铝的阳极氧化与表面着色物化实验报告.pdfVIP

铝的阳极氧化和着色 --氧化时间对氧化膜性能的影响 1 研究进展 铝由于其比重小，加工性能好，导电、热性能优良，塑性好，抗大 气腐蚀能力强，易于成形，价格便宜等优点在轻工，建材，航天等领域 广泛应用。 铝在空气中可自然形成一层氧化膜，起到一定的防护作用，但这 种在空气中自然形成的膜性能并不足以真正地保护铝基体。因而人们 研究了各类方法以制得性能优良的氧化膜，阳极氧化法是其中最为常 用的一种。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能、很高的耐蚀性，同 时 具有较强的吸附性，可对其进行着色处理获得诱人的装饰外观。 铝阳极氧化的方法可以根据是电解液的不同分为硫酸法、草酸法、 铬酸法、磷酸法、有机酸法和混合酸法等。阳极氧化使用的 电源从开 始时的直流电，发展到交流 电、交直流叠加、方波脉冲电源等。用硫酸 配 电解液直流 电进行阳极氧化，是最为经典的方法，此法具有工艺简 单、溶液稳定、操作简便和成本低等优点。硫酸具有强导电性，所以氧 化时所需的 电压低，而且它对新生成的氧化膜有较强的溶解作用，不 宜长时间通 电，通电 10-15min 即可获得厚度为 5-20μm 的氧化膜，膜 的硬度高、孔隙多、吸附力强、易着色，将孔隙封闭后有较高的抗蚀能 力。 1 用硫酸配电解液直流 电进行阳极氧化时，铝的阳极氧化膜性能受 到诸多因素的影响，主要包括电流密度、硫酸浓度、氧化时间、添加剂 等。铝在阳极氧化时，电流密度对氧化膜的生长关系很大：在相同条件 下，一定范围内提高电流密度，有利于氧化膜的生长，其膜厚随电流 密度的增大而增大；提高 电流密度有利于氧化膜的生长，但电流密度 增大的同时，电流效率下降，微孔内的热效应加大，促使膜的孔隙率 也增大，导致氧化膜的硬度和比耐蚀性下降。在工业生产上，铝的阳 2 极氧化通常采用的 电流密度为 1.5-2.0A/dm 。 2 实验部分 2.1 实验原理 2.1.1 铝的阳极氧化 铝制品作阳极，以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化，形成较厚的 Al O 氧化膜： 2 3 阴极：2H＋＋2e－→H ↑ 2 阳极：Al ＋3e－→Al3 ＋ Al3 ＋＋3H O→Al(OH) ＋3H＋ 2 3 Al(OH) →Al O ＋3H O 3 2 3 2 由于酸的作用，生成的氧化膜的最弱点会发生局部溶解（Al O ＋ 2 3 6H＋=2Al3 ＋ ＋3H O），出现的孔隙使得铝与 电解液接触，又重新氧化 2 生成氧化膜。随着氧化时间的延长，膜不断溶解与修补，氧化反应不 2 断纵深发展，从而使制品表面生成薄而致密的内层和厚而多孔的外层 所组成的氧化膜。要使 Al O 氧化膜顺利形成，必须使 电极上氧化膜 2 3 形成的速率大于氧化膜溶解的速率，因此在铝的阳极氧化过程中，要 控制好氧化条件。 2.1.2 铝氧化膜的着色 由于氧化膜表面是由多孔层构成且比表面积大，具有很高的化学 活性，因而可以对氧化膜进行表面着色。 阳极氧化膜着色方法大体有三种类型：浸渍着色、 电解着色和整 体着色。本实验主要是浸渍着色（翠绿着色）。 氧化膜对翠绿色有机着色液的物理吸附和化学吸附，其化学吸附 是指氧化铝与有机着色液官能团发生络合反应。 2.1.3 氧化膜的封闭处理 氧化膜的表面多孔，在这些孔隙中可以吸附染料也可以吸附结晶 水。可以用沸水法将着色好的铝片进行封闭处理，其原理是利用无水 Al O 发生水化作用： 2 3 Al O ＋H O=Al O ·H O