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功能性陽極氧化（簡體書）
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商品簡介
名人/編輯推薦
序
目次
商品簡介
《功能性陽極氧化》一書由日本鋁陽極氧化領域有很高影響力的高谷松文先生執筆，匯集了眾多研究學者和應用領域專家的理論和實踐上的成果，包括鋁陽極氧化膜的理論基礎、功能性陽極氧化技術進步和應用的研究探索。書中採用了理論與實驗相結合的方法進行展開，論證了陽極氧化膜功能性的實驗結果和原理，展示了功能性氧化膜鋁材在精密零部件、機械零部件、汽車零部件及航空零部件等行業的長足發展，對氧化膜的耐磨性、抗菌性、絕緣性、導電性、耐腐蝕性等功能進行了詳細的介紹。
本書適合於鋁材加工企業技術人員、鋁合金表面處理的科研和教學人員閱讀參考。
本書適合於鋁材加工企業技術人員、鋁合金表面處理的科研和教學人員閱讀參考。
名人/編輯推薦
1.理論覆蓋面廣、研究深入
2.匯集了大量現場試驗資料
2.匯集了大量現場試驗資料
序
譯者前言
功能性陽極氧化，一直是近十幾年來國際上的熱門話題。其中，抗菌功能、絕緣功能和力學性能的提高，更是廣受關注。
在此方向上我國相應開展的研究並不多，我們主要精力集中在鋁普通建材和鋁板的表面處理上。日本在這方面起步較早，並偏重於日用品和汽車行業的研究應用。美國功能膜的研究基本上多偏重於軍工，其主要工藝參數也處於保密狀態。我們現在翻譯這本書，主要是為後繼的研究學者及科研人員提供一個思路和參考。
隨著能源節約的問題日益受到世界性關注，碳達峰和碳中和目標日益緊迫，鋁的使用和普及也會更加廣闊，在膜層上的技術要求也會越來越多，技術解決方案也會越來越多樣化，希望我們能共同努力，讓中國在這方面的研究可以走在世界前列。
在本書翻譯過程中，趙正平先生做了大量實際工作，在此表示衷心感謝。
史宏偉
原著前言
本書依據Kallos 出版社鋁綜合性雜志Altobia 自2006 年10 月至2007年10 月連載12 次的《功能性陽極氧化》系列研究論文（研究及實用兩個方面的相關研究）整理而成。
當今的鋁陽極氧化膜基礎性特徵研究可以追溯到1846 年法拉第（Faraday）對鋁陽極氧化可能性進行的探索，1924 年日本理化研究所的科研人員鯨井和植木兩位完成了對耐熱性電絕緣物的研究，1928 年宮田發明的高壓水蒸氣封孔處理技術極大提高了鋁耐腐蝕性。上述研究成果對後世影響甚巨，此技術當時被命名為陽極氧化，時至今日仍是所有鋁陽極氧化膜的代名詞。陽極氧化作為輕結構材料—鋁的技術應用手段，標志著鋁基材應用由“重厚長大”跨入“輕薄短小”的時代。陽極氧化的應用促進了能源利用、資源節約，使鋁材廣泛應用於機械零部件、汽車零部件及航空零部件等領域。
陽極氧化技術誕生後，鋁陽極氧化膜因具有電絕緣性、耐腐蝕性、耐磨性、染色性等基本性功能被廣泛應用。科學技術的不斷發展，對陽極氧化微細孔和氧化膜自身新功能開發提出了強勁需求，帶來了功能性陽極氧化的發展契機，推動了功能性陽極氧化技術的發展壯大。陽極氧化形成的納米級微細孔在精密度方面勝過其他任何金屬。由此，開發出適應時代需求的產品的可能性得到極大提高。陽極氧化膜的特徵是氧化膜厚度可控制為微米級，精度優於塗裝、熱噴塗等技術，非常適用於精密零部件加工。
本書所引用的關於鋁陽極氧化研究的歷史資料有：著名理化研究報告、重要的宮田論文及其他電絕緣性資料等。
另外，本書詳細列舉了鋁合金材料和陽極氧化的關係、陽極氧化膜機械特性、抑制裂紋產生、追求耐磨性和功能性陽極氧化開發應用實例。碘是日本引以為傲的豐富礦藏，筆者研究的碘化物浸漬過的潤滑陽極氧化膜、抗菌陽極氧化膜都有詳細論述。本書研究的領域集中在提高多孔氧化膜的機械特性方向，其他領域的研究可能尚有不足之處，敬請各位讀者海涵。
本書為鋁表面處理陽極氧化及其功能研究的歸納總結，若能為後面功能性陽極氧化研究帶來拋磚引玉的作用，自當萬分榮幸。
最後，我們在研究探索過程中對相關科研人員的研究報告及技術資料多有引用，在此一並致謝。
高谷松文
功能性陽極氧化，一直是近十幾年來國際上的熱門話題。其中，抗菌功能、絕緣功能和力學性能的提高，更是廣受關注。
在此方向上我國相應開展的研究並不多，我們主要精力集中在鋁普通建材和鋁板的表面處理上。日本在這方面起步較早，並偏重於日用品和汽車行業的研究應用。美國功能膜的研究基本上多偏重於軍工，其主要工藝參數也處於保密狀態。我們現在翻譯這本書，主要是為後繼的研究學者及科研人員提供一個思路和參考。
隨著能源節約的問題日益受到世界性關注，碳達峰和碳中和目標日益緊迫，鋁的使用和普及也會更加廣闊，在膜層上的技術要求也會越來越多，技術解決方案也會越來越多樣化，希望我們能共同努力，讓中國在這方面的研究可以走在世界前列。
在本書翻譯過程中，趙正平先生做了大量實際工作，在此表示衷心感謝。
史宏偉
原著前言
本書依據Kallos 出版社鋁綜合性雜志Altobia 自2006 年10 月至2007年10 月連載12 次的《功能性陽極氧化》系列研究論文（研究及實用兩個方面的相關研究）整理而成。
當今的鋁陽極氧化膜基礎性特徵研究可以追溯到1846 年法拉第（Faraday）對鋁陽極氧化可能性進行的探索，1924 年日本理化研究所的科研人員鯨井和植木兩位完成了對耐熱性電絕緣物的研究，1928 年宮田發明的高壓水蒸氣封孔處理技術極大提高了鋁耐腐蝕性。上述研究成果對後世影響甚巨，此技術當時被命名為陽極氧化，時至今日仍是所有鋁陽極氧化膜的代名詞。陽極氧化作為輕結構材料—鋁的技術應用手段，標志著鋁基材應用由“重厚長大”跨入“輕薄短小”的時代。陽極氧化的應用促進了能源利用、資源節約，使鋁材廣泛應用於機械零部件、汽車零部件及航空零部件等領域。
陽極氧化技術誕生後，鋁陽極氧化膜因具有電絕緣性、耐腐蝕性、耐磨性、染色性等基本性功能被廣泛應用。科學技術的不斷發展，對陽極氧化微細孔和氧化膜自身新功能開發提出了強勁需求，帶來了功能性陽極氧化的發展契機，推動了功能性陽極氧化技術的發展壯大。陽極氧化形成的納米級微細孔在精密度方面勝過其他任何金屬。由此，開發出適應時代需求的產品的可能性得到極大提高。陽極氧化膜的特徵是氧化膜厚度可控制為微米級，精度優於塗裝、熱噴塗等技術，非常適用於精密零部件加工。
本書所引用的關於鋁陽極氧化研究的歷史資料有：著名理化研究報告、重要的宮田論文及其他電絕緣性資料等。
另外，本書詳細列舉了鋁合金材料和陽極氧化的關係、陽極氧化膜機械特性、抑制裂紋產生、追求耐磨性和功能性陽極氧化開發應用實例。碘是日本引以為傲的豐富礦藏，筆者研究的碘化物浸漬過的潤滑陽極氧化膜、抗菌陽極氧化膜都有詳細論述。本書研究的領域集中在提高多孔氧化膜的機械特性方向，其他領域的研究可能尚有不足之處，敬請各位讀者海涵。
本書為鋁表面處理陽極氧化及其功能研究的歸納總結，若能為後面功能性陽極氧化研究帶來拋磚引玉的作用，自當萬分榮幸。
最後，我們在研究探索過程中對相關科研人員的研究報告及技術資料多有引用，在此一並致謝。
高谷松文
目次
第1 章 表面粗糙化引起表面物理性質的變化001
1.1 概要 001
1.2 表面狀態 001
1.3 表面粗糙化方法004
1.4 表面噴砂粗糙化處理後的物理性質006
1.4.1 噴砂處理導致的表面狀態變化006
1.4.2 由表面粗糙化引起表面毛細管狀現象007
1.4.3 表面粗糙化導致導熱性質變化 008
1.5 用氯化亞鐵進行表面粗糙化研究 010
1.6 總結 010
參考文獻 011
第2 章 觀察劃痕實驗導致鋁陽極氧化膜表面缺陷012
2.1 概要 012
2.2 陶瓷和鋁復合體 012
2.3 劃痕缺陷引起局部變形的觀察實驗 014
2.3.1 實驗方法 014
2.3.2 測定方法 014
2.3.3 實驗結果及思考 015
2.4 結論 018
2.5 由鋁陽極氧化膜的摩擦磨耗看表面構造 018
2.6 鋁陽極氧化膜對抗劃傷是否更有優勢 019
2.7 總結020
參考文獻020
第3 章 鋁陽極氧化膜內應力021
3.1 概要 021
3.2 由陽極氧化膜的翹曲變形看其內應力存在實驗 023
3.2.1 實驗材料 023
3.2.2 陽極氧化工藝條件 023
3.2.3 試驗評價 023
3.3 實驗結果 024
3.3.1 無殘余應力的鋁箔表面上的陽極氧化膜的翹曲變形情況 024
3.3.2 有殘余應力的鋁箔表面上的陽極氧化膜的翹曲變形情況 025
3.4 陽極氧化膜的內應力和機械特性的變化 027
3.5 總結 027
參考文獻 028
第4 章 鋁陽極氧化膜摩擦/磨耗 029
4.1 概要 029
4.2 鋁陽極氧化膜和其他表面處理法的比較031
4.3 耐摩擦/耐磨耗陽極氧化膜概念 033
4.4 提高耐磨耗性相關的實驗 034
4.4.1 氧化膜致密化的影響 034
4.4.2 氧化膜硬化的影響 035
4.4.3 添加潤滑劑可降低摩擦系數 037
4.5 陽極氧化膜彈性模量實測—星野等人的計算 039
4.6 總結 040
參考文獻 040
第5 章 鋁陽極氧化膜電絕緣性 041
5.1 概要041
5.2 由理研匯報和理化學研究所報告看研究開發的流程041
5.3 氧化膜的基本電氣特性 043
5.3.1 擊穿電壓 043
5.3.2 固有電阻 043
5.3.3 介電常數043
5.3.4 作為電絕緣體的氧化膜濕度特性044
5.3.5 作為耐熱性絕緣體初期的使用業績047
5.4 現在使用狀況 048
5.5 氧化膜的整流特性049
5.6 氧化膜的裂紋和絕緣體性050
5.7 總結 051
參考文獻 051
第6 章 鋁合金材料和硫酸陽極氧化膜 052
6.1 概要052
6.2 鋁合金材料和硫酸陽極氧化膜054
6.2.1 鋁合金電導率和陽極氧化處理性054
6.2.2 ADC12 材料的陽極氧化膜059
6.2.3 觀察鋁合金鑄件產品的陽極氧化膜橫截面060
6.2.4 觀察硅元素在氧化膜中遊離存在時的合金氧化膜橫截面 061
6.2.5 觀察各種鋁合金的陽極氧化膜的表面 061
6.3 總結063
參考文獻064
第7 章 碘化物浸漬鋁陽極氧化膜—摩擦性能 065
7.1 概要065
7.2 碘及其化合物的潤滑特性066
7.3 PVPI 浸漬製作潤滑陽極氧化膜069
7.3.1 確認潤滑劑PVPI 水溶液的潤滑性069
7.3.2 PVPI 浸漬鋁陽極氧化膜和潤滑性評價實例070
7.4 總結074
參考文獻074
第8 章 碘化物浸漬鋁陽極氧化膜—抗菌性能 076
8.1 概要 076
8.2 微生物和細菌的分類 076
8.3 抗菌的定義 078
8.4 選擇碘作為無機抗菌材料的理由 079
8.5 碘化物浸漬陽極氧化膜的製作 080
8.6 碘化物浸漬陽極氧化膜的評價 080
8.7 碘化物浸漬陽極氧化膜的抗菌性及抗霉菌性評價 080
8.7.1 抗菌試驗方法 080
8.7.2 接觸法抗菌性評價結果081
8.7.3 搖動法抗菌性評價結果081
8.7.4 Harrow 試驗法抗菌性評價結果 082
8.7.5 抗霉菌性試驗評價結果 082
8.8 總結 083
參考文獻 083
第9 章 A 公司相關功能性陽極氧化開發實例084
9.1 概要 084
9.2 A 公司開發體制 085
9.3 A 公司開發功能性陽極氧化實例 087
9.3.1 陽極氧化膜多孔層填充功能性物質 087
9.3.2 氧化膜結構不均勻性的利用 089
9.4 總結 090
參考文獻 090
第10 章 鋁合鑄件的陽極氧化處理 091
10.1 概要091
10.2 實驗 092
10.2.1 試驗用材料 092
10.2.2 調整試驗材料 092
10.2.3 預處理和陽極氧化條件092
10.2.4 試驗項目093
10.3 結果093
10.3.1 氧化膜生成率093
10.3.2 氧化膜厚度094
10.3.3 氧化膜硬度096
10.3.4 電壓曲線096
10.3.5 氧化條件和外觀的關係096
10.4 觀察 098
10.5 總結099
參考文獻 100
第11 章 復合方法處理鋁陽極氧化膜的硬質化 101
11.1 概要 101
11.2 實驗概要 102
11.2.1 試驗用材料 102
11.2.2 預處理KMnO4 水溶液 102
11.2.3 硫酸陽極氧化 102
11.2.4 氧化膜特性評價 102
11.3 實驗結果概要 103
11.3.1 由KMnO4 水溶液預處理過的氧化膜和硫酸氧化膜的定性分析 103
11.3.2 陽極氧化膜電解工藝變化以及氧化膜性能 104
11.3.3 陽極氧化膜的特性 105
11.4 總結 108
參考文獻 108
第12 章 硫酸氧化膜裂紋產生和預防的基礎實驗109
12.1 概要 109
12.2 實驗方法 110
12.2.1 評價方法 110
12.2.2 試驗要點 110
12.3 實驗結果 111
12.3.1 鋁材材質和熱處理的影響 111
12.3.2 鋁板材壓延方向的影響 111
12.3.3 陽極氧化預處理的影響 111
12.3.4 硫酸濃度和遊離鋁離子的影響 112
12.3.5 電解液溫度的影響 112
12.3.6 電流波形的影響 113
12.3.7 電流密度的影響 113
12.3.8 陽極氧化膜厚度的影響 113
12.3.9 封孔處理的影響 113
12.3.10 陽極氧化膜進行加熱的影響 114
12.3.11 彎曲軸心直徑的影響 114
12.4 觀察 115
參考文獻 116
附錄 117
附錄1 鋁表面處理相關標準 117
附錄2 鋁表面處理評價方法的特徵 118
附錄3 鋁表面處理評價方法的應用實例 118
附錄4 鋁表面處理分析設備的功能分布圖 119
附錄5 各種金屬接觸和組合實例120
附錄6 摩擦所使用主要金屬材料 121
附錄7 從摩擦學看金屬間的相互溶解性 121
附錄8 摩擦面的調查方法—主要面分析法122
附錄9 JIS H 8603—1999 鋁及鋁合金的硬質陽極氧化覆蓋層123
附錄10 部分材料的熱導率123
附錄11 部分材料的線脹系數（0～100℃）124
附錄12 部分材料的彈性模量E 125
附錄13 部分材料的表面能量（熔點處測定） 126
1.1 概要 001
1.2 表面狀態 001
1.3 表面粗糙化方法004
1.4 表面噴砂粗糙化處理後的物理性質006
1.4.1 噴砂處理導致的表面狀態變化006
1.4.2 由表面粗糙化引起表面毛細管狀現象007
1.4.3 表面粗糙化導致導熱性質變化 008
1.5 用氯化亞鐵進行表面粗糙化研究 010
1.6 總結 010
參考文獻 011
第2 章 觀察劃痕實驗導致鋁陽極氧化膜表面缺陷012
2.1 概要 012
2.2 陶瓷和鋁復合體 012
2.3 劃痕缺陷引起局部變形的觀察實驗 014
2.3.1 實驗方法 014
2.3.2 測定方法 014
2.3.3 實驗結果及思考 015
2.4 結論 018
2.5 由鋁陽極氧化膜的摩擦磨耗看表面構造 018
2.6 鋁陽極氧化膜對抗劃傷是否更有優勢 019
2.7 總結020
參考文獻020
第3 章 鋁陽極氧化膜內應力021
3.1 概要 021
3.2 由陽極氧化膜的翹曲變形看其內應力存在實驗 023
3.2.1 實驗材料 023
3.2.2 陽極氧化工藝條件 023
3.2.3 試驗評價 023
3.3 實驗結果 024
3.3.1 無殘余應力的鋁箔表面上的陽極氧化膜的翹曲變形情況 024
3.3.2 有殘余應力的鋁箔表面上的陽極氧化膜的翹曲變形情況 025
3.4 陽極氧化膜的內應力和機械特性的變化 027
3.5 總結 027
參考文獻 028
第4 章 鋁陽極氧化膜摩擦/磨耗 029
4.1 概要 029
4.2 鋁陽極氧化膜和其他表面處理法的比較031
4.3 耐摩擦/耐磨耗陽極氧化膜概念 033
4.4 提高耐磨耗性相關的實驗 034
4.4.1 氧化膜致密化的影響 034
4.4.2 氧化膜硬化的影響 035
4.4.3 添加潤滑劑可降低摩擦系數 037
4.5 陽極氧化膜彈性模量實測—星野等人的計算 039
4.6 總結 040
參考文獻 040
第5 章 鋁陽極氧化膜電絕緣性 041
5.1 概要041
5.2 由理研匯報和理化學研究所報告看研究開發的流程041
5.3 氧化膜的基本電氣特性 043
5.3.1 擊穿電壓 043
5.3.2 固有電阻 043
5.3.3 介電常數043
5.3.4 作為電絕緣體的氧化膜濕度特性044
5.3.5 作為耐熱性絕緣體初期的使用業績047
5.4 現在使用狀況 048
5.5 氧化膜的整流特性049
5.6 氧化膜的裂紋和絕緣體性050
5.7 總結 051
參考文獻 051
第6 章 鋁合金材料和硫酸陽極氧化膜 052
6.1 概要052
6.2 鋁合金材料和硫酸陽極氧化膜054
6.2.1 鋁合金電導率和陽極氧化處理性054
6.2.2 ADC12 材料的陽極氧化膜059
6.2.3 觀察鋁合金鑄件產品的陽極氧化膜橫截面060
6.2.4 觀察硅元素在氧化膜中遊離存在時的合金氧化膜橫截面 061
6.2.5 觀察各種鋁合金的陽極氧化膜的表面 061
6.3 總結063
參考文獻064
第7 章 碘化物浸漬鋁陽極氧化膜—摩擦性能 065
7.1 概要065
7.2 碘及其化合物的潤滑特性066
7.3 PVPI 浸漬製作潤滑陽極氧化膜069
7.3.1 確認潤滑劑PVPI 水溶液的潤滑性069
7.3.2 PVPI 浸漬鋁陽極氧化膜和潤滑性評價實例070
7.4 總結074
參考文獻074
第8 章 碘化物浸漬鋁陽極氧化膜—抗菌性能 076
8.1 概要 076
8.2 微生物和細菌的分類 076
8.3 抗菌的定義 078
8.4 選擇碘作為無機抗菌材料的理由 079
8.5 碘化物浸漬陽極氧化膜的製作 080
8.6 碘化物浸漬陽極氧化膜的評價 080
8.7 碘化物浸漬陽極氧化膜的抗菌性及抗霉菌性評價 080
8.7.1 抗菌試驗方法 080
8.7.2 接觸法抗菌性評價結果081
8.7.3 搖動法抗菌性評價結果081
8.7.4 Harrow 試驗法抗菌性評價結果 082
8.7.5 抗霉菌性試驗評價結果 082
8.8 總結 083
參考文獻 083
第9 章 A 公司相關功能性陽極氧化開發實例084
9.1 概要 084
9.2 A 公司開發體制 085
9.3 A 公司開發功能性陽極氧化實例 087
9.3.1 陽極氧化膜多孔層填充功能性物質 087
9.3.2 氧化膜結構不均勻性的利用 089
9.4 總結 090
參考文獻 090
第10 章 鋁合鑄件的陽極氧化處理 091
10.1 概要091
10.2 實驗 092
10.2.1 試驗用材料 092
10.2.2 調整試驗材料 092
10.2.3 預處理和陽極氧化條件092
10.2.4 試驗項目093
10.3 結果093
10.3.1 氧化膜生成率093
10.3.2 氧化膜厚度094
10.3.3 氧化膜硬度096
10.3.4 電壓曲線096
10.3.5 氧化條件和外觀的關係096
10.4 觀察 098
10.5 總結099
參考文獻 100
第11 章 復合方法處理鋁陽極氧化膜的硬質化 101
11.1 概要 101
11.2 實驗概要 102
11.2.1 試驗用材料 102
11.2.2 預處理KMnO4 水溶液 102
11.2.3 硫酸陽極氧化 102
11.2.4 氧化膜特性評價 102
11.3 實驗結果概要 103
11.3.1 由KMnO4 水溶液預處理過的氧化膜和硫酸氧化膜的定性分析 103
11.3.2 陽極氧化膜電解工藝變化以及氧化膜性能 104
11.3.3 陽極氧化膜的特性 105
11.4 總結 108
參考文獻 108
第12 章 硫酸氧化膜裂紋產生和預防的基礎實驗109
12.1 概要 109
12.2 實驗方法 110
12.2.1 評價方法 110
12.2.2 試驗要點 110
12.3 實驗結果 111
12.3.1 鋁材材質和熱處理的影響 111
12.3.2 鋁板材壓延方向的影響 111
12.3.3 陽極氧化預處理的影響 111
12.3.4 硫酸濃度和遊離鋁離子的影響 112
12.3.5 電解液溫度的影響 112
12.3.6 電流波形的影響 113
12.3.7 電流密度的影響 113
12.3.8 陽極氧化膜厚度的影響 113
12.3.9 封孔處理的影響 113
12.3.10 陽極氧化膜進行加熱的影響 114
12.3.11 彎曲軸心直徑的影響 114
12.4 觀察 115
參考文獻 116
附錄 117
附錄1 鋁表面處理相關標準 117
附錄2 鋁表面處理評價方法的特徵 118
附錄3 鋁表面處理評價方法的應用實例 118
附錄4 鋁表面處理分析設備的功能分布圖 119
附錄5 各種金屬接觸和組合實例120
附錄6 摩擦所使用主要金屬材料 121
附錄7 從摩擦學看金屬間的相互溶解性 121
附錄8 摩擦面的調查方法—主要面分析法122
附錄9 JIS H 8603—1999 鋁及鋁合金的硬質陽極氧化覆蓋層123
附錄10 部分材料的熱導率123
附錄11 部分材料的線脹系數（0～100℃）124
附錄12 部分材料的彈性模量E 125
附錄13 部分材料的表面能量（熔點處測定） 126
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