铝合金材料作为应用最广泛的有色金属材料,表面着色处理对提高其产品的美观程度、附加价值及产品利润具有重要意义。传统电解着色的色彩单调,局限于香槟色-古铜色-黑色,难以同时满足铝合金阳极氧化膜耐候性与多色化的需求。本研究旨在开发出一种可在单一着色槽液中稳定输出的多彩电解着色方法;通过改变输出电源参数,探明着色工艺、氧化膜微结构和其颜色特征之间的相关性,明确其显色规律和着色机理。采用布拉格理论进行定量计算和有限元模拟方法进行模拟,探究氧化膜彩色着色的光学干涉过程。研究结果表明,经试验所述交、直流交替电解工艺后,在铝合金表面会依次形成顶部硫酸氧化层、中间反射层和底部颜色调整层三层氧化膜。顶部硫酸氧化层的厚度和孔径等参数受硫酸中阳极氧化步骤氧化时间和氧化电压控制,不影响氧化膜着色颜色。阻挡层修复步骤使顶部硫酸氧化层阻挡层发生溶解与再生成,该步骤电压会影响中间反射层的结构,进而对着色颜色产生影响。中间反射层生成步骤的低压交流电氧化形成柔软,孔道不规则,同时具有各向同性性质的中间反射层,该层对入射光能形成有效反射,是着色过程的关键结构。控色步骤形成底部颜色调整层,该层的厚度和膜孔结构参数均显著影响氧化膜着色颜色。该步骤氧化时间从55s延长至145s时,底部颜色调整层的厚度从136nm增长到271nm,氧化膜的颜色从黄色转变为绿色。通过控制该步骤氧化时间可控制该层厚度,进而精确调整着色颜色。膜孔中电沉积步骤会在氧化膜底部的膜孔中沉积形成成分为Sn O2和Sn Ox/Sn的沉积物,该沉积物的含量与物相组成不影响氧化膜的颜色,但具有提高氧化膜颜色饱和度的作用。氧化膜结构对着色颜色的影响规律符合布拉格薄膜干涉特征。中间反射层与铝合金表面分别为布拉格薄膜干涉结构中的两个反射面。入射光在中间反射层形成第一束反射光,透射过中间反射层的光在铝合金表面反射形成第二束反射光。两束反射光发生干涉而使特定波段的光强度得到增强而使氧化膜表现出对应的颜色,反射光的光程差由中间反射层和底部颜色调整层共同决定。经计算,顶部硫酸氧化层、中间反射层、底部颜色调整层三层氧化膜的复合折射率分别为1.8205、2.004和1.819。通过布拉格干涉公式计算得到,随着底部颜色调整层厚度136nm增厚至168nm时,干涉波长从636nm延长至711nm;厚度从223nm增厚至271nm时,干涉波长从421nm延长至524nm。使用有限元模拟软件仿真模拟得到,随底部颜色调整层厚度增加,反射峰波长红移,同时反射率曲线与实验测量的结果特征一致。理论计算和模拟的结果均验证了布拉格干涉机理的科学性。本实验探究了多层微结构氧化膜的制备工艺参数对其结构和颜色的影响规律,提出了基于多层微结构氧化膜的光学干涉着色机理,并通过理论计算和仿真模拟验证了该原理的正确性,为多工艺构建复杂氧化膜结构和多层微结构氧化膜显色的相关研究奠定了基础,对铝合金着色领域的理论研究与实际应用均有着重要的意义。