铝阳极氧化及其应用知讲讲座课件

报告人：郏景省导师：王树东

研究员Lab.ForEnergy&EnvironmentalEngineeringDalianInstituteofChemicalPhysicsChineseAcademyofSciences2005年11月SeminarI铝阳极氧化及其应用 SeminarI铝阳极氧化及其应用1阳极氧化定义原理概述应用膜微孔结构膜生长原理实例详解阳极定义概述膜微孔膜生长实例2概述铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。初期应用表面改性——耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。近期应用精密分离膜：耐热、可调孔径、规整AAO模板：制作纳米功能材料概述铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制3初期应用

[1]

耐磨耐腐蚀材料建筑装饰材料电绝缘材料初期应用[1]耐磨耐腐蚀材料建筑装饰材料电绝缘材料4新方向：AAO模板纳米孔径可调高度有序结构功能材料精密分离膜溶解？新方向：AAO模板纳米孔径可调高度有序结构功能材料精密分离膜5功能材料偏光器件[2]

微孔中沉积Ni，光照射到膜表面时,会产生与孔垂直方向的光(H偏光)和与孔平行方向的光(V偏光)，二者光衰减常数不同。光电材料[3]

微孔中沉积荧光物质磁记录材料[4]

微孔中沉积Fe、Co等磁性金属,高度垂直磁性记录介体湿度传感器[5]阳极氧化膜所吸附的水分不同,其电阻会改变催化剂载体[6]

大比表面积，有序孔结构2.SaitoM,KiriharaM,SearsonPC,etal.[J].Appl.PhysLett,1989,55(7):607.3.水木一成等.金属表面技术,1987,38(12):561～5634.ChienaCL,SunL.[J].JMagnMagnMater,2002,249:146-155.5.DavydovDN,SattariPA,OsikaA,etal.[J].JAppl.Phys,1999,86(7):398323987.6.Patermarakis1G,NicolopoulosN.[J].JCatal,1999,187:3112320.功能材料偏光器件[2]2.SaitoM,Kirih6铝阳极氧化的一般原理阳极：铝或铝合金制品阴极：在电解溶液中化学稳定性高的材料铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。在阴极上在阳极上铝阳极氧化的一般原理阳极：铝或铝合金制品7阳极氧化膜的微观结构阳极氧化膜分类阻挡型氧化膜多孔型氧化膜KHR模型KHR修正模型三层结构模型阳极氧化膜的微观结构阳极氧化膜分类8KHR模型[7]

电子显微镜观察构想7.LoomansM,etal.[J].JournalofElectronicMaterial,1994,23(8):741特例现象六边形膜胞星形中心孔膜胞沿着垂直铝基体表面的垂直电场方向生长

KHR模型[7]电子显微镜观察构想7.Loomans9KHR修正模型[8]

高倍透射电镜观察修正圆形中心孔指出AAO结构取决于氧化电压、电解液、温度等相关参数广泛接受8.O’SullivanJP,WoodGC.[J].ProcRSocLondon,1970,A(317):511KHR修正模型[8]高倍透射电镜观察修正圆形中心孔广泛8.10微孔结构生长机理微孔生长11阳极氧化膜的生长机理电场支持下的溶解模型临界电流密度模型体膨胀应力模型阳极氧化膜的生长机理电场支持下的溶解模型12电场支持下的溶解模型[9]

该模型认为：在酸性电解溶液中，铝的阳极化过程包括阻挡层形成、阻挡层溶解和多孔层稳定生长3个阶段。恒压阳极氧化时电流密度－时间变化曲线时间电流密度9.肖克来提.无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究[D].中国科学院博士优秀论文,1999.电场支持下的溶解模型[9]该模型认为：在酸性电解溶液中，铝13临界电流密度模型[10]

观点：对于特定浓度与温度的电解液,阳极氧化过程总存在一个临界电流密度Jc，该临界值决定了氧化膜的类型。10.XuY,ThompsonGE,WoodGC.[J].TransInstMetFinish,1985,63:69致密型;无Al3+损失致密型;部分Al3+损失致密型;全部Al3+损失

多孔型；膜被侵蚀临界电流密度模型[10]观点：对于特定浓度与温度的电解液14体膨胀应力模型[11]11.JessenskyO,MullerF,GoseleU.[J].Appl.Phys.Lett.,1998,72(10):1173形成氧化铝产生裂纹电流密度增大局部升温裂纹合拢反复裂纹、合拢圆形膜孔六方膜胞六方排列能量最低圆孔表面积最小自组织原理体膨胀应力模型[11]11.JessenskyO,15阳极氧化应用实例[12]

装饰材料的制备过程：表面处理阳极氧化应用实例[12]装饰材料的制备过程：表面处理16表面处理铝材及制品的表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷。处理过程包括：脱脂：除去表面油污赃物碱蚀：进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤中和:用酸清洗,除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面表面处理铝材及制品的表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷。17阳极氧化处理以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化，从而得到所需的氧化铝膜阳极氧化处理以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳极化18染色处理一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03μm，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030μm，着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。染色处理一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03μm，而19封孔处理提高铝件质量和染着色牢固。经过封闭处理后表面变的均匀无孔，形成致密的氧化膜。经封闭后的氧化膜不再具有吸附性，可避免吸附有害物质而被污染或早期腐蚀。封孔处理提高铝件质量和染着色牢固。20总结表面改性功能材料缺陷斑点微孔结构生长机理总结表面功能缺陷微孔结构21参考文献参考文献22ThanksThanks23

报告人：郏景省导师：王树东

研究员Lab.ForEnergy&EnvironmentalEngineeringDalianInstituteofChemicalPhysicsChineseAcademyofSciences2005年11月SeminarI铝阳极氧化及其应用 SeminarI铝阳极氧化及其应用24阳极氧化定义原理概述应用膜微孔结构膜生长原理实例详解阳极定义概述膜微孔膜生长实例25概述铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。初期应用表面改性——耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。近期应用精密分离膜：耐热、可调孔径、规整AAO模板：制作纳米功能材料概述铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制26初期应用

[1]

耐磨耐腐蚀材料建筑装饰材料电绝缘材料初期应用[1]耐磨耐腐蚀材料建筑装饰材料电绝缘材料27新方向：AAO模板纳米孔径可调高度有序结构功能材料精密分离膜溶解？新方向：AAO模板纳米孔径可调高度有序结构功能材料精密分离膜28功能材料偏光器件[2]

微孔中沉积Ni，光照射到膜表面时,会产生与孔垂直方向的光(H偏光)和与孔平行方向的光(V偏光)，二者光衰减常数不同。光电材料[3]

微孔中沉积荧光物质磁记录材料[4]

微孔中沉积Fe、Co等磁性金属,高度垂直磁性记录介体湿度传感器[5]阳极氧化膜所吸附的水分不同,其电阻会改变催化剂载体[6]

大比表面积，有序孔结构2.SaitoM,KiriharaM,SearsonPC,etal.[J].Appl.PhysLett,1989,55(7):607.3.水木一成等.金属表面技术,1987,38(12):561～5634.ChienaCL,SunL.[J].JMagnMagnMater,2002,249:146-155.5.DavydovDN,SattariPA,OsikaA,etal.[J].JAppl.Phys,1999,86(7):398323987.6.Patermarakis1G,NicolopoulosN.[J].JCatal,1999,187:3112320.功能材料偏光器件[2]2.SaitoM,Kirih29铝阳极氧化的一般原理阳极：铝或铝合金制品阴极：在电解溶液中化学稳定性高的材料铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。在阴极上在阳极上铝阳极氧化的一般原理阳极：铝或铝合金制品30阳极氧化膜的微观结构阳极氧化膜分类阻挡型氧化膜多孔型氧化膜KHR模型KHR修正模型三层结构模型阳极氧化膜的微观结构阳极氧化膜分类31KHR模型[7]

电子显微镜观察构想7.LoomansM,etal.[J].JournalofElectronicMaterial,1994,23(8):741特例现象六边形膜胞星形中心孔膜胞沿着垂直铝基体表面的垂直电场方向生长

KHR模型[7]电子显微镜观察构想7.Loomans32KHR修正模型[8]

高倍透射电镜观察修正圆形中心孔指出AAO结构取决于氧化电压、电解液、温度等相关参数广泛接受8.O’SullivanJP,WoodGC.[J].ProcRSocLondon,1970,A(317):511KHR修正模型[8]高倍透射电镜观察修正圆形中心孔广泛8.33微孔结构生长机理微孔生长34阳极氧化膜的生长机理电场支持下的溶解模型临界电流密度模型体膨胀应力模型阳极氧化膜的生长机理电场支持下的溶解模型35电场支持下的溶解模型[9]

该模型认为：在酸性电解溶液中，铝的阳极化过程包括阻挡层形成、阻挡层溶解和多孔层稳定生长3个阶段。恒压阳极氧化时电流密度－时间变化曲线时间电流密度9.肖克来提.无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究[D].中国科学院博士优秀论文,1999.电场支持下的溶解模型[9]该模型认为：在酸性电解溶液中，铝36临界电流密度模型[10]

观点：对于特定浓度与温度的电解液,阳极氧化过程总存在一个临界电流密度Jc，该临界值决定了氧化膜的类型。10.XuY,ThompsonGE,WoodGC.[J].TransInstMetFinish,1985,63:69致密型;无Al3+损失致密型;部分Al3+损失致密型;全部Al3+损失

多孔型；膜被侵蚀临界电流密度模型[10]观点：对于特定浓度与温度的电解液37体膨胀应力模型[11]11.JessenskyO,MullerF,GoseleU.[J].Appl.Phys.Lett.,1998,72(10):1173形成氧化铝产生裂纹电流密度增大局部升温裂纹合拢反复裂纹、合拢圆形膜孔六方膜胞六方排列能量最低圆孔表面积最小自组织原理体膨胀应力模型[11]11.JessenskyO,38阳极氧化应用实例[12]

装饰材料的制备过程：表面