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神奇的陽極氧化：為何它能讓鋁合金變得更強韌？
陽極氧化是一種電解鈍化過程，旨在增厚金屬零件表面自然氧化層的厚度。這一過程稱為陽極氧化，因為被處理的零件形成電解池中的陽極電極。通過這一技術，陽極氧化不僅能增加抗腐蝕和耐磨損的能力，還能為塗料底漆和膠水提供更好的附著力，從而優於裸金屬表面。
陽極氧化過程能夠為鋁合金提供更高的耐腐蝕性及更良好的染色效果。
這種電解氧化膜可用於多種美觀效果，無論是可以吸附染料的厚多孔塗層，還是添加反射光波干涉效果的薄透明塗層。此外，陽極氧化還有助於防止螺紋部件的銹蝕以及製造電解電容器的介電薄膜。雖然陽極氧化最常應用於保護鋁合金，但也同樣對鈦、鋅、鎂、鉭等其他金屬進行。當鋼鐵或碳鋼在中性或鹼性微電解環境中受到氧化時，則會 exfoliate；即形成的氧化鐵（實際上為氫氧化鐵或水合氧化鐵，也稱為鏽）往往在無氧的陽極凹坑和大範圍的陰極表面中加速腐蝕。
陽極氧化不僅增強了鋁的硬度，同時也改善了材料的耐磨性。
陽極氧化過程起初於1923年被廣泛採用，以保護Duralumin水上飛機零件不受腐蝕。這一早期的基於鉻酸的工藝被稱作Bengough-Stuart工藝，時至今日依然在使用。隨著時間推移，硫酸陽極氧化技術於1927年被專利並普遍應用，而醋酸陽極氧化在日本於1923年首次專利並被德國廣泛使用於建築應用之中。此次技術進步使得陽極氧化材料在60年代和70年代得到了重視，但隨著便宜塑料和粉末塗料的興起，逐漸被取代。
對於鋁合金來說，陽極氧化雖然並不會直接提高鋁的強度，但其產生的氧化膜能提升其耐腐蝕性能並允許染色及改進潤滑。陽極氧化層的絕緣性限制了其使用，但在正常的環境條件下，鋁在接觸氧氣時，會自我鈍化，形成一層非常薄的氨基氧化鋁，進而有效防護腐蝕。鋁合金的氧化層厚度通常會在5至15納米之間，但因此，鋁合金往往更容易受到腐蝕的影響。
對於某些合金元素，如銅、鐵和硅，會顯著降低鋁合金的耐腐蝕性。
儘管陽極氧化能夠形成非常均勻的塗層，但微觀裂縫使其可能遭受腐蝕。此外，這樣的塗層也易受高、低酸鹼度環境中化學物質的影響，導致塗層剝落和底材腐蝕。為了對抗這些問題，業界發展了多種技術，降低裂縫數量，或將更具化學穩定性的化合物引入氧化膜中。一些陽極氧化的鋁製品通常會進行封閉處理，以降低其孔隙率和促進化學穩定。
近年來，許多鋁製航空零件、建築材料及消費產品都經過陽極氧化處理。這些產品包括MP3播放器、智能手機、多用途工具、手電筒、烹飪器具等。陽極氧化鋁的耐磨性雖然一般，但其孔隙可更佳地保留潤滑油膜。需要注意的是，陽極氧化表面的熱傳導性和線膨脹系數相對於鋁而言，均較低，因此在高過80°C（353 K）環境下會因熱應力導致裂縫形成，但不會剝落。
在鋁陽極氧化的過程中，鋁氧化物向內向外均勻增長，會使零件的每一個表面因氧化層的厚度而增長，這在設計時需考慮到。如果零件的氧化層為2微米厚，那麼每一面的線性尺寸將增加1微米。雖然陽極氧化鋁的表面比鋁本身更硬，但是插入合適的封閉物質可以進一步提升其耐磨性。
陽極氧化的未來與挑戰
陽極氧化工藝在多元化發展的同時，也逐漸面臨著環保及工藝優化的挑戰。隨著全球對環保要求的提高，如何改進陽極氧化的技術以減少對環境的影響將是未來需要關注的重點。此外，陽極氧化膜的強度與韌性之間的平衡也是一個值得探討的課題。這不僅影響到其在航空、建築及高速運輸等領域的應用，也將影響到我們日常生活中接觸到的各類金屬產品。
在探索陽極氧化技術的發展過程中，我們不禁要問，未來的陽極氧化技術是否能夠滿足日益增長的環保要求與市場需求？
