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隨著(zhù)科技進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，鋁以其密度?。冧X的密度2.7g/cm3）、機械性能好和易于加工成型等優(yōu)異性能，在航空、家電、儀表和建筑行業(yè)得到了日益廣泛的應用，如家電中，海爾生產(chǎn)的電冰箱、展柜，海信生產(chǎn)的電視機均使用了鋁制品。目前，全世界鋁消耗量的12%~15%以上用于汽車(chē)工業(yè)，有些發(fā)達國家已超過(guò)18%，并且汽車(chē)的鋁化程度有與日俱增之勢，見(jiàn)表[1]1。鋁材的應用比例已由1980年的4%提高到2000年的12.5%，預計在2010年可達到25%以上，將部分代替鋼鐵成為汽車(chē)制造的基礎材料。歐美等國已開(kāi)發(fā)出全鋁汽車(chē)，預計在不久的將來(lái)會(huì )投放市場(chǎng)。
表1轎車(chē)用鋁量（鋁化率）的變化
國家 | 單臺車(chē)用鋁量（鋁化率），Kg（%） | ||||||
1977 | 1980 | 1985 | 1988 | 1990 | 1992 | 1995 | |
美國 | 45（3） | 54（3.6） | 86（5.5） | 97（8.9） | |||
德國 | 40（3） | 90（7） | |||||
日本 | 55（5.4） | 78（6） | 130（12） | ||||
中國 | 25（2） | 50（3.4） | 110（10） | ||||
鋁合金因其獨特的性能而被廣泛應用，但其化學(xué)性質(zhì)極其活潑，不穩定，容易被腐蝕，需要很好地進(jìn)行表面處理，改善和提高其表面性能，提高耐蝕性，增強涂層附著(zhù)力，進(jìn)而擴大其應用領(lǐng)域。
傳統的鋁及鋁合金的表面處理工藝較多，也比較成熟，主要包括陽(yáng)極氧化、鉻酸鹽轉化、鉻酸鹽—磷酸鹽轉化以及單寧酸鹽轉化等工藝。
1.鋁及鋁合金的電化學(xué)氧化
鋁及鋁合金的電化學(xué)氧化，是在電解液中，鋁件作為陽(yáng)極，在外加電流的作用下形成氧化膜，因而通常稱(chēng)為陽(yáng)極氧化。
陽(yáng)極氧化按溶液性質(zhì)及膜層性質(zhì)可分為硫酸、草酸、硬質(zhì)及瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化，氧化膜具有很好的吸附能力，易于染成各種顏色，加強裝飾作用；與涂料的結合力強，適合于涂裝打底用。
鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化實(shí)質(zhì)上就是水的電解[2]：
電解液通電后在電流的作用下發(fā)生水解，在陰極放出氫氣
2H++2e=H2 (1)
帶負電荷的陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，在陽(yáng)極釋放電子
4OH---4e=2H2O+O2 (2)
一部分新生（原子）氧與陽(yáng)極鋁反應，生成無(wú)水氧化鋁膜
2Al+3[O]=Al2O3 (3)
現有的陽(yáng)極氧化工藝大都采用酸性電解液。當然，采用不同種類(lèi)的電解液，可以得到阻擋型氧化膜和多孔型氧化膜，如在硫酸、鉻酸、磷酸及草酸的電解液中，可以得到多孔型氧化膜；在硼酸—硼酸鈉溶液、酒石酸銨、檸檬酸、馬來(lái)酸及乙二醇的電解液中，可以得到阻擋型的氧化膜。
2.鋁及鋁合金的化學(xué)轉化
2.1鉻酸鹽轉化膜
該處理方法于1950年起源于美國，包括兩種方法，即堿性鉻酸鹽膜及酸性鉻酸鹽膜。
2.1.1堿性鉻酸鹽膜
工藝流程如下：脫脂—水洗—水洗—堿蝕—水洗—水洗—出光—水洗—水洗—轉化—水洗—封閉
堿性鉻酸鹽膜處理液的主要成分是2~3%碳酸鈉和0.5%重鉻酸鉀溶液。在82~87℃時(shí)，浸漬時(shí)間10~20分鐘，形成由鋁氧化物和分散的鉻酸鹽—氧化物組成的灰色多孔薄膜，其厚度約1.0~2.5μm。
這是一種很古老的成膜工藝，一種組分與基體反應至某一極點(diǎn)，而另一種組分在反應的機體上形成氧化物膜。
在5%熱的重鉻酸鉀溶液中封閉能達到最大的耐蝕性。所得的膜性能取決于處理液中碳酸鹽與鉻酸鹽的正確比值。
隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，此種方法因能耗大而逐步被酸性鉻酸鹽法取代。至今堿性鉻酸鹽法已很少使用。
2.1.2酸性鉻酸鹽膜[3，4]
采用該方法處理的鋁及鋁合金轉化膜，呈黃色至彩虹色。影響轉化膜顏色的主要是Cr6+，其在膜中的含量越高，膜的顏色越深。
工藝流程如下：脫脂—水洗—水洗—堿蝕—水洗—水洗—出光—水洗—水洗—轉化—水洗—純水洗—封閉
將表面潔凈的鋁及鋁合金浸入到鉻酐8—10g/L，氟化鈉0.5g/L，PH=1.5—2.0的溶液中處理60—90秒或鉻酐4g/L，氟化鈉0.5g/L，亞鐵氰化鉀0.5g/L，緩蝕劑0.5g/L的溶液中處理5—10分鐘，即可得到酸性鉻酸鹽轉化膜。
簡(jiǎn)要成膜機理如下：
在含氟的鉻酸鹽溶液中，工件表面發(fā)生局部電化學(xué)反應：
陽(yáng)極：2Al—6e=2Al3+ (4)
陰極：6H++6e=6H (5)
氟離子促進(jìn)鋁表面腐蝕，加速Al3+的生成。
在金屬溶液兩相界面上，由于PH升高促使Cr2O72-轉化成CrO42-，并在陰極上發(fā)生Cr6+被氫原子還原生成Cr（OH）3：
6H+H2Cr2O7=2Cr（OH）3+H2O (6)
含有C6+及C3+的化合物：
2Cr（OH）3+CrO42-+2H+=Cr（OH）3Cr（OH）.CrO3+H2O (7)
鋁在成膜中的化學(xué)成分：
3Al3++6OH-=Al2O3+H2O (8)
其膜的主要成分是Al2O3.Cr（OH）3Cr（OH）.CrO3。
剛成的新鮮膜成膠態(tài)，易碰傷，老化處理后膜堅固，與基材附著(zhù)良好。該膜具有憎水性，其外觀(guān)為黃色至彩虹色，當膜受到外力作用遭到破壞時(shí)，表面上由于Cr6+的滲出會(huì )使其再鈍化[5]。而以Cr6+、F-及亞鐵氰化鉀為主要成分的促進(jìn)型處理液形成膜的成分為CrFe（CN）6.6Cr（OH）3H2CrO4.4Al2O3.8H2O。
雖然鋁及鋁合金的鉻酸鹽轉化膜具有極高的耐蝕性，同時(shí)由于膜外觀(guān)美麗而直接用于裝飾，但其致命的弱點(diǎn)是含有有毒的六價(jià)鉻，其對人體及環(huán)境的危害已經(jīng)促使人們積極開(kāi)展有效替代技術(shù)的研究。鉻在美國環(huán)保局（EPA）最危險材料表中排名第17位的劇毒材料，一直被要求從工作場(chǎng)所中取消。動(dòng)物試驗研究表明，吸入的六價(jià)鉻可導致動(dòng)物腫瘤病的發(fā)生。因此EPA對使用六價(jià)鉻有嚴格的空氣排放要求和固體廢棄物處置規定。美國職業(yè)健康安全委員會(huì )（OSHA）對工人所能暴露接觸六假鉻的量作出了規定，并建議六假鉻允許暴露極限從50μg/m3減少到1μg/m3。歐盟車(chē)輛報廢指令已經(jīng)對2002年7月1日后進(jìn)入歐洲的每輛車(chē)作出了最多只能使用2克六價(jià)鉻的規定。另外，歐盟于2003年1月23日公布的《關(guān)于在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質(zhì)的指令》（ROHS）已經(jīng)于2006年7月1日正式實(shí)施了。根據ROHS指令的要求，投放于歐盟市場(chǎng)的電氣和電子產(chǎn)品單機的六價(jià)鉻含量不得高于1000PPm。