阳极氧化工艺对染色的影响（阳极氧化的应用）

前面已经介绍了阳极氧化的机理和工艺流程：

1. 腐蚀的艺术：阳极氧化的机理；

2. 腐蚀的艺术：阳极氧化的工艺流程。

本文主要介绍阳极氧化的应用，尤其是针对铝合金的阳极氧化在工业上的应用。

铝合金虽然在自然的环境中也会自发生成一层氧化膜，这层氧化膜可以阻止铝合金基体继续受到氧化腐蚀，然而这层自然的氧化膜非常薄，同时不够致密，结合力也不够，容易剥落，其能提供的耐蚀性的有限的。铝合金这种材料本身质轻，比强度高，易于加工且价格便宜，它在实现产品的轻量化方面具有不错的性价比，但是由于其表面性能不高，这一缺陷限制了铝合金的应用范围。

直到阳极氧化工艺的出现，铝合金的表面性能有了质的提升，由于铝合金经过阳极氧化后，在表层生成一层具有一定厚度的氧化膜，这层阳极氧化膜具有透明性、多孔性、耐磨性、耐蚀性、电绝缘性、绝热性、结合力强等特性。有了这些特性，铝合金的应用具有很大的想象空间。

比如，在传统的建筑和装饰业领域，就利用了铝合金阳极氧化和电解着色后所获得的着色膜具有良好的耐磨、耐晒和耐蚀性。

比如，在消费电子产品领域，就利用了铝合金阳极氧化膜的多孔性，可以吸附染料，从而可以实现多种外观颜色，赋予铝合金良好的装饰性。

基于这点，铝合金从此被广泛用于电子产品的外观零件，这个具有代表性的事件是苹果公司在2012年发布的iPhone 5，由于在结构上采用了Unibody（一体成型技术），“铝合金 阳极氧化”这套组合拳才被大众熟知。特别是在后续的iPhone 6到iPhone 8这几年时间的手机产品（当然还包括iPad、iMac等苹果系的其他产品），采用了真正的铝合金一体机身，铝合金作为外观零件所占的比例达到了顶峰。同时期的其他手机厂商，基本上也受这波潮流的影响，纷纷跟进。

（图片来源于知乎：WHYLAB，侵可删）

在当时，把“铝合金 阳极氧化”这种工艺大规模应用在消费类电子产品上可谓是人类首次，相对于上一代的采用不锈钢 玻璃作为外观件的iPhone 4/iPhone 4S，由于重量减轻了，即使长时间握持也不会感觉疲劳，同时因兼具金属细腻的质感，而当时其他大部分厂商还在采用塑胶外壳，铝合金外壳成为了当时高端的代名词，虽然当时的iPhone 5因外观未得到太多认可，甚至吐槽，但是毫无疑问的是，铝合金一体成型机身 阳极氧化处理，这一工艺从那个时候开始，不仅在消费者眼里，还是其他手机厂商眼里，都得到的认可和追捧，同时，反过来也促进了行业的发展。

铝合金阳极氧化按最终的颜色效果可分为：本色阳极氧化、单色阳极氧化、双色阳极氧化、渐变色阳极氧化，按表面状态可分为纹面阳极氧化（如拉丝阳极氧化、喷砂阳极氧化）、光面阳极氧化等，其中纹面阳极氧化实现的是哑光或雾面的表面光泽度，而光面阳极氧化可实现高亮高光的表面光泽度。

1、单色雾面阳极氧化

是应用最为广泛的一种阳极氧化工艺，也是目前技术最成熟的一种阳极氧化工艺，通过字面意思即可很容易理解，单色，即在一个零件上只染一种颜色；雾面，也加哑光面，一般在前期通过喷砂来实现，经查资料，据说苹果采用的是一种型号为B170的陶瓷砂，其外形，参数以及特点如下图。

B170的砂粒直径在0.045-0.090mm，非常小，相当于一根头发的直径，由于陶瓷砂呈球形，实际上与工件表面接触的截面直径小于砂粒直径，所以喷砂后工件表面呈现出非常细腻的磨砂表面，手摸上去感觉到丝滑，肉眼看上去基本看不到反射环境光。

苹果公司从iPhone 5开始，在一体成型后壳上采用单色雾面阳极氧化，由于当时的铝合金阳极氧化技术还不是很成熟，着色剂少，所以能呈现的颜色也并不多，iPhone 5当时只有黑白两种颜色供选择。技术不成熟最致命的是发生质量问题，果不期然，iPhone 5在上市后不久就发生了大规模的掉漆事件。业内分析是这样的，由于氧化层薄，同时与基体结合不牢固，耐磨性不够，使一些小的外力就能将外壳的氧化层刮掉。

在下一代iPhone 5S上，苹果公司改进了阳极氧化工艺（实际上是供应商），增加了氧化镀层的厚度，据测当时iPhone 5S的阳极氧化层的厚度达到了12微米，相比iPhone 5厚了不少，掉漆问题得到了解决。同时这一代引入了新的着色剂，使iPhone 5S有了新的颜色---金色，土豪金，一时间成为了一种炫耀色。这也就是阳极氧化工艺给铝合金带来的想象空间。

2、双色阳极氧化

也叫二次阳极氧化，即在同一个铝合金工件上实现两次阳极氧化或染两种颜色，实际上iPhone 5 和 iPhone 5s 就采用了双色阳极氧化，就是后壳 Logo 与机身是一体的，采用的是二次阳极氧化来实现机身与Logo的不同色，不同光泽度。

双色阳极氧化目前有两种方法：遮蔽法和去除法，

1）遮蔽法，iPhone 5 和 iPhone 5s的Logo采用的是遮蔽法，这其中会涉及到曝光显影的技术，具体细节之前在介绍金属的蚀刻时有介绍，大家可以点击下面文字了解：金属蚀刻工艺，其实很多工程师都不了解。

遮蔽法的大概流程是这样的，先将整个金属壳体抛光成镜面，然后用曝光显影方法将感光油墨喷涂到Logo处形成遮蔽区域，然后对未遮蔽区域进行喷砂处理，然后进行第一次阳极氧化，染色，封孔；再清洗Logo处的油墨，然后进行第二次阳极氧化，第二次阳极氧化针对的是遮蔽区域，非遮蔽区域因为经过了第一次的阳极氧化受保护就不再受第二次阳极氧化的影响了，如此形成了iPhone 5 和 iPhone 5s的Logo表面效果。（如果Logo需要上色，再第二次阳极氧化后可进行染色，如下图Logo）

2）去除法，即在第一次氧化后利用数控刀具切削等机械方法去除氧化表层后，再对去除后的表层进行第二次阳极氧化，从而实现双色阳极氧化。

遮蔽法比较适用一些不规则的图形，而去除法用来实现规则图形的双色阳极氧化，效率更高。

3、单色光面阳极氧化，

主要实现的是光亮的表面效果，一般在前处理和后处理分别经过一道抛光的工序，以下是光面阳极氧化的一般流程。

铝工件→机械抛光→脱脂→水洗→中和→水洗→化学或电化学抛光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封闭→水洗→机械光亮。

应对一般的规则铝工件，抛光工序采用机械抛光即可达到效果，然而对于不规则或者具有复杂结构的工件表面抛光，传统的机械抛光就很难达到均匀的光亮度要求。

比如iPhone 7的亮黑版，要实现这种又亮又黑的效果，其光亮度接近镜面效果，能保留金属质感的同时又能显露出玻璃、陶瓷般的视觉感。难度非常大，工艺流程复杂，以至于当时的良率很低，相对于其他的普通阳极氧化的版本贵了很多，甚至断货。

iPhone 7的亮黑版的光面阳极氧化工艺大致流程如下：

iPhone 7官方中文工艺介绍宣传视频

比较关键的是前后的两次抛光工艺，由于iPhone 7铝合金后壳的摄像头位置是一个类似火山口的凸起结构，要对此火山口凸起结构进行高光抛光采用传统的机械抛光很难实现，而且还要保持与其它大面效果上的均匀一致，这就难上加难了。

苹果做法如下：

第一次抛光：采用旋转抛光法，即将铝合金工件固定在旋转夹具上，在细腻的抛光砂中进行均匀的旋转抛光，抛光采用的是半干状态的氧化锆粉末，通过此种半干粉与部件的相对运动，产生细微均匀的摩擦，达到整体均匀一致的高光效果。

第二次抛光：磁流变抛光，即把工件置于磁流变液中进行抛光。

磁流变抛光液原理：磁流变液是由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液。

磁流变效应：是磁流变液在不加磁场时是可流动的液体，而在强磁场的作用下，其流变特性发生急剧的转变，表现为类似固体的性质，撤掉磁场时又恢复其流动特性的现象。

磁流变抛光技术：正是利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有黏塑行为的柔性"小磨头"与工件之间具有快速的相对运动，使工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。

磁流变抛光能够达到极低的粗糙度，一般用于精密光学镜头的抛光，适合于工件的最终出光处理。磁流变抛光时，由于整个工件都处于液体当中，抛光热量容易散出，不会在工件局部位置造成过热，有利于避免抛光产生橘皮；整个工件各部分都与流体均匀接触，能够保证抛光效果均匀一致，且不受工件形状限制，特别适合苹果7这种具有凸出火山口的非平面部件的抛光处理。

光面阳极氧化的优点是既可以阳极氧化想要的颜色，同时还拥有镜面亮光的酷炫效果。缺点是相比之前的喷砂阳极氧化，这种镜面抛光阳极氧化抛光的工艺在耐磨耐刮性方面不如喷砂阳极氧化，容易刮花。

4、渐变色阳极氧化

渐变色的外观最近比较流行，随着阳极氧化工艺的发展，渐变色阳极氧化工艺逐渐成熟起来。原理很简单，是在阳极氧化后，在染色池中控制着色时间，来进行渐变色的效果实现。

大概过程为：对铝合金工件进行阳极氧化处理，使工件的表面形成含有密集微孔的阳极氧化薄膜；将工件置于第一着色液中，进行第一次着均匀底色处理；接着将工件置于第二着色液中，进行第二次着渐变色处理，并使第二着色液接触工件的时间沿样品着色面预设方向逐渐变化，以使得工件不同位置的阳极氧化薄膜孔内进入的染料分子数量逐渐变化，进入的染料分子越多，颜色也就染得越深，这样就能实现渐变色的效果。

渐变色阳极氧化在电子烟外壳上的应用：

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