阳极处理（doc7)

阳极处理
1.阳极处理的目的与应用
一般铝合金很容易氧化，氧化层虽有一定钝化作用，但长期曝露之结果，氧化层仍会剥落，丧失保
护作用，因此阳极处理的目的即利用其易氧化之特性，藉电化学方法控制氧化层之生成，以防止铝材进
一步氧化，同时增加表面的机械性质。另一目的是，藉不同化成反应，产生各种色泽（发色）增进美观。
铝合金阳极处理应用广泛，飞机 皮、军事武器、复印机抄纸滚桶、建筑物铝帷幕、铝门窗等。
2.制程
于电解槽中，将金属（如铝或铝合金）工件置于阳极，施加一定电压与电流，促使工件表面形成附
着良好的氧化层。简要而言，发生下述反应；
阳极：Me ＋ XH2O → MeOX ＋ 2XH＋ ＋ 2Xe－
阴极：H2O ＋ e－ → 1/2H 2＋ OH－
一般而言，阳极处理工程流程例如下：
工件 → 脱脂（Ⅰ） → 水洗 → 化学光泽（Ⅱ） → 水洗 → 脱渍（Ⅲ） → 水洗 → 阳极处理 （Ⅳ）
→ 水洗 → 封孔（Ⅴ） → 水洗 → 干燥
上述流程中，主要步骤的化学溶液如下：
（Ⅰ）有抑制剂之热碱洗液，60~70℃
（Ⅱ）H3PO4＋HNO3 溶液，88~110℃
（Ⅲ）25~35﹪HNO3，常温
（Ⅳ）15﹪H2SO4，21~25℃
（Ⅴ）100℃H2O

3.阳极处理电解液
铝合金阳极处理使用的电解液有很多种，每一种电解液的主要化学成份不同，经其处理后的皮膜组
织不同，性质也因之有所差异；有些场合即以电解液归类制程。文献资料有很多不同的配方例，以下每
一种仅举一例，但并非仅有此种配方。

i）硫酸液
例如 Alumilite 制程含 15~20﹪硫酸，电压是 14~22 伏特，电流密度是 1~2A/dm2，操作温度 18~25℃，
处理时间 10~60 分钟，皮膜厚度 3~35μm，皮膜呈无色透明。
硫酸液制程所得皮膜抗蚀性良好，而且抗磨耗性佳，此制程若将操作温度降至 5℃以下，硫酸浓度降至 7﹪
左右，处理电压提高至 23~120 伏特，可以长时间处理以获得厚至 200μm 以上的硬质阳极皮膜，应用于
需耐磨耗的场合。
ii）铬酸液
例如含 5~10﹪铬酸，电压是 40 伏特，电流密度是 0.15~0.30A/dm2，操作温度 35℃，处理时间 30 分钟，
所得皮膜约 2~3μm，皮膜呈灰色或灰绿色，具有良好的抗蚀性，但耐磨耗性较差，在应用上方能不需封
孔。

iii）草酸液
例如 Eloxal GX 制程含 3~5﹪草酸，电压是 40~60 伏特，电流密度是 1~2A/dm2，操作温度 18~20℃，处理
时间 40~60 分钟，皮膜呈黄色，厚度 10~65μm，此制程成本高于硫酸液制程。操作温度可以降至 3~5℃，
经长时间处理以获得厚达 625μm 的皮膜。草酸液的色泽较多样化。

iv）磷酸液
例如含 10﹪磷酸，电压是 10~12 伏特，电流密度较不定，操作温度 23~25℃，处理时间 20~30 分钟，皮
膜呈无色，厚度 1~2μm；磷酸液处理之皮膜孔隙较大，适于后续电镀。

以上四种电镀液较常用，其原因是，这四种电解液中形成皮膜时，实际上有一定的孔隙，允许铝持续溶
出以形成皮膜，同时其皮膜具有一定的溶解度，因此皮膜可以持续成长至其溶解速度与成长速度相等为
止，但是，它种电解液如硼酸液，酒石酸液等，其生成的皮膜很致密，不易再允许铝经由电解溶出，因
之仅能形成很薄的皮膜。
4.阳极处理皮膜形成机构
图一是阳极处理皮膜的扫描式电子显微（SEM）照片，其显示皮膜层实际上是呈管胞（cellular
tube）组织，其底部似一般试管底部呈圆弧状。形成此种组织型态的过程如图二说明。开始通电时，铝
阳极表面的某些部位开始溶解（time1），时间增长，铝溶解量增加，但是阳极表面开始呈现凹凸不平的
粗度（time2），十间续增，由于凹凸不平造成溶解速率不一，溶解较快的部位逐渐凹陷，于此同时，溶
解的铝离子逐渐生成氢氧化铝与氧化铝沉积在表面，但是仍留有孔隙以供溶解反应继续进行，长时间之