鋁合金手機殼陽極後表面灰斑問題

最近蹲陽極廠調鋁合金手機電池蓋陽極顏色。遇到兩個問題：

1. 陽極染色後，陽極層易脫落，漏出金屬殼底色，氧化膜表面層呈疏鬆粉化現象。

2. 陽極染色後，金屬殼表面出現灰斑，濕布使勁擦拭可勉強除去一些。

不良狀況嚴重，良率影響很大。跟廠里工程師討論後，搜了些資料，確認了原因和解決辦法，總結如下。

1.陽極氧化的作用

多數手機電池蓋用的是6063鋁合金，主要合金元素是鎂和硅。不同鋁商供應的鋁料硅、鎂的含量都不盡相同，同一廠商不同批次的鋁料，成分含量也不盡相同。如果含硅量過高，陽極氧化過程中會帶來一系列問題。

單質鋁莫氏硬度2-2.5，非常軟，不耐磨易刮花；玻璃莫氏硬度5.5，鐵4-5，鑰匙串即可輕易刮花單質鋁表面。鋁合金陽極氧化後表面形成氧化鋁膜層，莫氏硬度9，僅次於金剛石（10），非常耐磨。並且氧化鋁膜層有非常好的吸附能力和抗腐蝕性，易著色，可滿足不同的顏色需求。所以市面上的鋁合金手機均採用陽極氧化的工藝製成，陽極氧化膜層厚度一般控制在8-12μm左右。

2.手機電池蓋陽極氧化工藝流程

機械處理→清洗→噴砂→除油（丙酮）→水洗→鹼蝕（氫氧化鈉）→水洗→除灰（硫酸或磷酸，或兩酸混合）→水洗→陽極氧化（硫酸）→著色→封孔。

鹼蝕目的：去除鋁合金表面在空氣中形成的氧化膜，使之形成均勻的活化表面；使鋁材表面趨於平整、均勻，去除輕微的刮痕、劃傷。

鹼蝕過程中，鋁合金中所含的金屬化合物雜質，幾乎不參與反應，也不會溶解在鹼蝕槽液中，依然殘留在鋁材表面上，形成一層灰黑色疏鬆的表面層。主要由不溶於鹼液的硅、銅、錳、鐵等合金元素或雜質。有時它可用濕布擦去，但通常需要採用化學方法將其溶解除去，即除灰。

除灰的目的：去除鹼蝕後殘留在制品表面上的黑色掛灰付著物，即溶解鋁合金中硅、銅、錳、鐵等在鹼蝕中生成的難溶表面層，以獲得清潔、光亮的鈍化表面；同時中和殘留的鹼，防止污染電解液。

目前可用的除灰工藝主要有硝酸除灰、含氟化物除灰、硫酸除灰和鉻酸除灰。

a.硝酸除灰：幾乎適合所有鋁合金材料除灰。低濃度適合6063鋁合金，高濃度適合含硅量較高的鋁合金。硝酸分解釋放出來的氮氧化物和酸霧危害較大，一般陽極廠不使用。

b.含氟化物除灰：含硅量較高的鋁合金在鹼蝕後，如硝酸除灰不能滿足要求，一般採用含氟化物的除灰工藝。鋁合金壓鑄件除灰難度大，一般需要用氟化物。氫氟酸極易揮發，常用氟化氫銨或氟化鈉來代替氫氟酸。氫氟酸對人體組織有脫水和腐蝕作用，一般陽極廠不使用。

c.鉻酸除灰：處理的鋁材具有較好的耐腐蝕性，航空航天領域應用廣泛。鉻酸鹽除灰效果好，但有毒。一般陽極廠不使用。

d.硫酸除灰：硫酸除灰的經濟效果比硝酸好，除灰槽液中硫酸體積分數與陽極氧化的硫酸體積分數大致相同，通常為15%-25%。所以硫酸陽極氧化槽液也可以再次利用來做除灰槽液，生產線原液管理比較簡單。硝酸是氧化性酸，稀硫酸是非氧化性的酸，在硫酸槽液中要想將灰完全除凈，則除灰的時間要相應延長。時間長帶來的問題是金屬電池蓋表面光澤度升高，噴砂鋁表面有一定程度的腐蝕，出現材料紋。一般手機電池蓋成品的光澤度控制在10-18°，所以除灰時間不能過長（一般在40秒左右）。除此之外，還需要添加具有氧化性的添加劑（如高錳酸鉀）以增加溶液氧化性，提高單位時間的除灰效率。硫酸可以溶解鹼蝕過程中未除凈的複合氧化膜層，高錳酸鉀則可去除以硅為主的灰黑色表面層。陽極廠使用較多的是硫酸除灰。

陽極染色後，金屬殼表面出現灰斑，即是除灰不幹凈導致的。改進除灰槽液氧化性可達到除灰效果，但根本原因在鋁合金原材料上，硅含量過高導致。

氧化膜表面層呈疏鬆粉化，容易脫落，是因為氧化膜電阻大，陽極氧化過程會產生大量焦耳熱，導致槽內電解液溫度升高。一般工廠會採用攪拌或冷卻裝置使電解液溫度保持在13-26℃，氧化膜質量較佳。若超過30℃，氧化膜會產生疏鬆粉化，膜層質量低劣。給陽極槽降溫或加入某些添加劑即可解決。