铝阳极氧化

返回列表 来源: 发布日期:2021-12-20

    铝阳极氧化   以铝或铝合金制品为阳极,置于电解质溶液中进行通电处理, 利用电解作用使其表面形成氧化铝薄膜的过程, 称为铝及铝合金的阳极氧化处理。经过阳极氧化处理,铝表面能生成几个微米———几百个微米的氧化膜。比起铝合金的天然氧化膜,其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。

    铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时, 将发生以下的反应:

    在阴极上, 按下列反应放出 H2:2H + +  2e  →    H2

    在阳极上, 4OH  -  4e  →  2H2O + O2, 析出的氧不仅是分子态的氧 (O2), 还包括原子氧(O), 以及离子氧(O-2), 通常在反应中以分子氧表示。 [1]

    作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化, 形成无水的Al2O3膜: 2A1 + 3[O]  =  A12O3 + 1675.7KJ 应指出, 生成的氧并不是全部与铝作用, 一部分以气态的形式析出。

    阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多, 归纳起来有以下几种分类方 法:

    按电流型式分有:直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、以及可缩短达到要求厚度的生产时间,膜层既厚又均匀致密, 且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。

    按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以有机磺酸溶液的自然着色阳极氧化。

    按膜层性质分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。

    直流电硫酸阳极氧化法的应用为普遍, 这是因为它具有适用于铝及大部分铝合金的阳极氧化处理;膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性;膜层无色透明、吸附能力强极易着色;处理电压较低,耗电少;处理过程不必改变电压周期, 有利于连续生产和实践操作自动化;硫酸对人身的危害较铬酸小, 货源广, 价格低等优点。

    近十年来, 我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材, 它们的表面处理生产线都是采用这种方法。

    阳极氧化膜结构、性质与应用

    1) 阳极氧化膜的结构       阳极氧化膜由两层组成, 外层称为多孔层,较厚、疏松多孔、电阻低。 内层称为阻挡层(亦称活性层),较薄、致密、电阻高。 多孔的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的。总体而言,阳极氧化膜是六角柱体的列阵,每一个柱体都要一个充满溶液的星型小孔,形似蜂窝状结构,孔壁的厚度孔隙直径的两倍。

    (1) 阻挡层 阻挡层是由无水的A12O3所组成, 薄而致密, 具有高的硬度和阻止电流通过的作用。(2) 多孔的外层 氧化膜多孔的外层主要是由非晶型的A12O3及少量 的r-A12O3.H2O还含有电解液的阴离子。

    氧化膜的孔径在100nm~200nm之间,氧化膜厚度10微米左右,孔隙率20%左右,孔距300~500nm之间。氧化膜的截面图表明氧化膜孔基本上是管状结构,氧化膜发生溶膜反应基本上是在孔的底部发生的。而一般的硫酸直流阳极氧化膜的孔径是20nm左右,如果是12微米的氧化膜,那是多深的细管状结构啊!假设这是一个直径1m的井,那么它的井深将有600m深。

    氧化膜的绝大部分优良特性,如抗蚀、耐磨、吸附、绝缘等性能都是由多孔外层的厚度及孔隙率所决定的,然而这两者却与阳极氧化条件密切相关, 因此可通过改变阳极化条件来获得满足不同使用要求的膜层。膜厚是阳极氧化制品一个很主要的性能指针, 其值的大小直接影响着膜层耐蚀、耐磨、绝缘及化学着色能力。在常规的阳极氧化过程中, 膜层随着时间的增加而增厚。在逹到大厚度之后, 则随着处理时间的延长而逐渐变薄, 有些合金如A1-Mg、A1-Mg-Zn合金表现得特别明显。因此, 氧化的时间一般控制在逹大膜厚时间之内。

    2) 阳极氧化膜的性质与应用 阳极氧化膜具有较高的硬度和耐磨性、极强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。由于这些特异的性能, 使之在各方面都获得了广泛的应用。

    主要用途有:(1)提高零件的耐磨、耐蚀性、耐气候腐蚀。(2)氧化生成的透明膜,可以着色制成各种彩色膜。(3)作为电容器介质膜。(4)提高与有机涂层的结合力。作涂装底层。(5)作电镀、搪瓷的底层。(6)正在开发的其它用途,太阳能吸收板、超高硬质膜、干润滑膜、触媒膜、纳米线、在多孔膜中沉积磁性合金作记忆元件。


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