳极氧化技术21
1.5.1铝阳极氧化膜的特性21
1.5.2铝合金的阳极氧化工艺适应性22
1.5.3铝阳极氧化膜的应用24
1.6铝的其他表面处理技术24
1.6.1铝的化学转化技术25
1.6.2铝的涂装技术25
1.6.3铝的电镀和化学镀26
1.6.4铝的珐琅和搪瓷涂层技术27
1.7我国铝表面处理的工艺现状和创新前景27
1.7.1我国当前铝材表面处理的环境效应的评价28
1.7.2从环境友好出发对铝表面处理工艺创新31
参考文献34

第2章铝的表面机械预处理36
2.1磨光36
2.1.1磨光轮37
2.1.2磨料的选用37
2.1.3磨轮与磨料的黏结38
2.1.4磨光操作要求38
2.2抛光39
2.2.1抛光机理39
2.2.2抛光剂的类型41
2.2.3抛光剂的选择42
2.2.4抛光轮的种类、制作和功用42
2.3抛光机械及操作44
2.3.1抛光机械的主要部件、类型和功用45
2.3.2抛光操作48
2.4磨光、抛光常见问题及解决办法49
2.5其他机械处理方法50
2.5.1喷砂（丸）50
2.5.2刷光50
2.5.3滚光51
2.5.4磨痕装饰机械处理51
参考文献51

第3章铝的化学预处理52
3.1概述52
3.2脱脂53
3.2.1酸性脱脂54
3.2.2碱性脱脂54
3.2.3有机溶剂脱脂55
3.3碱洗56
3.3.1碱洗原理56
3.3.2碱洗工艺57
3.3.3槽液回收及循环利用58
3.3.4长寿命添加剂碱洗工艺60
3.3.5碱洗缺陷及对策62
3.4除灰64
3.4.1硝酸除灰64
3.4.2硫酸除灰65
3.5氟化物砂面处理67
3.5.1典型工艺条件67
3.5.2槽液沉淀物处理方法68
3.5.3缺陷及对策69
参考文献69

第4章铝的化学抛光和电化学抛光70
4.1概论70
4.2化学和电化学抛光历程与机理73
4.2.1化学抛光74
4.2.2电化学抛光75
4.3以磷酸为基的化学抛光工艺76
4.3.1磷酸-硫酸化学抛光76
4.3.2磷酸-硝酸化学抛光78
4.3.3磷酸-硫酸-硝酸化学抛光79
4.3.4磷酸-乙酸-硝酸化学抛光80
4.3.5磷酸为基的化学抛光生产设备81
4.3.6含硝酸的磷酸基化学抛光液的工艺因素81
4.4硝酸-氟化物化学抛光工艺83
4.4.1硝酸-氢氟酸-阿拉伯胶化学抛光83
4.4.2硝酸-氢氟酸-芳香胺化学抛光85
4.5典型的电化学抛光工艺86
4.5.1碳酸钠-磷酸三钠碱性电化学抛光86
4.5.2磷酸-铬酸-硫酸电化学抛光88
4.5.3氟硼酸电化学抛光91
4.5.4硫酸-铬酸电化学抛光92
4.5.5无铬酸电化学抛光93
4.6抛光缺陷及对策94
4.6.1化学抛光缺陷及对策94
4.6.2电化学抛光缺陷及对策95
参考文献96

第5章铝的化学转化处理98
5.1化学转化处理的技术进展98
5.2化学氧化100
5.2.1化学氧化膜的用途100
5.2.2化学氧化膜的性能100
5.2.3化学氧化膜的生长102
5.2.4化学氧化膜的成分102
5.3铬酸盐处理102
5.3.1铬酸盐处理溶液103
5.3.2铬酸盐处理反应104
5.3.3铬化膜的性状104
5.4磷铬酸盐处理105
5.4.1磷铬酸盐处理溶液106
5.4.2磷铬化膜的生成106
5.4.3磷铬化膜的性状107
5.5磷酸盐处理108
5.6无铬化学转化处理108
5.6.1无铬化学转化处理109
5.6.2无铬化学转化膜的性状111
5.7无铬化学转化技术的研究动态112
5.7.1有机硅烷处理112
5.7.2稀土盐转化处理113
5.7.3有机酸转化处理114
5.7.4SAM处理114
5.8化学转化膜的鉴别114
5.8.1外观检验115
5.8.2膜厚检验115
5.8.3附着性检验115
5.8.4腐蚀试验115
参考文献115

第6章铝阳极氧化与阳极氧化膜117
6.1铝阳极氧化的过程118
6.1.1铝阳极氧化按照电解溶液性质的分类118
6.1.2铝阳极氧化的反应过程120
6.1.3阳极氧化过程中铝合金合金化成分的影响122
6.2阳极氧化膜的结构与形貌123
6.2.1阳极氧化膜的多孔型结构与形貌的直接观测123
6.2.2阳极氧化膜的结构模型和结构参数125
6.2.3多孔型阳极氧化膜的微孔形成127
6.3多孔型阳极氧化膜的厚度、结构和成分128
6.3.1阻挡层的厚度128
6.3.2多孔层的厚度和结构129
6.3.3阻挡层的成分131
6.3.4多孔层的成分132
6.4结晶性阳极氧化膜的生长134
6.5阳极氧化膜的生成机理136
6.5.1壁垒型阳极氧化膜136
6.5.2多孔型阳极氧化膜138
参考文献139

第7章装饰与保护用铝的阳极氧化141
7.1概述142
7.2铝合金基体是阳极氧化膜性能的基础146
7.2.1变形铝合金的阳极氧化适应性147
7.2.2铸造铝合金的阳极氧化适应性148
7.2.36×××系铝合金主要合金化元素及杂质的影响150
7.3第2相析出物对铝阳极氧化的影响152
7.3.1第2相影响缘由152
7.3.2第2相影响阳极氧化的分析155
7.4铸造铝合金阳极氧化158
7.4.1铸造铝阳极氧化工艺159
7.4.2外加电源波形对铸造铝阳极氧化的影响161
7.4.3工艺参数对铸造铝阳极氧化的影响163
参考文献164

第8章阳极氧化工艺166
8.1硫酸阳极氧化工艺166
8.1.1硫酸阳极氧化工艺规范167
8.1.2阳极氧化工艺参数的影响168
8.1.3硫酸溶液中铝离子和杂质的影响177
8.1.4膜厚及其均匀性的控制179
8.1.5阳极氧化膜的缺陷及其防止方法180
8.1.6硫酸交流阳极氧化182
8.2其他酸阳极氧化工艺182
8.2.1铬酸阳极氧化工艺182
8.2.2草酸阳极氧化工艺184
8.2.3磷酸阳极氧化工艺185
参考文献187

第9章铝的硬质阳极氧化189
9.1概述189
9.2硬质阳极氧化与铝合金材料的关系190
9.3硫酸溶液的硬质阳极氧化192
9.4硫酸硬质阳极氧化工艺参数的影响194
9.5非硫酸溶液或非单一硫酸溶液的硬质阳极氧化196
9.5.1草酸溶液的硬质阳极氧化196
9.5.2以硫酸为基础的混合酸硬质阳极氧化197
9.5.3其他混合有机酸硬质阳极氧化198
9.5.4硬质阳极氧化复合技术199
9.6硬质阳极氧化电源波形的改进和脉冲阳极氧化200
9.6.1直流脉冲硬质阳极氧化201
9.6.2交直流叠加硬质阳极氧化202
9.6.3电流反向法硬质阳极氧化203
9.6.4脉冲硬质阳极氧化膜的性能204
9.7铸造铝合金硬质阳极氧化205
9.8硬质阳极氧化膜的性能及检验206
参考文献211

第10章铝及铝合金的微弧氧化213
10.1概述213
10.2微弧氧化现象及其特点214
10.3微弧氧化的基本设备218
10.4微弧氧化工艺220
10.4.1微弧氧化槽液成分220
10.4.2微弧氧化工艺221
10.5微弧氧化膜的主要性能222
10.6微弧氧化技术的应用226
参考文献230

第11章铝阳极氧化膜的电解着色231
11.1概述231
11.2电解着色机理233
11.2.1电解着色阳极氧化膜233
11.2.2电解着色时金属离子和氢离子的放电234
11.2.3阻挡层及其散裂脱落235
11.2.4直流电解着色特点236
11.2.5电解着色的电源波形236
11.2.6电解着色的发色原理236
11.3锡盐电解着色237
11.3.1锡盐着色溶液的稳定方法238
11.3.2添加剂的开发现状238
11.3.3典型的锡盐电解着色工艺242
11.3.4锡盐电解着色工艺参数的影响243
11.4镍盐电解着色246
11.4.1镍盐电解着色的优缺点246
11.4.2交流镍盐电解着色247
11.4.3直流镍盐电解着色249
11.4.4镍盐电解着色的电化学研究250
11.5其他金属盐电解着色252
11.5.1锰酸盐电解着色254
11.5.2硒酸盐电解着色254
11.6干涉光效应着色的工业应用255
11.6.1多色化工艺的特点和发展256
11.6.2利用扩孔处理显色256
11.6.3利用调整阻挡层与孔底的显色258
11.6.4典型的多色化着色生产工艺259
参考文献260

第12章铝阳极氧化膜的染色261
12.1染色对氧化膜的要求261
12.2染料染色机理262
12.2.1有机染料染色机理262
12.2.2无机染料染色机理263
12.3有机染料的选择263
12.3.1几种有机染料的特性264
12.3.2适用有机染料的色系分类266
12.4色彩的组合与调配266
12.5有机染料染色工艺267
12.5.1工艺流程267
12.5.2染色液的配制方法267
12.5.3有机染料染色工艺规范268
12.5.4染色液中杂质离子的影响及控制272
12.5.5操作注意事项272
12.5.6染色后的封孔处理273
12.5.7常用有机染料染色工艺实例274
12.5.8染色问题的产生原因及排除方法276
12.5.9不合格染色膜的褪色278
12.5.10染色废液的再生和处理278
12.6无机染料染色工艺279
12.6.1无机染色的化学反应279
12.6.2常用无机染色工艺规范280
12.7染色的特殊方法282
12.7.1双色染色工艺282
12.7.2渗透染色工艺282
12.7.3花样染色工艺283
12.7.4转移印花工艺283
12.7.5感光染色工艺284
12.7.6印染染色法284
参考文献284

第13章铝阳极氧化膜的封孔286
13.1封孔技术的发展及分类286
13.2封孔质量的品质要求287
13.3热封孔工艺288
13.3.1热封孔机理288
13.3.2沸水封孔参数对封孔质量的影响291
13.3.3水中杂质的影响293
13.3.4封孔灰的防止措施293
13.4冷封孔工艺294
13.4.1冷封孔机理294
13.4.2冷封孔的溶液因素295
13.4.3冷封孔的工艺参数296
13.4.4冷封孔的后处理297
13.4.5冷封孔工艺的控制299
13.5高温水蒸气封孔工艺300
13.6无机盐封孔工艺301
13.6.1铬酸盐封孔301
13.6.2硅酸盐封孔302
13.6.3乙酸镍封孔303
13.7新型中温封孔304
13.7.1无镍中温封孔304
13.7.2无重金属的中温封孔306
13.7.3“无金属”的中温封孔306
13.8有机物封孔技术307
13.8.1有机酸封孔307
13.8.2其他非水溶液的有机物封孔308
13.9封孔引起的阳极氧化膜缺陷308
参考文献310

第14章铝阳极氧化膜的电泳涂漆312
14.1电泳涂漆概述312
14.1.1电泳漆和电泳涂漆的主要术语312
14.1.2铝及铝合金电泳涂漆原理313
14.2电泳漆315
14.2.1有色及消光电泳317
14.2.2消光电泳原理317
14.2.3有色电泳319
14.2.4有光电泳和消光电泳的区别319
14.2.5铝及铝合金丙烯酸阳极电泳漆的主要成分及指标320
14.3铝及铝合金电泳涂漆工艺320
14.3.1前处理321
14.3.2电泳涂漆处理321
14.4铝及铝合金电泳涂漆的影响因素322
14.4.1阳极氧化工艺的影响322
14.4.2氧化后水洗的影响323
14.4.3电解着色的影响323
14.4.4电泳工艺的影响323
14.5电泳涂漆通用设备要求326
14.5.1槽体及循环系统326
14.5.2阴极327
14.5.3电源327
14.5.4精制（IR）系统328
14.5.5回收系统329
14.5.6加漆系统329
14.5.7固化炉330
14.5.8有光电泳和消光电泳的设备区别330
14.6工艺条件及槽液管理330
14.6.1工艺条件330
14.6.2槽液管理331
14.6.3消光电泳与有光电泳槽液管理差异333
14.7阳极氧化电泳涂漆复合膜常见缺陷的起因及防治333
14.8电泳涂漆产品的质量要求及执行标准336
参考文献337

第15章铝及铝合金粉末静电喷涂339
15.1粉末喷涂的概述339
15.1.1粉末喷涂的特点340
15.1.2粉末喷涂原理341
15.2粉末静电喷涂设备342
15.2.1高压静电喷枪342
15.2.2喷粉室343
15.2.3供粉系统344
15.2.4粉末回收系统344
15.2.5固化炉346
15.2.6喷涂设备的发展趋势347
15.3粉末涂料348
15.3.1粉末涂料的分类348
15.3.2粉末涂料的特性350
15.3.3粉末涂料的发展方向351
15.4铝合金粉末静电喷涂流程352
15.4.1粉末喷涂前处理工艺352
15.4.2粉末静电喷涂工艺357
15.4.3固化工艺358
15.4.4粉末喷涂的主要影响因素358
15.5铝合金粉末及喷涂产品的性能指标364
15.5.1铝合金建筑型材用粉末的性能指标及测试方法364
15.5.2铝合金建筑型材粉末涂层的性能指标及测试方法364
15.5.3铝合金电子产品粉末涂层的性能指标及测试方法366
15.5.4铝合金汽车外结构件粉末涂层的性能指标及测试方法366
15.6粉末喷涂中常见缺陷及解决方法368
15.6.1喷涂过程中的缺陷及解决方法368
15.6.2粉末喷涂涂层缺陷及解决方法369
15.7粉末喷涂的木纹纹理处理373
15.7.1粉末喷涂木纹产品的分类374
15.7.2粉末喷涂木纹产品的工艺374
15.7.3转印木纹纸的要求375
15.7.4木纹粉末的要求376
15.7.5喷粉木纹产品的性能指标376
15.7.6喷粉木纹产品的常见问题及解决办法377
参考文献378

第16章铝及铝合金的液相静电喷涂380
16.1液相静电喷涂概述380
16.1.1液相喷涂特点380
16.1.2静电喷涂的原理及优缺点381
16.2液相静电喷涂的主要设备382
16.2.1喷涂机382
16.2.2喷漆室386
16.2.3涂料供给输送系统389
16.2.4换色阀390
16.3液相静电喷涂用涂料390
16.3.1溶剂型涂料390
16.3.2水性涂料393
16.4液相静电喷涂流程394
16.4.1前处理工艺395
16.4.2调漆工艺395
16.4.3喷涂工艺398
16.4.4固化工艺405
16.4.5液相静电喷涂主要影响因素405
16.5铝合金液相喷涂产品性能及指标407
16.5.1铝合金建筑型材氟碳喷漆涂层407
16.5.2铝合金建筑型材丙烯酸喷漆涂层408
16.5.3汽车用溶剂型喷漆涂层409
16.5.4水性丙烯酸喷漆涂层410
16.5.5汽车用水性喷漆涂层411
16.6液相喷涂过程及产品的常见缺陷和解决方法413
16.6.1液相喷涂过程的常见缺陷和解决方法413
16.6.2液相喷涂产品的常见缺陷和解决方法414
参考文献417

第17章铝及铝合金的辊涂419
17.1辊涂概述419
17.1.1辊涂原理419
17.1.2常用涂料420
17.2铝卷材辊涂工艺422
17.2.1引入部分422
17.2.2前处理部分423
17.2.3化学预处理的品质控制425
17.2.4涂装部分427
17.2.5铝卷材的烘烤和冷却428
17.2.6引出部分430
17.3铝板材辊涂工艺431
17.4铝卷材辊涂质量的主要影响因素432
17.4.1铝卷材坯料质量的影响432
17.4.2涂料施工性能及黏度变化的影响433
17.4.3涂料中颜料粒度的影响434
17.4.4涂装辊材质及涂装辊质量的影响434
17.5铝卷材辊涂的标准及质量要求435
17.5.1性能指标436
17.5.2外观质量436
17.5.3涂装过程的质量控制437
17.5.4成品常见缺陷产生原因及控制措施438
17.6铝材辊涂的发展方向439
参考文献440

第18章铝及铝合金的电镀442
18.1铝及其合金制件电镀的重要性442
18.2铝及其合金的化学物理特性443
18.3镀前预处理方法443
18.3.1预处理常规方法及工艺规范443
18.3.2预处理的特殊方法444
18.4预处理特殊方法的工艺规范及电镀实例444
18.4.1盐酸活化直接镀硬铬444
18.4.2直接镀锌或闪镀Zn-Fe合金预镀层445
18.4.3直接预镀镍后仿金镀446
18.4.4阳极氧化后电镀446
18.4.5表面条件化处理后电镀448
18.4.6浸锌处理后电镀448
18.5铝及其合金制件化学镀镍451
18.5.1一般概念451
18.5.2化学镀镍机理452
18.5.3化学镀前铝的预处理452
18.5.4化学镀Ni-P合金实例452
18.5.5Ni-P镀层的褪除455
18.6氟硼酸盐浸镍锌（Ni-Zn）合金层电镀455
18.6.1工艺流程455
18.6.2工艺规范456
18.6.3氟硼酸盐浸镍锌（Ni-Zn）合金机理456
18.6.4浸Ni-Zn后电镀工艺456
18.7铝及其合金制件化学镀金457
18.7.1工艺流程457
18.7.2工艺规范457
18.8镀层质量的检验458
18.8.1外观检查458
18.8.2电镀层厚度的测量458
18.8.3镀层孔隙率的测定458
18.8.4结合力试验458
18.8.5镀层显微硬度的测定458
18.8.6镀层耐腐蚀性试验459
18.8.7镀层钎焊性的测试459
18.8.8镀层耐磨性能测试459
参考文献460

第19章阳极氧化膜及高聚物涂层的性能与试验方法462
19.1概述462
19.2外观质量463
19.3颜色和色差464
19.3.1目视比色法464
19.3.2仪器检测法464
19.4阳极氧化膜及高聚物涂层厚度465
19.4.1显微镜测量横断面厚度465
19.4.2分光束显微镜测量透明膜厚度466
19.4.3质量损失法测量阳极氧化膜厚度466
19.4.4涡流法测量阳极氧化膜及高聚物涂层厚度467
19.5阳极氧化膜封孔质量467
19.5.1指印试验468
19.5.2酸处理后的染色斑点试验468
19.5.3酸浸蚀失重试验 469
19.5.4导纳试验470
19.6耐腐蚀性470
19.6.1盐雾腐蚀试验471
19.6.2含SO2潮湿大气腐蚀试验471
19.6.3马丘腐蚀试验472
19.6.4耐湿热腐蚀试验472
19.6.5耐碱腐蚀试验472
19.6.6丝状腐蚀试验473
19.7耐化学稳定性473
19.7.1耐酸试验473
19.7.2耐碱试验474
19.7.3耐砂浆试验474
19.7.4耐洗涤剂试验475
19.8耐候性475
19.8.1自然曝露耐候试验475
19.8.2人工加速耐候试验476
19.9硬度479
19.9.1压痕硬度试验479
19.9.2铅笔硬度试验480
19.9.3显微硬度试验480
19.10耐磨性481
19.10.1喷磨试验仪检测耐磨性481
19.10.2轮式磨损试验仪检测耐磨性481
19.10.3落砂试验仪检测耐磨性482
19.10.4砂纸擦拭检测耐磨性483
19.11附着性483
19.11.1附着性划格试验483
19.11.2附着性仪器试验 484
19.12耐冲击性 484
19.13抗杯突性 485
19.14抗弯曲性486
19.15涂层聚合性能486
19.16阳极氧化膜绝缘性487
19.17阳极氧化膜抗变形破裂性487
19.18阳极氧化膜抗热裂性 487
19.19薄阳极氧化膜连续性 488
19.20耐沸水性 488
19.21光反射性能 489
19.21.1镜面光泽度的测量489
19.21.2反射率测量489
19.22涂层加工性能490
参考文献491

第20章铝表面处理生产的环境管理492
20.1污染物排放限值的规定与环境管理492
20.1.1水污染物排放限值的规定与环境管理493
20.1.2大气污染物排放限值的规定与环境管理498
20.2铝表面处理生产对环境的影响502
20.2.1铝阳极氧化对环境的影响502
20.2.2电泳涂漆对环境的影响505
20.2.3粉末喷涂对环境的影响505
20.2.4液相喷涂对环境的影响507
20.2.5铝表面处理添加剂成分对环境的影响509
20.3铝表面处理水污染物的治理510
20.3.1水污染物的环境管理总则 511
20.3.2水污染物的治理方法511
20.3.3生产用水的循环利用520
20.4铝表面处理大气污染物的治理523
20.4.1粉尘和漆雾的治理方法523
20.4.2硫酸/磷酸雾、氢氧化钠雾、电泳VOCs的治理方法524
20.4.3氮氧化物的治理方法525
20.4.4有机废气的治理方法530
20.5铝表面处理固体物的环境管理533
20.5.1固体废物的定义及其意义534
20.5.2固体废物的管理法规535
20.5.3固体废物的管理体系535
20.5.4固体物的治理原则——有害固体污染物（危废）的管理与铝泥渣的资源化利用536
参考文献538

附录541
附录1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541
附录2我国主要铸造铝合金的牌号及主要合金化元素成分543
附录3铝阳极氧化槽液的化学分析规程543
附录4有关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549
附录5铝表面处理的主要参考读物556