铝及铝合金是仅次于钢铁材料、 运用面广泛的金属结构材料。与钢铁材料相比, 铝的主要优点是质轻和耐腐蚀等。虽然铝不是“永不生锈”的, 但是在通常大气环境中其耐腐蚀性或耐候性比钢铁的确实好得多。由于铝是一个钝化型金属, 表面总是存在一层附着性好的钝态氧化膜, 从而保护了金属铝不容易被腐蚀。换句话说, 表面没有氧化膜的裸露金属铝, 腐蚀是非常容易发生的。此外铝的密度只有钢铁的1/3左右。铝及铝合金作为工程材料还有许多明显的优点, 比如传热性和导电性好、 冲击吸收性和光反射性强等。铝及铝合金还有极好的加工成形性与可焊性, 因此可以方便地加工成各种形状和尺寸的管材、 板材、 箔材、 棒材和型材等, 已广泛运用于许多工业领域与民用领域[1]。
一切事物总是具有两面性的, 遗憾的是铝材的缺点也很明显。铝材的主要缺点是硬度低、 耐磨性比较差, 在某些介质条件中耐腐蚀性还不尽如人意等。铝的电极电位很负, 因此与其他金属接触时, 铝通常作为阳极容易发生严重的电偶腐蚀现象等。另外铝的线膨胀系数大, 弹性模量只有钢的1/3等。上述的大部分缺点都涉及到表面性能方面, 如硬度和耐磨性等, 但是通过表面处理可以得到改善或解决, 这就是铝材必须强调表面处理的原因, 只有通过表面处理才可能进一步扩大铝的应用范围和延长使用时间。
为了扩大铝的应用范围, 尤其作为装饰材料使用时, 需要高光亮度表面或特殊纹理的表面, 因此机械抛光和扫纹、 化学抛光、 电化学抛光等表面处理是必不可少的。有机聚合物的表面涂饰在增加铝材表面颜色多样化, 延长在苛刻恶劣环境下服役期限等方面, 目前已经得到愈来愈广泛的运用。例如铝材建筑门窗的粉末静电喷涂和电泳涂漆处理, 由于其性能与外观的优势, 已经超过单一阳极氧化处理成为目前占优势的表面处理技术。
通过特殊的表面处理技术, 赋予铝合金零件的功能性表面是铝材表面处理的新动向, 从而大大拓展了铝材的应用领域。例如铝合金活塞通过微弧氧化处理, 表面硬度提高5~8倍, 耐磨性得到明显提高, 从而大大提升使用寿命。利用铝阳极氧化膜的多孔型结构特征, 掺入功能性物质得到铝的功能型阳极氧化膜, 是具有广阔前景铝材表面处理新思路[2]。
铝材的表面处理不仅可以改善与提高化学性能、 耐腐蚀性、 耐磨损性等, 从而延长使用寿命, 也可以获得靓丽的多彩多色的外观、 拓宽与提升装饰性能, 而且可以赋予新的物理性能, 得到各种各样新型的功能材料和器件。因此铝的表面处理作为一项技术措施, 已经不仅仅是锦上添花之举, 而且是铝合金从原材料引向各式各样实际应用的零件、 部件、 器件不可缺少的环节。
