第二章铝阳极氧化及阳极氧化膜基础精要.pptVIP

* 铝材表面处理 讲师：李中第二章 铝阳极氧化及阳极氧化膜基础 * 所谓阳极氧化——即把铝型材作为阳极置于电解液中，利用电解作用在制品表面形成多孔性的氧化薄膜。 一、 阳极氧化的种类 按电流形式分有：直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、脉冲电流阳极氧化。 按电解液分：硫酸、草酸、磷酸、铬酸、混合酸及以磺基有机酸为主的自然着色阳极氧化。 按膜层性质分：普通膜、硬质膜、瓷质膜、光干涉膜 二、 阳极氧化原理 铝氧极氧化的原理实际上就是水电解的原理。 阳极： Al－3e → Al3＋ 6OH－→3H2O ＋ 3O2＋ 2Al3＋＋3O2－ → Al2O3＋热量（399卡） 阴极： 2H＋＋2e → H2 氧化膜的生成规律，可通过氧化过程的电压一时间曲线来详细说明。 * 2、铝合金氧化膜生成过程 条件： 20%H2SO4 水溶液，阳极电流密度 DA＝1A/dm2，温度 22℃. 阳极氧化原理图解 ◎阳极→氧化 ◎阴极→还原 整流器 传感器 阳极 (产品） 阳极 电解液 V A 吹风机 冷却 阴极 循环 第一段（曲线ab段）： 在通电十几秒内电压急剧上升，这是由于铝表面形成了连续的、无孔的氧化膜，叫做活性层。由于它具有半导体整流作用，所以又叫阻挡层。 第二段（曲线bc段）： 当电压达到一定数值后，开始下降，一般比最高值下降10 ~ 15%， 这是由于电解液对氧化膜的溶解作用所致，使铝表面产生无数微观孔穴，从而保证电流能够顺利通过。 * 第三段（曲线cd）： 阳极氧化经过20秒以后，电压下降至一定数值就趋于稳定，然后以缓慢的速度上升。这时无孔层的生成速度和溶解速度达到平衡，其厚度不再增加。但氧化反应并未停止，在每个孔穴底部，活性层通过溶解、再生，随时间延长而向纵深发展最后形成了六梭体蜂窝状氧化膜结构，即多孔质层。 活性层厚度约为15×10－9m，针孔内径为10～15×10－9m，壁厚12～15×10－9m，针孔密度大约为4～5亿个/m2，硫酸阳极氧化膜的孔隙率为20 ~ 30%。 * 铝阳极上同时发生氧化膜形成过程和氧化膜溶解过程两个反应。 成膜过程：2Al+3H2O Al2O3+6H++6e 膜溶解过程：Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O * 氧化膜形貌（放大78000倍） * A.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一层致密无孔的阻挡层,其厚度取决于槽电压。B.由于氧化铝原子体积大，故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平，造成电流分布不均匀，凹处电阻小，电流大，凸处相反。C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解，凹处逐渐变成孔穴，凸处变成孔壁，阻挡层向多孔层转移。 D.多孔膜形成过程： 1.阳极氧化初期，电流密度一般均超出临界电流密度，形成均匀的壁垒型膜； 2.壁垒型膜逐渐成长。当电流密度低于临界值时，铝离子不能再形成新膜物质，膜的表面暴露在电解液中受到浸蚀； 3.进一步阳极氧化，溶液对膜的浸蚀变得不均匀； * 4.形成的空洞之间存在发展竞争。这种发展有“自催化”作用； 5.发展较快的空洞(主空洞)在向膜深处和横向发展 6.主空洞继续沿纵向和横向发展，相邻主空洞之间互相靠近，主空洞之间的小空洞停止生长； 7.空洞停止横向发展，仅沿纵向深入，孔径固定。此时，空洞的产生及发展阶段结束，阳极氧化进入稳态阶段。 硫酸阳极氧化影响因素 工艺成熟；耐蚀性和耐磨性好 ；易着色。 槽液搅拌 带走氧化过程中的热量 电流密度 膜厚度与电量成正比 外加电压 决定阳极氧化膜结构 氧化时间 影响膜层厚度 硫酸浓度 影响成膜速度 槽液温度 影响成膜速度等 阳极氧化 影响因素 H2SO4:15%±2%；Al3+：5g/L；温度：21±10oC；电流密度：1.3A/dm2 硫酸浓度的影响 1-5052；2-6063；3-1200； 4-4043；5-5005；6-3003 硫酸浓度与氧化膜耐蚀性的关系 1. 硫酸浓度增加，氧化膜耐蚀性下降；成膜效率低，电耗高； 2. 硫酸浓度太低，成膜周期长，效率低，电耗高； 3. 为流程速控步骤，关键是硫酸浓度、膜质量、电耗的平衡点。 1-5%；2-15% 3-30%；4-50% 硫酸浓度与氧化膜质量的关系 1-10V 2-15V 3-20V 4-25V 5-30V 硫酸浓度、温度和电压的关系 1-10℃ 2-21 ℃ 3-30 ℃ 4-50 ℃ 槽液温度与氧化膜耐蚀性的关系 1-5052；2-5005； 3-3004；4-1100； 5-1070；6-3003； 7-6063；8-7072