這兩天,，我要返修一個(gè)工件，加工師傅說(shuō)這個(gè)工件好像不是鋁材,，我說(shuō)是鋁,，只不過(guò)是氧化發(fā)硬黑。

他說(shuō)好吧,，那我們?cè)囋?，然后我看他?huà)線，標(biāo)記孔位，三下五去二,，很輕松就把4個(gè)孔打好了,，然后說(shuō)確實(shí)是鋁。

其實(shí),，在機(jī)械設(shè)計(jì)中,，我們用得最多的就是鋁材，為了防止生銹,，防刮花,，做裝飾等，常常對(duì)其表面進(jìn)行黑色陽(yáng)極氧化,，或者無(wú)電解鍍鎳處理,。

比如鋁合金6061，7075常用表面處理有：

氧化發(fā)黑：Anodizing Black

發(fā)亞黑：Anodizing Black Matt

發(fā)硬黑：Hard Anodizing Black

發(fā)硬白：Hard Anodizing Clear

發(fā)白：Anodizing Clear

彩色表面處理：Anodizing Green,，Anodizing Red,，Anodizing Blue

化學(xué)鍍鎳：Electroless Nickel Coating/Plating

那么問(wèn)題來(lái)了，到底什么是發(fā)黑,？什么是黑色陽(yáng)極氧化,？什么又是發(fā)硬黑？什么是無(wú)電解鍍鎳,？什么又是電鍍,？

電鍍：Electroplating

1. 什么是陽(yáng)極氧化？

我們知道,，鋁容易與氧氣反應(yīng),，在空氣中形成非常薄的氧化膜。

這種天然形成的保護(hù)膜,，可以防止生銹,，從而使鋁具有一定的耐腐蝕性。

但是,，這種膜非常薄,，并且會(huì)因?yàn)榄h(huán)境引起的化學(xué)反應(yīng)而腐蝕，因此需要做保護(hù)性表面處理,，陽(yáng)極氧化就是其中一種保護(hù),。

什么是陽(yáng)極氧化？

用一句話來(lái)說(shuō),，陽(yáng)極氧化是一種表面處理工藝,，是在酸性電解液中，將有色金屬例如鋁鎂鈦等,，作為陽(yáng)極進(jìn)行電解,，在材料表面形成一層致密的氧化膜,，以對(duì)抗腐蝕，提高耐磨性能,，起裝飾作用等。

陽(yáng)極氧化示意圖

陽(yáng)極氧化微觀結(jié)構(gòu)形成示意圖：1.在整個(gè)區(qū)域上形成阻隔層氧化物 2.由表面波動(dòng)引起的局部電場(chǎng)分布 3.通過(guò)增強(qiáng)電場(chǎng)或/和溫度,，溶解產(chǎn)生小孔 4.穩(wěn)定的小孔生長(zhǎng)

陽(yáng)極氧化微觀結(jié)構(gòu)

陽(yáng)極氧化微觀結(jié)構(gòu)

陽(yáng)極氧化膜通常是透明的,，微觀是多孔結(jié)構(gòu)，這些孔的直徑為100?-300?（1?=0.1nm）,，實(shí)際上每立方厘米有驚人的50-700億個(gè)孔,，想象一下，如果人縮小到原子級(jí),，這些孔洞都?jí)蛉祟?lèi)居住了,。

了解了這些孔洞，我們就容易理解彩色陽(yáng)極氧化了,。

彩色陽(yáng)極氧化原理：在氧化表面孔洞中填充彩色顏料

例如,，如果氧化膜中的每個(gè)孔都充滿紅色染料，則會(huì)產(chǎn)生紅色陽(yáng)極氧化,，并形成有色表面,，該表面將一直保留到氧化膜本身磨損為止。

同理其他顏色染料,，可以形成相應(yīng)的彩色陽(yáng)極氧化,。

所以，黑色陽(yáng)極氧化,，實(shí)際上是在陽(yáng)極氧化表面,，填充了黑色顏料。

彩色陽(yáng)極氧化實(shí)物外觀

彩色陽(yáng)極氧化實(shí)物外觀

2. 陽(yáng)極氧化的分類(lèi)

大體上來(lái)說(shuō),，陽(yáng)極氧化分為標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)極氧化和硬質(zhì)陽(yáng)極氧化,。

標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)極氧化，是在硫酸溶液中完成的,，氧化層厚度在5um-30um,，通常硬度小于200HV，標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)極氧化可以著色,，例如紅色,，綠色，藍(lán)色等,，產(chǎn)生各種顏色的裝飾效果,。

90%以上的陽(yáng)極氧化，都使用硫酸作為電解液,，還有一些是用硫酸和草酸混合液,，歷史上也有鉻酸陽(yáng)極氧化,，但這種氧化對(duì)環(huán)境不利，如今很少使用,。

硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理,，可以通過(guò)使用較高濃度，和較低溫度（0-10°C）的硫酸和草酸混合溶液電解來(lái)實(shí)現(xiàn),。氧化層厚度在25um-250um,，涂層是灰色至黑色，并且是無(wú)孔的,，通常硬度達(dá)500-900HV,，可以增強(qiáng)鋁合金表面耐磨性。

另外,，并非所有的鋁合金都可以進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理,。

AA:Aluminum Association，鋁協(xié)會(huì)

A.Q.:Anodizing Quality-material suitable for architectural anodizing applications,，適用于建筑陽(yáng)極氧化應(yīng)用的材料

例如,，5xxx，6xxx和7xxx系列鋁合金對(duì)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化反應(yīng)良好,，而2xxx鋁合金和其他合金,，包括銅和硅含量高的鑄造鋁合金，則對(duì)陽(yáng)極氧化反應(yīng)較差,，對(duì)于這些合金,，陽(yáng)極氧化層傾向于多孔且硬度低。

硬質(zhì)陽(yáng)極氧化,，是在較低的溫度下進(jìn)行的,，價(jià)格更高，且硬度更高,，但是一般肉眼分辨不出來(lái),，可以通過(guò)做測(cè)試或者加工來(lái)分辨。

標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)極氧化和硬質(zhì)陽(yáng)極氧化對(duì)比

3. 陽(yáng)極氧化適用材料

陽(yáng)極氧化,，主要用于鋁合金,，當(dāng)然也可以用于鎂及鈦合金。

鎂：有時(shí)會(huì)進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理,，但需要額外的密封處理以防止腐蝕,。

鈦：主要應(yīng)用于珠寶，牙齒移植,。

鋅：很少做陽(yáng)極氧化,，除非希望表面出現(xiàn)深綠色，形成堅(jiān)硬的耐磨氧化層,。

含鐵金屬：通常用硝酸來(lái)電解,，形成堅(jiān)硬黑色的耐磨層,。

鐵及碳鋼：不氧化，因?yàn)檠趸瘜尤菀赘g材料,。

4. 陽(yáng)極氧化的應(yīng)用

先舉幾個(gè)生活中的應(yīng)用,，比如用于裝飾消費(fèi)品：

a）個(gè)人電子產(chǎn)品，像智能手機(jī),，平板電腦,。

b）裝飾彩色配件，像登山扣,，金屬筆，手電筒等,。

c）自行車(chē)零件,。

還有很多工業(yè)應(yīng)用，比如增加鋁制飛機(jī)部件耐腐蝕性,，防止暴露于化學(xué)物質(zhì)的零件發(fā)生化學(xué)腐蝕,，增強(qiáng)零件的耐刮擦性，防止螺紋組件磨損等,。

陽(yáng)極氧化的典型應(yīng)用

陽(yáng)極氧化的典型應(yīng)用

5. 什么是電鍍,？

簡(jiǎn)單理解，電鍍就是使用電能將一種金屬鍍到另一種金屬上的過(guò)程,。

如下圖,，兩個(gè)電極浸沒(méi)在溶液中，陽(yáng)極（Anode）是需要鍍上去的金屬,，陰極（Cathode）是需要被電鍍的金屬,。

在金屬（Me）上電鍍銅。在此,，硫酸銅用作電解質(zhì),，陽(yáng)極是銅電極，陰極是將要電鍍的金屬,。銅離子在電流作用下,，移動(dòng)到陰極，在這里和電子匯合,，還原為銅,，形成薄膜。

電鍍示意圖

當(dāng)外部提供電流時(shí),，電子從陽(yáng)極傳遞到陰極,，所以陰極具有可賦予溶液中金屬離子的電子。當(dāng)金屬離子得到電子時(shí),，被還原并成金屬原子,，然后沉積在陰極的表面上,，這就是電鍍。

電鍍有鍍鋅,，鍍鎳,，鍍鉻，鍍金,，鍍銀等多種處理,。

工業(yè)上最常用的是鍍鋅，鍍鎳,，鍍鉻等,，目的是起到裝飾，防銹,，耐磨等作用,。

鍍金，鍍銀一般用在珠寶,，項(xiàng)鏈,，首飾等領(lǐng)域。

常用電鍍金屬,，陽(yáng)極,，電解質(zhì)，及典型應(yīng)用

6. 什么是化學(xué)鍍,？和電鍍有什么區(qū)別,？

化學(xué)鍍鎳和電鍍各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

化學(xué)鍍鎳是化學(xué)鍍的一種應(yīng)用,。

化學(xué)鍍和電鍍最大的差別在于,，化學(xué)鍍不使用外部電能，取而代之的是溶液中含有代替電流的還原劑,，比如磷,。

化學(xué)鍍示意圖

化學(xué)鍍鎳是使用自動(dòng)催化劑沉積鎳的方法，這個(gè)過(guò)程,，把零件被淹沒(méi)在鎳鹽溶液中,，還原劑釋放電子，在基材料表面聚集鎳粒子,，從而把鎳沉積到基材上,，無(wú)需引入外部電源。

化學(xué)鍍和電鍍的區(qū)別：

通常,，由于電鍍使用電流,，因此僅適用于導(dǎo)電物體。另外,，因?yàn)殡婂兛傮w上更快,，所以更適用于經(jīng)濟(jì)且量產(chǎn)的金屬零件,，例如電氣連接件，緊固件和銷(xiāo)釘,。

而化學(xué)鍍,，比如化學(xué)鍍鎳，最大的好處是可以實(shí)現(xiàn)更均勻的沉淀,，因?yàn)榉磻?yīng)是通過(guò)化學(xué)方法自動(dòng)發(fā)生的,，無(wú)需電流強(qiáng)迫發(fā)生。而且化學(xué)鍍適用材料更廣泛,，可用于金屬或非金屬零件,，例如紙張，織物,，塑料,。比如，醫(yī)療器械對(duì)表面高均勻性有要求,，就更適合化學(xué)鍍。

但是化學(xué)鍍比電鍍慢,，另外,，有些化學(xué)鍍需要加熱，這會(huì)增加成本,，一般化學(xué)鍍層也比電鍍層薄,。

總結(jié)一下化學(xué)鍍鎳有如下的優(yōu)點(diǎn)：

更均勻的沉積厚度：化學(xué)鍍鎳比電解鍍膜更精確，公差為+/-2.54um,。適用于復(fù)雜的幾何形狀,，避免了“狗骨頭效應(yīng)”（不均勻），而這個(gè)問(wèn)題,，在電鍍過(guò)程中,，當(dāng)單位面積電流太大時(shí)會(huì)發(fā)生，從而導(dǎo)致沉積不一致,。

優(yōu)異的耐腐蝕性：由于在溶液中引入了磷,，因此化學(xué)鍍鎳具有更好的耐腐蝕性。

改進(jìn)了電磁干擾屏蔽：磷還具有磁性,，使金屬涂飾劑可以控制基材周?chē)l(fā)生多少電磁干擾,，這個(gè)功能對(duì)于電子產(chǎn)品很重要。

附加的硬度和耐用性：化學(xué)鍍鎳可以加熱處理,，達(dá)到鉻硬度的90％,。低磷化學(xué)涂層的洛氏硬度最高可達(dá)HRC 63。相比之下,，通過(guò)電鍍產(chǎn)生的光亮鎳鍍層的硬度為HRC 50+,。

增強(qiáng)的潤(rùn)滑性：化學(xué)鍍鎳表面更均勻,，減少了與其他材料的摩擦，從而提高了潤(rùn)滑性,。 

延展性增強(qiáng)：由于化學(xué)鍍鎳比傳統(tǒng)的電鍍鎳涂層更具延展性,，因此在應(yīng)力作用下，其破裂破碎的可能性較小,。

更高的涂層通用性：化學(xué)鍍鎳幾乎可以應(yīng)用于所有金屬基材,，并且鍍層的厚度沒(méi)有任何限制。 

電鍍鎳有如下的優(yōu)點(diǎn)：

材料純度：電鍍可以用100％的鎳制成,，而化學(xué)鍍鎳則需要磷,。電鍍過(guò)程也可以用其他金屬，例如銅執(zhí)行,。

可擴(kuò)展性提高：電解電鍍通常比化學(xué)鍍鎳便宜,，并且可以在較短的周轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生更高的產(chǎn)量,，這使該過(guò)程的生產(chǎn)率更高,。

增強(qiáng)的電導(dǎo)率：與化學(xué)鍍鎳相比，較高的鎳濃度可提供更好的電導(dǎo)率,。 

改進(jìn)的耐熱性：電鍍后,，鎳沉積物可以承受高達(dá)1000°C的溫度。

化學(xué)鍍和電鍍應(yīng)用區(qū)別：

對(duì)于工業(yè)機(jī)械,，航空航天設(shè)備,，以及任何帶有腐蝕性或有害元素的環(huán)境，化學(xué)鍍鎳是更好的選擇,。

當(dāng)耐腐蝕,，耐摩擦和長(zhǎng)期耐用性很重要時(shí)，選用化學(xué)鍍鎳,，對(duì)于鋁材,，我們一般都用化學(xué)鍍鎳。

電鍍鎳一般用于純裝飾性消費(fèi)品,，例如樹(shù)木裝飾品,，家居照明燈具，某些廚房用具,，劣質(zhì)賤金屬珠寶,，航空航天或工業(yè)材料的低應(yīng)力元件等。

7. 陽(yáng)極氧化和電鍍有什么區(qū)別,？

陽(yáng)極氧化,，既在鋁的表面生成氧化膜，又在鋁的表面下方生成滲透膜，兩層膜均勻生長(zhǎng),，這意味著任何不平整表面,，都會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極氧化具有不平整缺陷。

此外,，如果一個(gè)表面已經(jīng)做了硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理,，現(xiàn)在要重新做陽(yáng)極氧化，那么必須先化學(xué)剝離原來(lái)的氧化膜,，因此將陽(yáng)極氧化重新涂層,，會(huì)導(dǎo)致工件變薄。

但是,，電鍍是一個(gè)完全不同的概念,，因?yàn)殡婂兪菍⒔饘夙樞虺练e到目標(biāo)表面。

陽(yáng)極氧化和電鍍的區(qū)別

8. 什么是發(fā)黑,？

發(fā)黑的英語(yǔ)是Black Oxide,。

發(fā)黑是化學(xué)變化產(chǎn)生的涂層。

也就是說(shuō),，黑色氧化物不會(huì)像電鍍鎳或鋅一樣沉積在基材表面上,。而是通過(guò)黑色金屬（含鐵金屬）表面上的鐵，與黑色氧化物溶液中存在的氧化鹽,，發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，產(chǎn)生黑色氧化物涂層。

這些氧化鹽包括滲透物,，催化劑，活化劑和專(zhuān)有添加劑,，它們都參與化學(xué)反應(yīng),。這種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，是在金屬表面上形成黑色氧化物,。

發(fā)黑主要應(yīng)用于鐵合金,，包括碳鋼，合金鋼,，工具鋼和鑄鐵,，不銹鋼等。發(fā)黑也可以用于部分有色金屬,，比如銅和黃銅等,，它們?cè)谶m當(dāng)?shù)臈l件下也會(huì)形成黑色氧化物。

相比而言,，陽(yáng)極氧化主要用于鋁,，鎂，鈦等合金,，是非自發(fā)的化學(xué)沉積,，需要供電,。

金屬發(fā)黑有三種類(lèi)型：熱發(fā)黑，中溫發(fā)黑和室溫發(fā)黑,。

熱發(fā)黑 （>140°C）是一種常規(guī)的熱過(guò)程,，可產(chǎn)生真正的黑氧化物（Fe3O4）。它是一種高級(jí)鹽混合物,，與市場(chǎng)上任何其他工藝相比,，它可以使更廣泛的鐵合金變黑。

中溫發(fā)黑（107–118°C）是發(fā)黑工藝的最新代表,，它不會(huì)產(chǎn)生腐蝕性的沸騰煙霧,，并提供更安全的工作環(huán)境。

室溫發(fā)黑 （13–29°C）,，是黑色硒-銅化合物的自動(dòng)催化反應(yīng),，該化合物通過(guò)浸漬過(guò)程沉積在黑色金屬零件上，這是安全和方便的首選金屬發(fā)黑工藝,， 它可產(chǎn)生與熱發(fā)黑相同的超深黑和耐腐蝕性,。對(duì)于粉末金屬和鑄鐵而言，它是一種極佳的非滲出黑色面漆,。

發(fā)黑具有一系列特性和優(yōu)點(diǎn),，可應(yīng)用于各種行業(yè)。典型地,，發(fā)黑后會(huì)浸入油或蠟,，以改善涂層的腐蝕防護(hù)。發(fā)黑以低成本提供了良好的啞光黑色外觀,。

發(fā)黑涂層的好處：

1.裝飾黑色,。可以獲得所需的表面外觀,，顏色在升溫時(shí)穩(wěn)定,。

2.尺寸變化較小。黑色氧化物涂層的厚度不超過(guò)0.75μm,，其中一半添加到零件尺寸中,，另一半滲透到零件深度中。

3.涂層與底材之間附著牢固,。黑色氧化物涂層不會(huì)從表面剝離,。

4.良好的潤(rùn)滑特性。發(fā)黑改善了抗磨損性能,，除此以外,，精加工油/蠟浸沒(méi)，還降低了黑色氧化物涂層部件的摩擦系數(shù)。

5.低光反射,。運(yùn)動(dòng)部件,，外科器械和手動(dòng)工具上涂有黑色氧化物，眩光減少,，可減少眼睛疲勞,。

6.抗腐蝕性略有提高。黑色氧化物涂層可為零件提供一定的腐蝕防護(hù),，但是它薄,，在腐蝕性環(huán)境中不提供防腐性能。

7.成本效益,。發(fā)黑涂層比其他類(lèi)型的涂層便宜,。

發(fā)黑主要用于緊固件，機(jī)器和切割工具,，機(jī)械零件（軸承,，軸，彈簧等）,，醫(yī)療工具和設(shè)備,，量規(guī)，汽車(chē)部件,，手動(dòng)工具,，運(yùn)動(dòng)器材等。

零件發(fā)黑應(yīng)用