工艺那些事儿 阳极氧化，金属的救赎

为什么钢铁厂里的金属不准用手触摸？为什么机箱黑化之后耐久度大增？能够生锈的除了金属之外还有没有其他物质？金属是如何被打造成“九天玄铁”的？阳极氧化的原理究竟是什么？本期，就让我们探讨一下当今普遍的金属工艺技术：阳极氧化处理。

金属，在我们的日常生活中多以“硬汉”的形态出现——坚硬、耐磨、强度高、质感强……但你可能不知道，其实金属在刚出生时也是非常脆弱的。

脆弱的根骨

俗话说“不打不成器”，在“成器”之前金属的作用并不大。即使是在“成器”之后，只要工序的步骤没有走完，金属仍旧是一种很脆弱的物体。而造成“脆弱”的直接原因，就是众多金属的致命弱点——腐蚀现象。

腐蚀是指因工程材料与其周围的物质发生化学反应而导致解体的现象，铁生锈就是常见的腐蚀。虽然腐蚀也发生在其他不是金属的物质上，如陶瓷和某些塑料。但其中只有金属的腐蚀程度是强烈的。

所谓一物克一物，当坚固的金属与轻盈的氧气接触时可能会要了金属的命。那是因为氧化反应会让金属腐蚀。更有甚者，某些金属在出厂前，绝对不能用手触摸，否则就会导致金属腐蚀。因为人手上带有汗水，而汗水中的微量盐分足以引起金属的溃烂。

一旦开始溃烂，金属就像得了可怕的传染性皮肤病。溃烂可能集中在局部出现，从而导致材料上出现孔洞甚至裂缝；也有可能在一个较大面积的表面上几乎平均地分布，这时金属就已经奄奄一息了。

这些还只是表面能看得见的腐蚀，更可怕的是一些从表面无法被观察到，也难以预料到的腐蚀。而被腐蚀过后的金属就失去了它的原本作用，例如铁生锈后就变成了氧化铁，只能悲哀得作为铁红色颜料来使用了，可见金属在某些方面确实非常脆弱。

可造之材的自我修复

金属虽然天生有易被腐蚀的弱点，但其作为原材料的使命决定了它绝不能脆弱。例如其自身的努力修复就体现了“可造之材”的本质：许多金属在被腐蚀后会在表面形成一层薄膜，其实这是金属自身的一种保护措施。用来阻止和延缓进一步的氧化过程。金属在正常腐蚀的条件下，这层薄膜达到1微米后就不再增长，这种现象被称为金属的钝化现象。

孔蚀

需要注意的是，常见的铁锈并不是我们所说的钝化现象，这是因为铁锈的厚度通常都比较厚，而且无法起到保护作用。

金属大面积腐蚀效果

通常情况下，金属生成薄膜的反应速度非常快，而当薄膜达到足够厚度时，反应就停止了。铝、不锈钢、钛以及硅在中性PH值的空气和水中都会产生钝化现象。

氧化铁颜料

但是，钝化只能处理一些暴露在表面的腐蚀，某些特别且难以观察到的腐朽类型仍然可以畅通无阻。如孔蚀，前面提到金属的溃烂一旦集中在局部出现，腐蚀就会深入到金属内部形成孔状的形态。除此之外还有微生物腐蚀，一旦碰上这种有生命的有机体参与的腐蚀，金属就更加无能为力了。

显微镜放大200倍后的金属钝化产生的膜

拯救金属的阳极氧化长久以来，人们为了加强金属的耐腐蚀性付出了巨大的努力。岂料一些工艺过程反而会加快金属的腐蚀。典型的例子莫过于焊接，因为对金属进行焊接时，焊接区域的缝隙一旦接触氧气就会发生腐蚀。

显微镜观察下的微生物腐蚀

在炼钢厂里，金属在高温环境下又会受到煤灰的腐蚀。甚至用来连接金属的螺钉、铆钉等构件也会在固定金属的部分产生缝隙从而发生缝隙腐蚀。

电离的过程

越是要防腐越是防不胜防，如何才能让金属“百毒不侵”？只有且必须从金属自身的那层保护膜改造起，才能达到目的。因此研究者为加强金属的保护膜付出了不懈努力，在金属一次次的被彻底洗练后，终于创造出了让金属脱胎换骨的强化工艺——阳极氧化。

铝的阳极氧化的图例

阳极氧化（anodic oxidation）是一种目前广泛应用在金属处理中的工艺，应用普遍的金属种类就是铝。所以阳极氧化一般指代铝的阳极氧化。其原理是让铝或铝合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，让其通过电流，在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的过程。IT产品中的铝制机箱和其他拥有铝质外壳的产品百分百需要依靠阳极氧化处理的“锤炼”。

铝的阳极氧化实验

想要弄清楚阳极氧化处理的原理，先让我们穿越回到高中来重温一下基础化学。我们知道，世界万物是由各种各样的元素组成的。而元素又是由原子组成的。原子里含有原子核以及核外的电子，不同原子的核外电子数量不同，并且在绕原子核运动时分为不同的层数。

在原子轨道上运动的电子不是固定得死死地，外层的电子很容易增加或者丢失，一旦电子变多了或变少了，原子就变成了离子。这种电子转移的过程就叫做电离。而造成电离的化学反应叫做氧化还原反应。我们知道，金属元素由于外层电子数较少，非常容易丢失电子，所以金属的化学性质很不稳定。很容易与其他物质发生化学反应，导致金属一方面适合被改造，另一方面又容易被腐蚀。虽然电离之后金属的化学性质会产生改变，但阳极氧化却是让铝按照我们的需要发生“理想”的电离，从而增强了自身的“体质”。

要想让金属发生电离，一般需要借助电流的作用。大家应该还记得课堂上的电解实验，当电流通过浸泡在溶液中的金属时，金属和溶液接触的面上就会发生化学反应，从而让金属获得一层保护膜。这种电离的方法叫做电解，浸泡金属的溶液叫做电解质。如果把电解实验中的金属换成铝，再把电解质换成硫酸，那么这就是简单的阳极氧化的步骤了。

“脱胎换骨”后的威力

当采用电解的方法使铝表面形成氧化物薄膜后，铝的阳极氧化就算是初步完成了。这层氧化物薄膜的厚度根据防腐程度的不同从几微米到几百微米不等。已经大大超过了金属自身钝化形成的保护膜厚度。这层膜可以改变金属的表面状态和性能，如提升表面着色能力、提高耐腐蚀性 、增强耐磨性和硬度，以及保护表面等。铝的阳极氧化，是在将铝及其合金的表面上形成厚度为5微米～20微米的保护膜，如果为了超强的硬度，硬质阳极氧化膜可达60微米～200微米。

铝的阳极氧化膜

阳极氧化后的铝或其合金，其硬度和耐磨性可达250千克/平方毫米～500千克/平方毫米；良好的耐热性使硬质阳极氧化膜的熔点高达2320℃；而优秀的绝缘性也使其耐击穿电压高达2000V。如此“百毒不侵”的抗腐蚀能力，能让铝在盐雾中经几千小时不腐蚀。另外氧化膜中还具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂和美观艳丽的色彩，例如机箱的黑化处理。

采用阳极氧化铝外壳的诺基亚N8

铝、钢、镁、铜及其合金等都可进行阳极氧化处理，除IT领域外，这种方法还广泛用于机械零件、飞机及汽车零部件、精密仪器及无线电器材、日用品和建筑装饰等方面。

戴尔新的XPS 13笔记本电脑也采用了阳极氧化铝外壳

阳极氧化与电镀的区别完整的阳极氧化工艺过程要经过脱脂、碱洗、酸洗、化抛、氧化、染色、封孔，以及后干燥的过程。可见工序复杂而繁多，成本自然不菲。

但是在市场上，电镀也是常用的抗腐蚀表面处理方法之一，价格相对阳极氧化来说便宜很多。不过电镀对材料本身的要求较高，除了考虑美观因素与加工因素以外，还需要对材料的机械灵活性和耐磨性、耐高温性之间做出折衷选择。因此通常只能对较小的元件进行电镀。铝由于其本身的化学特性，电镀后的效果不明显，所以铝件一般采用阳极氧化工艺。

电镀产品的外壳非常具有光泽度

简单来说电镀是在表面添加一层金属保护层。而阳极氧化是把表面人为地按要求用化学方法进行氧化还原反应，并用这层氧化层作为保护层。

如何鉴别阳极氧化

由于市面上的产品鱼龙混杂，阳极氧化工艺一般不会作为产品配置而标识出来。再加上消费者的专业知识有限，因此可能遇上一些不良商家乱用专业词汇忽悠消费者的情况。其实，辨别阳极氧化也不是没有办法。

因为铝的阳极氧化对铝板材的要求很高。而纯度越高的铝材价格就越高，这也是阳极氧化铝价格高的原因之一。鉴别真伪有一个简单易行的办法，就是看材质表面是否有金属质感，真正的阳极氧化铝的氧化膜看上去、摸上去都是同金属本身形成一体的，没有人工覆上去的感觉。同时一分钱一分货，谨记价格是检验真假的万能工具。

阳极氧化的未来

阳极氧化技术经过多年发展，已由一般的防护、装饰用途发展到具有特殊物理化学性质的功能膜；由单盐着色发展到混合盐着色；由单一均匀色发展到多彩色、多感色等。

当前氧化铝膜朝着功能化方向发展。主要有两个方面，一个是利用它的多孔结构，研制新型的超精密分离染色后的阳极氧化铝膜；另一个是通过在其纳米级微孔中沉积各种性质不同的物质，如金属半导体、高分子材料等，来制备新型的功能材料。随着科技和工艺的不断发展，未来应用在I T产品中的金属有朝一日将会成为真正的“绝世神器”。