黑色铝制零件 (例如这种装饰纸金属托架) 显示一个统一, 磨砂黑色饰面是金属不可或缺的.
阳极氧化是一个 电解钝化 加密铝的天然氧化物层的过程.
通过染色或以其他方式着色这种氧化物, 黑色阳极氧化可产生耐用的黑色涂层.
结果结合了阳极氧化铝的硬度和腐蚀性与黑色表面的热和光学益处.
实践, 黑色阳极氧化因其耐磨性而重视, 腐蚀保护, 和高发射 (黑色阳极氧化铝的红外发射率在0.85–0.90左右),
使其成为从航空航天到消费电子产品的行业中流行的表现.
阳极氧化和特殊情况的定义黑色氧化物层
阳极氧化 增稠铝的氧化物以防止腐蚀和磨损. (铝部分本身是酸性浴中的阳极, 因此，涂层确实是金属的一部分。)
标准阳极膜是 透明的, 但是它们可以被染色或以其他方式染色. 黑色阳极氧化特别是指在铝上形成黑色氧化物.
必须区分 黑色氧化物 在钢上: 黑色氧化物 (钢上氧化铁的转化层) 不适合铝.
相比之下, 黑色阳极氧化产生 氧化铝 (al₂o₃) 这是基板不可或缺的.
历史上, 阳极氧化在1920年代开创了 (用于铬酸和硫酸浴) 保护飞机铝, 很快就会添加颜色.
黑色阳极氧化在20世纪中叶的航空航天和军事用途中获得了突出性, 以创造不反思的珍贵, 高发射率.
今天, 无论需要硬黑色表面.
什么是黑色阳极氧化?
黑色阳极氧化 是在铝上创建黑色氧化物饰面的过程 通过阳极阳极和颜色. 铝部分首先是硫酸酸性阳极氧化的，形成多孔氧化物膜.
在那部多孔的电影中, 引入着色剂 (通过染色或沉积) 赋予黑色.
在大多数情况下, 这是由 后染色: 阳极氧化后, 该部分沉浸在黑色染料浴中 (有机染料或金属盐) 将毛孔穿透并吸附到氧化.
或者, 一些过程使用 电解着色, 金属盐浴和涂在当前沉积物的地方黑色化合物 (像镍或钴盐) 在氧化物中.
一些高合金铝等级 (特别是厚实的7000系合金的硬氧化) 会为没有染料的非常深的灰色“自我色”上色, 但是真正的黑色几乎总是通过染料或电解方式来实现.
黑色阳极氧化通常在 铝合金 (5xxx, 6xxx, 7XXX系列) 对阳极氧化物形成的反应很好.
镁和钛也可以氧化和染色黑色, 但是铝是最常见的.
较厚的“ III型”硬构膜 (>25 μm) 倾向于产生更深的黑人, 而薄的“ II型”电影 (<25 μm) 如果尺寸不足，可能会产生灰色或紫色的色调.
(实际上, 装饰II型氧化膜范围 1.8–25μm 厚的, 而型III型薄膜超过〜25μm。)
合金的选择, 氧化物厚度, 染料类型都会影响喷气黑色和褪色的效果.
黑色阳极氧化的用途
黑色阳极氧铝, 黑色表面有益. 关键应用程序包括:
- 航空航天和光学组件: 热辐射的控制在航天器和望远镜中至关重要.
黑色阳极氧化在热潮表面, 光学挡板, 和航空电子设备的高发射和非反射效果. - 电子产品 和外壳: 消费设备和电子产品 (智能手机框架, 笔记本电脑案例, 仪表板) 通常具有黑色阳极氧铝，以供美学吸引力和抗刮擦性.
- 汽车 和建筑: 修剪, 装饰造型, 门硬件, 扶手有时会在户外环境中使用黑色阳极氧化.
- 运动和工业设备: 自行车零件, 体育用品, 相机的身体, 手动工具使用黑色阳极氧化零件进行耐用性和抓地力.
- 医疗的 和实验室仪器: 相机中的黑色组件, 范围, 和实验室设备提供反眩光光学表面.
- 武器和防御: 军用步枪上的枪支接收器和范围经常使用黑色阳极氧 (而不是油漆) 艰难, 偷偷摸摸的表面.
一般来说, 任何需要一个 耐磨, 耐腐蚀的黑色涂层 在铝上是黑色阳极氧化的候选者.
当必须保持严格的公差时，终结是有利的 (由于阳极氧化只添加了几微米), 或当需要真空/清洁室兼容时 (阳极氧化量少于油漆).
根据行业来源, 黑色阳极氧铝广泛用于汽车, 航天, 和电子制造，由于其耐用性和散热特性的结合.
黑色阳极氧化的化学
阳极氧化铝中的黑色来自充满多孔氧化物的染料或色素.
铝上的氧化氧化膜是 高度多孔, 包含10的顺序<sup>10</sup> 每平方英寸毛孔.
这些毛孔可以用着色剂填充，然后密封. 有几个化学:
- 有机染料: 普通黑染料通常是 酸染料 (复杂的有机分子) 溶解在水中.
要达到深黑色, 需要相对较高的浓度 (例如. 6–10 g/l的染料, 比柔和的颜色高得多).
孔吸附染料分子, 给出颜色. 缺点: 大多数有机染料对紫外线敏感.
在阳光或荧光紫外线下, 颜色将逐渐消失或移动 (通常以紫色或青铜色调).
优质的有机染料提供适中的轻度 (许多以1-8的比例为4-5), 但是，即使是最好的，除非得到完全保护，否则最好. - 无机/电解着色: 而不是染料, 这使用 金属盐 在电动偏见下被驱动到电影中.
例如, 钴的硫酸盐或醋酸盐盐, 镍, 铜, 或可以使用鞭毛.
在电解黑过程中, 电流导致金属或金属硫化物在孔内沉淀, 形成黑色或深棕色氧化物 (例如. 镍硫化物或钴氧化物).
这些 金属衍生的黑人 比有机染料要轻快得多 - NASA研究发现，用金属硫化物染料阳极阳极的Al颜色显示出模拟的Space-UV暴露后仅显示略有变化.
阳极阳极通常将其称为“积分”或两步 (阳极氧化，然后电解色). 因为它们形成无机化合物, 这些黑人不容易浸出或褪色. - 合金的自我颜色: 在某些高强度合金上非常厚 (具有更多的铜或锌含量) 可以自然产生深色.
例如, 6061 在〜50μm的厚度出现黑巧克力灰色, 和 7075 或者 2024 可以用特定的治疗变黑.
然而, 这种效果是不可预测的，通常会导致褐色的音调. 实践, 真正的喷气黑色几乎总是来自添加着色剂. - 密封: 染色或着色后, 多孔膜被水合“密封”.
标准密封正在沸腾水 (将Al₂o₃水合到Boehmite中, 增加胶卷卷), 但是对于染色膜，在〜50–60°C下的5–10 g/L乙酸镍溶液是常见的.
通过沉淀ni，乙酸镍密封(哦)₂在毛孔中. 这不仅锁定在染料中，而且进一步增强了耐腐蚀性.
Ni-acetate密封阳极阳极具有出色的盐喷雾耐用性 - 一份报告指出，这种涂料幸存 〜3000小时 ASTM B117盐雾的.
笔记: 二分法密封 (铬酸盐治疗) 曾经很常见以清除阳极氧化,
但是在许多地区被禁止用于黑色阳极氧化 (对染料有害), 因此，现代的黑色阳极阳极依赖于水或镍密封.
总之, 黑色阳极氧化化学围绕创建氧化物膜电化学，然后使用有机染料或无机染料 (通常是电解的) 着色以达到耐用的黑色.
然后，所有孔都必须得到充分密封以捕获颜色并提高电阻.
过程参数 & 设备
电解质:
黑色阳极氧化通常使用硫酸酸性浴. 一个常见的公式是 15–20 wt％h₂so₄ (约150-200 g/l), 通常冷却到控制温度.
一些专有过程增加了少量添加剂 (例如. 1% 草酸) 改善涂料结构.
(例如, 硫酸/草本混合物可以产生较密的膜) 浴pH酸很酸性, 因此所有设备都必须抵抗腐蚀.
电流密度 & 电压:
对于标准 (II型) 阳极氧化, 目前的密度 1.2 a/dm² (12 a/ft²) 使用. 这会产生正常的氧化物增长率.
对于更厚的“硬”阳极, 较高的电流 (2–3.6 A/DM², IE. 20–36 a/ft²) 应用.
电压会有所不同 (通常12–20 V或更多) 维护集合电流.
实践, 许多阳极氧化剂使用 恒流 实现所需薄膜厚度的操作和时间
(所谓的“ 720规则”: 大致 720 每米阳极阳极, 虽然确切的时间是每份工作).
温度:
室温 (〜20–25°C) 浴室用于装饰 (II型) 阳极氧化.
较厚的硬涂需要一个 冷浴 (通常0–10°C) 控制高电流产生的热量. 冷却线圈或冷却器是标准的.
浴液通常会搅动或用空气散布以保持温度均匀并从表面冲洗氧气气泡.
涂层厚度:
作为指南, 装饰性II型电影通常是 1.8–25μm 厚的.
有钱, 耐用的黑色染料, 商店经常瞄准该范围的上端 (例如. 〜25μm) 隐藏任何轻微的颜色不平衡.
硬涂料 (III型) 电影更厚 (一般来说 >25 μm) 如果需要极深的黑色或最大耐磨性，可以使用.
设备和架子:
阳极氧化罐由耐酸材料制成 - 通常衬有PVC或聚丙烯的钢.
零件挂在架子上 (通常是钛或特殊氧化铝固定装置) 用作阴极接触.
良好的机架设计和部分固定是至关重要的; 绝缘或涂层的机架区域可以碎裂并捕获酸, 因此，任何剥落的架子涂料都被剥去了.
受监管的直流电源 (整流器) 提供电流, 部分本身就是阳极.
适当的接地和最小化电流出血对于确保均匀沉积很重要.
总之, 黑色阳极氧化像标准的硫酸阳极氧: 15–20％h₂so₄Bath的Al零件, 在约1-3 A/DM²和受控温度下氧化.
薄膜和高电流, 硬涂设置 (冷藏坦克, 强烈的冷却) 可以使用.
设备必须保持非常干净的标准，因为污染会破坏颜色.
表面准备 & 预处理
良好的表面制备对于一致的黑色阳极氧化至关重要.
目标是去除污染物并达到所需的表面饰面 前 阳极氧化. 典型步骤包括:
- 机械清洁 (选修的): 粗糙或成品不佳的零件可能会被灰硬, 打磨, 或抛光以实现均匀的磨砂或闪亮的底座.
例如, 珠爆破产生哑光表面，掩盖了较小的瑕疵, 而细的打磨/抛光可以创造出更明亮的基础饰面. - 脱脂/碱清洁: 首先在苛性碱或碱性洗涤剂溶液中清洁零件 (通常60–70°C几分钟) 去除油和污垢. 碱清洗通常是彻底的水冲洗.
- 蚀刻vs. 明亮的蘸酱: 清洁后, 零件是 蚀刻 或者 明亮的倾斜 取决于所需的外观.
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- 蚀刻: 稀释的naoh (苛性苏打) 解决方案 (5–10％) 用于化学“磨砂”表面. 这会产生均匀的缎面纹理.
蚀刻时间很短 (几秒钟到几分钟). 阳极氧. - 明亮的蘸酱: 或者, 磷和硝酸的热混合物 (或专有亮浴) 可以短暂应用 (经常在下面 5 分钟) 光滑和发光铝.
这会产生非常有光泽的, 阳极氧化后的镜子般完成. 亮浸通常在90–100°C下进行.
蚀刻与蚀刻的选择. 亮浸会极大地影响黑色阳极氧化的最终外观: 明亮的蘸酱产生有光泽的黑色, 蚀刻产生哑光黑色.
- 蚀刻: 稀释的naoh (苛性苏打) 解决方案 (5–10％) 用于化学“磨砂”表面. 这会产生均匀的缎面纹理.
- 脱落: 蚀刻后，高合金或铸造表面可能需要“ desmut”一步.
稀硝酸浸出去除任何smut或残留物 (通常是一部铜色的电影) 由蚀刻留下. 这样可以确保生长均匀的氧化物. - 货架: 然后将零件固定在阳极式固定装置中. 联系点很重要 (和任何绝缘架涂料) 声音.
折断的架子涂层会在零件下捕获电解质, 引起 点缀 或弧形.
阳极氧化后, 零件通常立即洗涤; 缝隙中的酸酸会导致局部变色.
(完成指南警告说：“涂层架子……可以形成诱捕硫酸的口袋,因此，机架的完整性至关重要。)
通过仔细结合这些步骤, 阳极氧化剂可以根据需要产生暗淡或镜面黑色饰面.
一般来说, 一个 较厚 当真正的喷气黑色时，使用阳极氧化膜和高质量密封,
需要耐褪色的表面 (由于更深的毛孔容纳更多的染料).
性能特征
黑色阳极氧化涂层表现出与其他阳极氧化层相同的高性能, 与黑色有关的一些细节:
- 耐腐蚀性: 正确密封的黑色阳极阳极，可为盐和湿度提供出色的保护.
例如, MIL-A-8625F规范 (对于II型, 班级 2 染色) 需要 336 小时 的 5% 盐喷雾 (ASTM B117) 带有最小的腐蚀.
实践, 明亮的黑色阳极氧化物已被密封在热镍乙酸盐中通常超过这一点 - 一位消息人士报告说，根据 3000 失败前几个小时.
(已知镍乙酸盐密封可极大地改善染色阳极氧化的腐蚀寿命。) 相比之下, 未密封的阳极阳极或密封不良可能在切割边缘迅速生锈.
在所有情况下, 阳极氧化不会像绘画那样“火焰” - 失败是孤立的点点斑点, 不是大筹码. - 戴阻力: 坚硬的黑色阳极氧化 (III型) 创建非常坚硬的表面 (在罗克韦尔60c周围) 这抵抗了磨损. 通常使用Taber abraser测试阳极氧化的饰面.
MIL规范设定了大约上限的上限 1.5 毫克 体重减轻 1000 无铜合金的循环 (和 3.5 高-CU合金的mg/1000循环).
实践, 在AL上的好黑色涂层 2000 或者 7000 系列可以在1-2 mg/1000个周期的订单上实现磨损损失, 意味着非常耐用的摩擦阻力.
(即使是装饰性II型黑色阳极氧化也比裸露的铝更难，并且会减少刺耳和刮擦。) - 紫外线 (光) 稳定: 这是主要限制. 有机黑染料是 不是紫外线稳定.
在长时间的阳光下或较强的紫外线下, 染色的黑人会消失, 转向紫色/青铜, 或漂白.
例如, 带有荧光紫外线的医疗设备灯会导致黑色阳极氧化盖在数月内“变成粉红色”.
阳极层本身不会降解, 但是染料分子慢慢分解. 良好的密封减慢了这个, 但不能阻止它.
通常, 只有无机黑色工艺 (金属盐或电解黑色) 有些专有着色剂提供长期的色彩。.
除非另有说明, 必须假设任何黑色阳极氧化剂都会逐渐消失在室外/紫外线服务中.
(在实验室测试中, 一些客户在紫外线下的一年内发现分析仪上的黑色氧化物屋顶会明显褪色。)
总之, 黑色阳极氧化可带来通常的阳极氧 (极好的腐蚀和耐磨性) 加入黑色.
它的腐蚀保护通常是数百小时的盐喷雾剂. 它极大地改善了表面硬度 (遇到MIL TABER磨损极限).
取舍是紫外线下的色彩耐用性 - 标准有机黑色仅适用于室内或低紫外环境，除非使用特殊的染料/密封件.
优点 & 限制
优点:
黑色阳极阳极提供了独特的属性组合.
它产生一个 难的, 薄的, 积分涂料 磨损和腐蚀要比钢上的黑色或黑色氧化物好得多.
结束很艰难 (足以容纳齿轮, 活塞, 和其他穿着零件) 但是只有几微米厚, 因此，它保留了尺寸公差.
它还提供了出色的热发射行为 - NASA发现黑色动物AL具有吸收性/发射率〜0.88 (完成工程师报告发射〜0.85–0.9 vs. 〜0.83可清除阳极氧化).
与油漆或粉末不同, 在机械应力下，阳极铝不会剥离或裂纹, 而且非常薄.
美学上, 黑色阳极阳极具有高质量的磨砂外观.
它还改善了光吸收 (在光学和太阳能方面有用) 和电绝缘 (氧化铝层在涂漆时绝缘).
限制:
缺点源于染料和过程. 全黑阳极氧化 (特别是有机染色) 最终将在紫外线下褪色和一些化学物质.
保持一致的颜色需要 精确的 化学控制, 时间, 和温度 - 即使是轻微的变化也会产生颜色条纹或阴影差异.
它仅适用于易感铝合金 (5xxx/6xxx/7xxx); 具有高硅或铜的合金可能很难均匀地染色.
涂层也有限的“覆盖范围” - 它不会像黑色浓密的黑色油漆那样隐藏划痕或底物缺陷.
在非常高温的服务中 (高于几百°C), 染料可能会灼热.
最后, 与清晰的阳极氧化相比, 它更昂贵 (由于额外的浴/染料) 和较慢 (初始阳极氧).
简而言之, 黑色阳极氧化 ProS包括极端硬度, 耐腐蚀性, 高发射率, 和优质外观.
它是 骗子S对紫外线敏感 (有机染料褪色) 和更紧密的过程公差. 仔细密封和 (如果需要) 无机电解着色, 可以缓解许多限制.
比较饰面
黑色氧化物与. 黑色阳极氧化:
黑色氧化物是钢上的化学转换涂层 (氧化铁, 只有几nm厚) 并且不能应用于铝.
相比之下, 黑色阳极氧化产生 厚铝氧化物层 这是部分不可或缺的.
最后, 黑色阳极氧铝的磨损要多得多- 比钢上的任何黑色氧化物涂层都耐腐蚀.
(一旦薄膜破裂，带有黑色氧化物的钢零件将迅速生锈, 而阳极氧化的Al保持密封的陶瓷屏障。)
黑色氧化物与. 粉末涂料:
粉末涂层的油漆可以在铝上产生黑色饰面, 但是它的性格有所不同.
粉末涂料 很多 较厚 (50–150μm典型) 并坐在表面, 而阳极氧化很薄 (5–30μm) 和金属的一部分.
粉末 (聚酯纤维, 环氧树脂, ETC。) 完全隐藏基板并提供光滑的饰面, 但是他们是 柔软 比铝，可以芯片或刮擦.
阳极氧化, 相比之下, 是 比金属硬 并且不会剥皮 - 它穿金属而不是磨损.
粉末涂料还可以容忍更大的pH和天气范围 (没有染料褪色), 但是它们无法达到相同的光热发射率，并且可能太厚而无法耐受性零件.
一般来说, 选择粉末黑色以厚实的薄板保护; 选择黑色阳极氧化, 厚度和硬度很重要的磨损部分.
PVD/DLC涂料与. 黑色氧化物:
物理蒸气沉积 (PVD) 或类似钻石的碳 (DLC) 可以将极其硬的黑色层放在铝上.
例如, 黑色硝化钛或碳涂层可提供深黑, 高硬度饰面. 这些需要真空室，通常是中间金属底层.
PVD黑人比阳极氧化和完全惰性更难, 但是它们要贵得多，而且很困难 (通常仅用于专业光学或工具).
它们还形成一个附加层 (可能会在震惊下分层), 与阳极氧化不同, 内置在基板中.
何时选择黑色阳极氧化:
黑色阳极氧化是理想的 难的, 整体黑色涂层 铝需要.
例如, 光学仪器外壳, 散热片, 发动机零件, 高端消费电子经常使用它.
如果腐蚀和耐磨性是主要的, 阳极氧化通常击败绘画.
如果阳光下的颜色耐用性至关重要, 一个人可能会使用粉末或专业的PVD黑色,
或指定无机 (禁止) 阳极黑过程.
作为比较摘要注释, 阳极阳极的黑色是因为其“出色的耐磨性和独特的金属外观”，并具有真正的氧化物饰面,
粉末或油漆是为了完整的覆盖范围或室外寿命.
结论 & 最佳实践建议
黑色阳极氧化提供了 多才多艺的, 高性能黑色饰面 在铝上, 但必须仔细指定.
确定黑色阳极氧化的关键标准包括预期环境 (室内与室外/紫外线),
所需的膜厚度 (II型与III), 和机械应力 (磨损, 热).
在规格中, 应该清楚地说: 合金类型, 阳极氧化类型 (例如. 硫酸阳极氧化, II型, 班级 2 染色, 每个MIL-A-8625F”),
靶涂层厚度, 密封方法 (例如. 乙酸盐密封件每ASTM B680), 和必需的绩效测试 (盐喷小时, 紫外线/淡出测试如果相关).
例如, 规格可能要求 0.001–0.002“ (25–50μm) 黑色阳极氧化6061-T6, 密封的醋酸镍, 每MIL-A-8625, 和 168 H盐喷雾和ΔE≤3之后 1000 H Xenon-arc (aama 611) 测试.
最佳实践包括使用高质量的染料或电解颜色具有良好的褪色性,
控制浴温的温度和均匀生长的电流, 并避免在阳极氧.
彻底冲洗零件 (避免冲洗干净的错误) 并正确施加密封件 - 请记住，即使密封不正确，也可能会泄漏染料.
当耐用性至关重要时, 考虑无机黑色过程: 例如, 一种现代阳极氧化器使用金属盐进行广告 (不合格) 着色
“确保出色的紫外线抵抗力，不会褪色”, 再加上高级“ aluguard”密封，可增强腐蚀和紫外线稳定性.
这些新兴技术指向黑色阳极氧化的未来: 更多弹性染料和更智能的密封.
总之, 黑色阳极氧化是一种经过时间测试的方法, 铝上的黑色表面. 当耐用性时，它会出色, 戴阻力, 需要热量管理.
通过仔细指定合金, 厚度, 染料化学, 和密封, 工程师可以利用其优势，同时最大程度地减少颜色淡出的弱点.
使用适当的应用, 黑色阳极氧化饰面将在未来几年内有效地发挥苛刻的作用.
化学和密封的持续创新希望将来更大的稳定性.
狼河 如果您需要高质量的话，是制造需求的理想选择 黑色阳极氧化服务.
常见问题解答
哪些材料可以黑色氧化?
主要是, 铝及其合金 被黑色阳极氧化.
一些镁和钛合金可以接受类似的阳极疗法, 但是真正的阳极氧化过程主要针对铝进行优化.
黑色阳极氧化只是绘画表面?
不. 黑色阳极氧化是 不是油漆或涂料.
它通过受控的氧化修饰金属表面, 努力, 不会剥落的综合饰面, 芯片, 或像油漆一样薄片.
黑色阳极氧化如何耐用?
黑色阳极氧化表面是 高度耐用 并具有极好的抵抗力, 腐蚀, 并穿. 正确密封的黑色阳极氧化零件可以通过 ASTM B117盐喷雾测试 数百小时.
会随着时间的流逝而黑色阳极氧化?
是的, 超过 长期紫外线暴露, 一些黑色染料会褪色. 然而, 高质量的黑色阳极氧化剂，使用UV稳定染料和适当的密封技术可显着最小化褪色.
黑色阳极氧化层有多厚?
典型的黑色阳极氧化厚度从 10 到 25 微米 (0.0004 到 0.0010 英寸), 取决于过程类型 (II型或III型阳极氧化) 和申请要求.
是黑色阳极导电的?
阳极氧化层, 包括黑人, 是 电绝缘. 如果需要电导率, 蒙面的区域必须保持不合理, 或必须执行选择性剥离.
黑色阳极氧化的成本是多少?
费用取决于 零件大小, 数量, 阳极氧化厚度, 染料质量, 还有任何其他 表面处理 (喜欢密封或掩盖).
一般来说, 由于染色步骤，黑色阳极氧化比清晰的阳极氧化更昂贵.
