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第三讲 表面改性技术（阳极氧化技术） 主要内容 阳极氧化机理 阳极氧化膜的结构和性质 阳极氧化工艺 工艺参数对阳极氧化的影响 膜厚及其均匀性的控制 阳极氧化膜着色简介 阳极氧化新工艺简介 第一节 阳极氧化机理 第二节 阳极氧化膜的结构和特点 第三节 铝及铝合金阳极氧化工艺 其它金属的阳极氧化工艺 第四节 工艺参数对硫酸阳极氧化的影响 第五节 膜厚及其均匀性的控制 第六节 阳极氧化膜着色简介 第七节 阳极氧化新工艺简介 氧化电流密度 朱祖芳. 铝合金阳极氧化与表面处理技术，北京：化学工业出版社，2010. 电流密度要根据对氧化膜质量要求和以下几点确定： 氧化时间 时间增加，硫酸溶液对膜层溶解作用加剧，使膜孔壁变薄，从而耐磨性变差 阳极氧化膜厚控制 阳极氧化膜均匀性控制 着色的作用 耐磨 装饰 耐蚀 着色方法 电解着色 整体着色 吸附着色 整体着色法 概念：采用特定成分的铝合金或在特殊的电解液中 阳极氧化时，获得氧化膜的同时而着上不同 颜色，又称为自然着色法。 缺点：能耗大，成本高，废水处理困难，色泽不鲜 艳，逐渐被电解着色取代。 吸附着色法 概念：将阳极氧化后的铝制品浸渍到带有染料的溶 液中，使多孔层外表面吸附各种染料而呈现 出染料的颜色。 缺点：由于染料存在于多孔层表层，故耐光性、耐 晒性、耐磨性较差。 分类：无机盐着色和有机染料着色。 1）无机盐着色 特点：耐晒性好，但色种少，色调不鲜艳，与基体结合差。 李慕勤，等. 材料表面工程技术，北京：化学工业出版社，2010. * * * * * 阳极氧化：是将零件作为阳极放入特定的电解质溶液 中，在外加电流的作用下，使表面形成具 有保护性氧化膜的表面处理方法。 阳极（铝件）：H2O-2e [O]+H+ 2Al+3[O] 2Al2O3 阴极（铅板）：2H++2e H2 同时伴随酸对铝和氧化膜的化学溶解反应： 2Al+6H+ 2Al3+ +3H2 Al2O3+6H+ 2Al3+ + 3H2O ab段：阻挡层形成。通电瞬间迅速形成致密氧化膜，其厚度与电压成正比，一般0.01-0.015μm； 铝阳极氧化特性曲线与 氧化膜生长示意图 bc段：膜孔的出现。阻挡层形成的同时电解液对其产生溶解作用。某些部位溶解较多，被电压击穿，出现空穴，此时电阻减小，电压下降； cd段：多孔层增厚。电压降到c点趋于平衡，随氧化进行，电压稍有增加，说明阻挡层不断被溶解，空穴逐渐变为孔隙而形成多孔层，电流通过膜孔又会生成新的阻挡层。此时阻挡层生成和溶解速度达到动态平衡，故阻挡层厚度不再变化，只有多孔层不断增厚，当多孔层溶解和生成速度达到动态平衡时，氧化膜厚度稳定。 膜层组成与结构 阻挡层 多孔层 阻挡层：致密无孔的非晶氧 化铝，硬度高。 多孔层：带结晶水的非晶氧化铝，硬度低。由多孔六面柱体 的胞状结构组成，每个单元中心有一小孔，孔一直 贯通到阻挡层，孔壁为较致密的氧化物。 膜层特点 厚度范围：5-20μm（常规氧化膜）； 250-300 μm（硬质氧化膜） 1）硬度高：常规膜100-300 HV，硬质膜在铝合金上达400- 600HV，在纯铝上1500HV. 2）吸附性强：易于吸附涂料、粘结剂和染料等. 3）绝缘性能好：高的绝缘电阻和击穿电压. 4）绝热耐热性能好：低的热导率0.419-1.26W/(mK), 耐热 温度可达1500℃。 5）结合强度高：基体金属直接参与成膜反应，故结合牢固。 6）耐蚀性较好：不耐碱腐蚀，恶劣环境下，要用清漆、蜡 或润滑油进行封闭处理。 硫酸阳极氧化工艺（以硫酸作为电解液） 工艺流程：表面整平—除油—浸蚀或抛光—阳极 氧化—着色处理—封闭处理—干燥 优点： 李慕勤，等. 材料表面工程技术，北京：化学工业出版社，2010. 铬酸阳极氧化工艺 优点：氧化膜不透明，为浅灰色或乳白色，厚度仅2-5微米， 孔隙率低，所以工件仍能保持原来的精度和表面光洁 度，因此该工艺适用于精密零件。 缺点：膜层软，耐磨性较差，不易染色。 李慕勤，等. 材料表面工程技术，北京：化学工业出版社，2010. 草酸阳