阳极氧化的原理及相关知识

。。--可编辑修改-阳极氧化的原理及相关学问铝/铝合金阳极氧化的原理内容：以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其外表形成氧化铝薄膜的过程,称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时,将发生以下的反响：在阴极上,按以下反响放出H2：2H++2e→H2在阳极上,4OH–4e→2H2O+O2,析出的氧不仅是分子态的氧(O2),还包括原子氧(O),以及离子氧(O-2),通常在反响中以分子氧表示氧化,形成无水的12O3膜：4A1+3O2=2A12O3+3351J应指出,生成的氧并不是全部与铝作用,一局部以气态的形式析出。阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多,归纳起来有以下几种分类方法：按电流型式分有：直流电阳极氧化；沟通电阳极氧化；以及可缩短到达要求厚度的生产时间，草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性质分有：一般膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍,这是由于它具有适用于铝及大局部铝合金的阳极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透亮、吸附力量强极易着色；处理电压较低,耗电少；处理过程不必转变电压周期,有利于连续生我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材,它们的外表处理生产线都是承受这种方法。铝及铝合金阳极氧化法综述并且在实际生产中积存了丰富的阅历。已经成熟和正在进展的铝及其合金阳极氧化工艺方法很多，可以依据实际生产需要，从中选取适宜的工艺。在选取氧化工艺之前，应对铝或铝合金材质状况有所了解，由于，材料质量的优劣、所含成份的不同，是会直接影响到铝制品阳极氧化后的质量的。关于这一点，洪1982年第2期P.27)。比方，铝材外表如有气泡、划痕、起皮、粗糙等缺陷，经阳极氧化后，全部疵病照旧会显露出来。而1～2%锰的铝合金，氧化后呈棕蓝色，随铝材中含锰量的增加，氧化后的外表色泽从棕蓝色到深棕色转化。含硅0.6～1.5%的铝合金，氧化后呈灰色，含硅3～6%时，呈白灰色。含锌的呈乳浊色，含铬的呈金黄至灰色的不均匀色调，含镍的呈淡黄色。一般而言，只有含镁和含钛量大于5%的铝含金，经氧化后可以得到无色透亮且光亮、光滑的外观。在选择好铝及铝合金材料后，自然就要考虑到选取适宜的阳极氧化工艺。目前，我国广泛应用的硫酸氧化法、草酸氧化法及铬酸氧化法，均在手册、书刊上有过具体的介绍，不必赘述。本文谨就目前在国内正在进展中的一些工艺，以及国外的一些方法，作扼要的介绍。一、国内已进展的工艺(一)草酸-甲酸混合液沟通快速氧化酸起到对氧化膜内层(阻挡层和障壁层)加速溶解，从而使成为多孔层(即氧化膜外层)37.5%，削减电耗量(草酸氧化法耗电3.32/2/40%。～4士2㎡，温度30±2℃。(二)混合酸氧化此法于1976年正式纳入日本国家标准，并为日本北星日轻家庭用品株式会社所承受。其特点是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐腐蚀性能都比一般的硫酸氧化法高，膜层呈银白色，适用于印花、着色产品。我国铝制品德业赴日考察后，于1979年开头推举使用。其推举工艺配方为:H2SO410～20%，COOHCOOH·2H2O1～2%，电10～20V1～3A/d㎡15～3030(三)瓷质氧化瓷质氧化主要以铬酸、硼酸、草酸钛钾为电解质，用高电压和较高温度作电解处理。其膜层外观像瓷器上的釉，有高度的抗腐蚀性能，耐磨性能良好，膜层可用有机或无机的染料染色，使外观有特别的光泽和色泽。目前多应用于铝炊具、打火机、金笔等产品上，很受群众宠爱。(四)国防色氧化国防色氧化主要应用在军用铝制品的装饰上，因而要求有特别的防护作用。氧化黄色膜层后，再用高锰酸钾20g/l、H2SO41g/l的溶液进展阳极氧化处理而成。沈阳铝制品厂曾应用此工艺生产军用水壶及炊具用品。(五)多色氧化将已染色而未封闭的阳极氧化层，用铬酸或草酸润湿，使CrO3铺展，已染色的制品的部份外表在被CrO3润湿后褪色，按需要在任意部份用水将草酸或铬酸洗去，一般可以停顿与图象反响。然后再染其次次色或反复进展CrO3揩拭、冲水、染色等程序，就可以依据需要消灭花朵、云彩等图案。目前多应用在金杯、水杯、茶盒、打火机等产品。(六)大理石花纹染色工艺把氧化后的制品先染第一道底色后，经枯燥，再浸入外表浮有油脂的水中，再提起或浸入时，油脂和水分别自然流挂，使膜层呈不规章的条纹状的油脂所沾污。当再形成如大理石花纹状的不规章图案。此法可见诸广东国营阳江小刀厂周守禹同志的文章(《电镀与涂饰》19822(七)化学蚀刻氧化铁盐类的浸蚀剂)，形成凹凸图案。再经电化学抛光及阳极氧化，呈现出主体感很强的外表图案，能与不锈钢的外表外观相媲美。现多应用于金笔、茶盒及屏风等。(八)常温快速阳极氧化通常H2SO4氧化均需用降温设备，因而消耗大量电力。参加α-羟基丙酸、丙三醇后，能抑制氧化膜的溶解，从而可在常温下进展氧化。与一般的硫酸氧化法相比，2H2SO4 150～160g/lCH3CH(OH)COOH 18ml/lCH2OHCHOHCH2OH 12ml/l电流密度 0.8～12A/d㎡电压 12～18伏温度 18～22℃(九)化学氧化法(又称导电氧化膜)膜层的抗蚀性能接近于硫酸阳极氧化膜。导电氧化膜层接触电阻较小而能导电、而H2SO4阳极氧化膜因接触电阻极大而不能导电。导电氧化膜的耐腐蚀性能比铝上:CrO34g/l，K4Fe(CN)6·3H2O0.5g/l，NaF1g/l20～4020～60秒。二、国外工艺介绍近几年来，国外在铝材外表处理方面进展得很快，原来的一些费人力、费电力和资源的老工艺已得到改革，一些工艺、技术已广泛应用于工业生产。(一)高速阳极氧化法高速阳极氧化工艺主要是通过转变电解溶液的组成，降低电解液的阻抗，从而使能承受较高的电流密度进展高速阳极氧化。原来旧工艺的溶液，承受1A/d㎡的电流密度的成膜速度为0.2～0.25μ/1A/d㎡的电流0.4～0.5μ/分，大大缩短了处理时间，提高了生产效率。(二)富田式(高速氧化)法33于一般阳极氧化膜，也适用于硬膜氧化。如要产生硬质膜，则用降低溶液温度的方法来实现，其成膜速度大体与上表所列一样。膜层硬度与溶液温度的关系如下:10℃——硬度500H，20℃——400H，30℃——30H(三)红宝石膜铝材外表生成红宝石膜的工艺是一种颖的工艺，其膜层色泽可以与人造红宝石的色泽媲美，因而装饰性效果极佳，抗腐蚀性能和耐磨性能也良好。还可通过溶液中所含金属氧化物之种类不同来制备精彩彩各异的外观。该工艺方法是:首先用15%的硫酸进展阳极氧化，承受的电流密度为1A/d㎡，时间80分钟。取出后可依据颜色深浅程度要求，把工件浸入不同浓度的(NH4)2CrO4溶液中，温度40℃，时间为30分钟，主要是让金属离子进入多孔性的阳极氧化膜孔源中去。然后再放入硫酸氢钠(1克分子量)、硫酸氢铵(1.5克分子量)，温度170℃，电流密度1A/d㎡，经过上述处Fe2(CrO4)3Na2CrO4，则生成的膜呈蓝色带深紫色萤光。(四)浅田法电解着色浅田法电解着色是在阳极氧化之后，通过电流电解，使金属阳离子(镍盐、铜盐、它能获得青铜色系和黑色，受建筑行业的欢送。所着色泽有很稳定的耐光性，也能耐恶劣气候条件。本工艺比自然着色法能节约电能。日本的建筑用铝型材几乎都已承受此法着色。我国天津、营口、广东等地亦已引进了此种技术及全套设备。