鋁氧化

鋁是比較活潑的金屬，标準電位-1.66v，在空氣中能(néng)自然形成(c用銀héng)一層厚度約爲0.01～0.1視費微米的氧化膜，這(zhè)層氧化膜是非晶态的，薄而多孔，耐蝕性差。但是，若將(喝吃jiāng)鋁及其合金置于适當的電解液中，以鋁制品爲陽極，商綠在外加電流作用下，使其表面(miàn)生成(chéng)姐工氧化膜，這(zhè)種(zhǒng)方法稱爲理喝陽極氧化。通過(guò)選用不同類型、不同濃度的電在南解液，以及控制氧化時(shí)的工藝條件，可以獲得具有不同性質、厚度約爲那友幾十至幾百微米的陽極氧化膜，其耐蝕性，耐磨性和裝刀聽飾性等都(dōu)有明顯改善和提高。 Al及鋁合員鄉金的陽極氧化所用的電解液一般爲中等可兒溶解能(néng)力的酸性溶液，鉛作爲身吃陰極，僅起(qǐ)導電作用。鋁及其合金進(jì湖機n)行陽極氧化時(shí)，在陽極發(fā)生下列明匠反應：2Al ---> 6e- + 答術2Al3+在陰極發(fā)生下列反應：6H2O +6e- ---> 3爸對H2 + 6OH-同時(shí)酸對(duì)鋁和錯你生成(chéng)的氧化膜進(jìn)行化開照學(xué)溶解，其反應爲：2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O生讀氧化膜的生長(cháng)過(guò)程就(ji討吃ù)是氧化膜不斷生成(chéng)和不斷溶解的過(guò)程。第一段a（曲線ab段）：無孔層形成(chéng)。通森時電剛開(kāi)始的幾秒到幾十秒時(sh子近í)間内，鋁表面(miàn)立即生成(chéng)一層緻密的、具有高絕理房緣性能(néng)的氧化膜，厚度約0.01～0.1微米，爲一什校層連續的、無孔的薄膜層，稱爲無孔錢相層或阻擋層，此膜的出現阻礙了電流的通過(有生guò)和膜層的繼續增厚。無孔層的厚度與形成(chéng)電壓成亮答(chéng)正比，與氧化膜在電解液中的溶解速度成(chéng)反影算比。因此，曲線ab段的電壓就(jiù)表現出還購由零急劇增至最大值。第二段b（曲線bc段）：多孔層形成(放電chéng)。随著(zhe)氧化膜的生成(chéng)，電解液對(du報靜ì)膜的溶解作用也就(jiù)技風開(kāi)始了。由于生成(chéng)的氧化膜并不均勻，在膜最薄的費關地方將(jiāng)首先被(bèi)溶解是靜出空穴來，電解液就(jiù)可以通過(guò)這(zhè)些問店空穴到達鋁的新鮮表面(miàn)，電化學(xué)反應得以繼續進(jìn)腦腦行，電阻減小，電壓随之下降（下降幅度爲河爸最高值的10～15%），膜上出現多孔層。第三段c（曲線cd段）：多孔層增厚。陽極氧化約2歌河0s後(hòu)，電壓進(jìn)入比較平穩著錯而緩慢的上升階段。表明無孔層在不斷地被(b弟又èi)溶解形成(chéng)多孔層的同時(shí)坐還，新的無孔層又在生長(cháng)，也就(jiù)是說(下日shuō)氧化膜中無孔層的生成(chéng)速度與門日溶解速度基本上達到了平衡，故無孔層的厚度不再增亮錯加，電壓變化也很小。但是，此時(shí)在孔的亮月底部氧化膜的生成(chéng)與溶解并沒(méi)有這錢停止，他們仍在不斷進(jìn)行著(zhe)，結果使孔的底部逐漸向(x跳我iàng)金屬基體内部移動。随著(zhe)氧化時(shí)間的延續，孔穴加深形雜的成(chéng)孔隙，具有孔隙的膜層逐漸快動加厚。當膜生成(chéng)速度和溶解速度森好達到動态平衡時(shí)，即使再延長(cháng)氧化時(shí)間，氧綠刀化膜的厚度也不會(huì)再增加，此錯舊時(shí)應停止陽極氧化過(guò)程。陽極氧化特性曲線與氧化膜生長(c黃近háng)過(guò)程如下圖所示。 在稀硫酸電解液中著不通以直流和交流電對(duì)鋁及其合金進(jìn)行陽極氧化處理，人錢可獲得5～20微米厚，吸附性較好(hǎo)的無色透明氧化膜。硫酸陽極氧化工藝簡單，溶液穩定西金，操作方便，允許雜質含量範圍較寬，電能(néng)消耗少，成(chén愛腦g)本低，且幾乎可以适用于鋁及各種(zhǒng)鋁離懂合金的加工，所以在國(guó)内已得到了廣泛的應用。從的下表爲幾種(zhǒng)典型的陽極氧化工藝： 可輛配方及工藝條件 直流法 交流法 　　1音匠 2 3 硫酸（g/L） 50～200 160～17自子0 100～150 鋁離子Al3+（g/金拍L） <20 <15 <25 溫度（℃)事歌 15～25 0～3 15～25 陽極電流密度務聽（A/dm2） 0.8～1.5 0.4～間朋6 2～4 電壓（V） 18～25 16～20 18～裡開30 時(shí)間（min） 20～40 60 20～40老海 攪拌 壓縮空氣 壓縮空氣 壓縮空氣 陰極面(m影說iàn)積/陽極面(miàn)積 1.5：農化1 1.5：1 1 ：1 影響事中氧化膜質量的因素主要有：①硫酸濃度：通常采用15%～20%。濃度升高，膜的溶解速度加大，膜的生長(對員cháng)速度降低，膜的孔隙率高，吸附力強，富有彈性，染色性好(hǎo)（熱計易于染深色），但硬度，耐磨性略差；而降低硫酸濃度，則氧化膜生長(chá離小ng)速度加快，膜的孔隙少，硬度高，耐磨靜會性好(hǎo)。所以，用于防護，裝飾及純裝飾加工時(shí)，裡物多使用允許濃度的上限，即20%濃度的硫酸做錢短電解液。②電解液溫度：電解液溫度對(duì)氧化膜質量影響很大。溫度升高，膜的溶解速路美度加大，膜厚降低。當溫度爲22～30℃時(shí)，所得到的膜是柔軟的，吸雜刀附能(néng)力好(hǎo)，但耐磨性相當差；當溫度大于30℃唱些時(shí)，膜就(jiù)變得疏松且不均勻，有時(shí)甚至不老做連續，且硬度低，因而失去使用價值；當溫度在10～20℃之間時(sh身是í)，所生成(chéng)的氧化膜多孔，吸附能(né議紅ng)力強，并富有彈性，适宜染房還色，但膜的硬度低，耐磨性差；當溫熱上度低于10℃，氧化膜的厚度增大，硬計子度高，耐磨性好(hǎo)，但孔隙率較低。因此，生産時(shí)必須嚴格控制電解會西液的溫度。要制取厚而硬的氧化膜時(shí)，必須降低裡秒操作溫度，在氧化過(guò)程中采用壓縮空氣攪拌和比較低的溫度，通常在零度左右子術進(jìn)行硬質氧化。③電流密度：在一定限度内，電流密度升高電秒，膜生長(cháng)速度升高，氧化時(shí)間縮短，生成(chéng)膜的弟商孔隙多，易于著(zhe)色，且硬度和耐磨性升高；電流可舊密度過(guò)高，則會(huì)因焦耳熱的影響，使零件表面(miàn)過(湖暗guò)熱和局部溶液溫度升高，膜的溶又美解速度升高，且有燒毀零件的可能(néng)；電流子鐵密度過(guò)低，則膜生長(cháng)速度緩慢，但生成(chéng)的醫業膜較緻密，硬度和耐磨性降低。④氧化時(shí)間：氧化時(shí)間的選擇，的紅取決于電解液濃度，溫度，陽極電流密度和所需草通要的膜厚。相同條件下,當電流密男光度恒定時(shí),膜的生長(cháng)速度作業與氧化時(shí)間成(chéng)正比；但當膜生長(cháng)到一定厚度懂們時(shí),由于膜電阻升高,影響導電能(néng)力,而且由于溫升,地街膜的溶解速度增大，所以膜的生長(cháng)速度會(huì)逐漸降低，到最後公呢(hòu)不再增加。⑤攪拌和移動：可促使電解液對(duì)流,強白裡化冷卻效果，保證溶液溫度的均勻性，不船信會(huì)造成(chéng)因金屬局部升溫而導緻氧化話一膜的質量下降。⑥電解液中的雜質：在鋁陽極氧化所用電解山能液中可能(néng)存在的雜質有Clˉ,Fˉ,NO3ˉ,Cu為看2+,Al3+,Fe2+等。其中 Clˉ,Fˉ,N謝藍O3ˉ使膜的孔隙率增加,表面(mià新時n)粗糙和疏松。若其含量超過(guò)極限值,甚至會(huì)使制件發(fā)吧煙生腐蝕穿孔（Clˉ應小于0.05g/L,Fˉ應小于0.01g/的新L）；當電解液中Al3+含量超過(guò)一定值時習新(shí)，往往使工件表面(miàn)出現白點或說金斑狀白塊,并使膜的吸附性能(néng)下降,染色困難（Al和家3+應小于20g/L）；當Cu2+含量達0.02g/L時(shí)，氧是短化膜上會(huì)出現暗色條紋或黑色斑點；Si2+ 常以懸浮狀态存在于電解液中這現,使電解液微量混濁,以褐色粉狀物吸附于膜上。⑦鋁合金成(chéng)分：一般來說(shuō),鋁金屬中的其它元素使膜的質量路少下降，且得到的氧化膜沒(méi)有純鋁上得到的厚,硬度也低，不同成(ché離微ng)分的鋁合金,在進(jìn)行陽極氧關新化處理時(shí)要注意不能(néng)同槽進麗城(jìn)行。 鉻酸陽極氧化是指用5～10%的鉻酸電解液對(duì)鋁及其合金了筆進(jìn)行陽極氧化的技術。用此法得到的討司氧化膜具有如下特點:①較薄(與硫酸和草酸氧化錯資膜比)，約2～5微米，可保持工件原有精度和粗糙度；②質軟彈性高,幾乎站放沒(méi)有氣孔，耐蝕性強于硫門車酸陽極氧化膜；③不透明,顔色由灰白至深灰色,甚至彩虹色，故對還不易染色；④由于孔隙少,膜層不用封閉銀也處理就(jiù)可使用；⑤與有機物的結作空合力好(hǎo),因此常用作油漆的底層；⑥與愛快硫酸陽極氧化比,成(chéng)本較愛人高,使用受到一定限制。下表是幾種(zhǒng)鉻酸陽極氧化工藝： 配方及工藝條件 1 2 3 鉻酸（月靜g/L） 90～100 50～55 30～35 溫度（℃） 37±員店2 39±2 40±2 電流密度（媽技A/dm2） 0.3～2.5 0.3～0.7 0.2～0.6 電壓她公（V） 0～40 0～40 0～40 內亮氧化時(shí)間（min） 35 60 60 陰極材料 鋁闆和石墨 著說　　 草酸陽極氧化是用2%～10%的草酸電解液通以直流或交流吃區電進(jìn)行的氧化工藝。當使用直流電進(jìn)行陽極氧化時(shí)，所得哥飛膜層硬度及抗蝕力不亞于H2SO4陽極氧化膜，而且由于草酸溶時筆液對(duì)鋁及氧化膜的溶解度小，所以可得畫訊到比硫酸溶液中更厚的氧化膜層；若用交流電進(jìn)行氧化,可得較軟、彈性科空好(hǎo)的膜層。草酸陽極氧化的河熱膜層一般爲8～20微米，最厚可達60微米。氧化過(guò)程中隻要改變工藝條件(如草酸濃度,溫度,電流密度,波形等河好),便可得到銀白色、金黃色至棕色等裝飾性內時膜層,不需要再進(jìn)行染色處理。草酸陽極氧化電解液對(duì)氯離子非常敏感，其質對醫量濃度超過(guò)0.04g/L膜層就(jiù)會(huì)出現行路腐蝕斑點。三價鋁離子的質量濃度也不允許超過(guò)3g/L。但草酸陽極氧化成(chéng)本較高,耗能(né呢光ng)多(因爲草酸電解液的電阻比硫酸,鉻酸大),溶液有毒性,且電解液穩靜都定性差。草酸陽極氧化幾種(zhǒng)工藝如下表所示。 配方及工藝條件 1 們木2 3 草酸（g/L) 30 ± 舞筆3 50 ± 5 50 ± 10 溫度（℃) 18 ± 3上煙 30 ± 3 30 ± 3 電流密度（A/dm2) 1～上兒2 1～2 2～3 電壓 （V） 110～120 土能30～35 40～60 氧化時(shí)間（min) 120 30～60 謝鄉30～60 陰極材料 碳棒 碳棒 　電源 直流 直流 交流 在電在場解液中加入某些物質，使其在形成(chéng)氧化膜河西的同時(shí)被(bèi)吸附在膜層中，議訊從而獲得光滑，有光澤,均勻不透明的類似瓷釉和搪林一瓷色澤的氧化膜，稱“瓷質陽極氧化膜”或“瓷質氧化膜”。這(zhè)種(z外員hǒng)氧化膜彈性好(hǎo)，抗蝕性好(hǎo)，染色動數以後(hòu)可得到具有塑料感的外觀。所劇北得膜厚約6～25微米。下面(miàn)是瓷質氧化的兩(liǎng)種(zhǒng)方法：①在硫酸或草酸溶液中加入某些稀有金屬元素（如钛，钍等問外）的鹽類：氧化過(guò)程中，由于這(zhè)些鹽類的水解作用産到光生發(fā)色物質沉積于氧化膜孔隙中，形成視能(chéng)類似瓷釉的膜層，硬度高，可以保輛友持零件的高精度和高光潔程度，但成(chéng)本昂貴，溶液到妹使用周期短，工藝條件要求嚴。②以鉻酐和硼酸的混合液爲陽極氧化液:成(c弟用héng)分簡單，成(chéng)本低，氧化膜彈性好(hǎo)，但硬度為多較前一種(zhǒng)低，可用湖影于一般裝飾性瓷質氧化表面(miàn)處理。瓷質陽極氧化溶液及工藝條讀請件如下表所示。 配方編号 電解液組成匠林(chéng) 質量濃度/ g·L 溫度小司 /℃ 電流密度 /A/dm2 電壓 /V 時(shí)間/min 說(shuō) 明 1 鉻酐草酸硼酸 35～405～125～7 45～55 0.5～1.0 25～40 40～50 1.膜層爲乳白色，月都可以染色 2.膜厚10～ 16μm3.适用于一般裝飾性零件 2 鉻酐硼酸 30～401～3 40～50 起(qǐ)始： 2～3終止：0.1～0.6 逐漸升高90～110保持40～80 升壓時(shí)間<5 保持：35～55總時(shí)間：40～60 1.溶液穩定性好(hǎo)，操作方便，2.火明膜層爲灰色 3.厚度10～15μm4.适用于一般裝飾性零件，成(chéng林劇)本低 3 草酸钛鉀硼酸草酸檸檬酸 35～458～102～51～1.5 24～28 起(qǐ)始：2～3終止：0.6～1.2 逐漸升高90～110保持90～110 升壓時(shí)間5～10 保持：25～30總時(shí)間：40～60 1.膜層爲灰白色，硬度高 2.膜厚8～們好16μm 3.适用于耐磨的高精度零件裝飾4.成(chéng)本高，溶液使用壽土好命短 注：陰極材料可用純鋁，鉛闆或不鏽錢廠鋼闆。在氧化溶液中，各種(zhǒng)組分的又了變化將(jiāng)對(duì)氧化膜的色澤起(qǐ)決定作用:高什如随鉻酐的升高,膜層顔色向(xiàng)不透明灰色方向分低(xiàng)轉化；随硼酸升高,膜層顔色向(xiàng)乳白色方向(xiàn錯懂g)轉化；而随草酸的升高,膜層顔色向(票志xiàng)黃色方向(xiàng)轉化。