铝阳极氧化工艺基本原理课件

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脱脂
• 有机溶剂脱脂 • 表面活性剂脱脂 • 碱性溶液脱脂 • 酸性溶液脱脂 • 电解脱脂 • 乳化脱脂
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碱蚀剂
• 碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化 钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀 或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后 的补充处理，以便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。从而 使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并 获得较高质量的膜层。
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氧化膜成长机理
• 在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间 内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的 作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生 局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙 的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新 的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层 新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化时间的延长， 膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又 薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。其内层（阻挡层、介 电层、活性层）厚度至氧化结束基本都不变，位置却不断向深处推移；而 外层在一定的氧化时间内随时间而增厚。
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铝阳极氧化膜优点
（1）、耐蚀性； （2）、硬度和耐磨性，铝基体的硬度为HV100，普通阳 极氧化膜的硬度约HV300，硬质氧化膜可达HV500。 （3）、装饰性，不尽可保护抛光表面的光泽，也可染色、 着色，获得和保持丰富多彩的外观。 （4）、电绝缘性。 （5）、透明性。 （6）、功能性
铝阳极氧化工艺基本原理
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铝的物理特性
（1）、铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝的密 度为2.7g/cm3。
（2）、塑性高：铝及铝合金延展性好，可以通过挤压、 轧制成各种型状的材料；
（3）、导电好。仅次于金、银、铜。 （4）、耐腐蚀。易生成氧化膜后具有很好的耐腐蚀性， 一般在空气中不反应。 （5）、易表面处理。如阳极氧化、电镀、电泳、喷涂 等，提高了铝的装饰性和保护效果。
• 阳极氧化膜由两层组成，多孔的厚的外层是在具有 介电性质的致密的内层上上成长起来的，后者称为 阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究， 膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状 孔，它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的阻挡 层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个 蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层是又无数个这样 的晶胞组成。阻挡层是又无水的氧化铝所组成，薄 而致密，具有高的硬度和阻止电流通过的作用。
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铝合金基本常识
• 第一位数：主要添加合金元素(如1050、5052、6063等) 。
1：纯铝 2：主要添加合金元素为铜 3：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4：主要添加合金元素为硅 5：主要添加合金元素为镁 6：主要添加合金元素为硅与镁 7：主要添加合金元素为锌与镁 8：不属於上列合金系的新合金
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铝的化学特性
（1）、铝的化学性质活泼，在干燥空气中铝 的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜，使铝不 会进一步氧化并能耐水；
（2）、铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔 融的铝能与水猛烈反应，高温下能将许多金属氧 化物还原为相应的金属；
（3）、铝是两性的，既易溶于强碱，也能溶 于稀酸。
（4）、铝在大气中具有良好的耐蚀性，但纯 铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构 材料使用的各种铝合金。
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阳极氧化的种类
• 按电流形式分为：直流电阳极氧化，交流电阳极氧 化，脉冲电流阳极氧化。
• 按电解液分有：硫酸、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。
• 按膜层性子分有：普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质 膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层。
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阳极氧化膜结构
中和(除渍)
• 铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或 热的清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中， 所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰 和残留碱液，以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗， 这种过程称为中和、除渍或出光处理。
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基本组成
• 工艺过程是制品在300-400g/L硝酸溶液中，室温 下浸洗。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰，可用 硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液，于室温下处 理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L 和氧化铬5-15g/L的溶液中于室温下进行。各道工 序间的水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残 留液和可溶于水的反应产物，使下道工序槽液免 遭污染
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基本组成
• 一般采用氢氧化钠，有的另外还添加调节剂（NaF、 硝酸钠），结垢抑制剂（葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒 石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷 酸盐）、去污剂。
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化学抛光
• 两酸(磷酸、硫酸)\(磷 酸、硝酸)
• 三酸(磷酸、硫酸、硝 酸)
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普通氧化常用参数范围
电流密度 电解液组成
A/dm2
硫酸，10%20%
1～2
电压 V10～20温度 /度18～22
时间 min
10～30
颜色 透明
膜厚 μm
5～30
特点
易着色， 耐腐蚀
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氧化膜厚度计算
• 阳极氧化生成的氧化膜厚度从理论上可按法拉第第 二定律推导的公式进行计算。 σ= Kit 式中σ为阳极氧化膜厚度（μm），i为电流密度 （A/dm2），t 为氧化时间（min），K为系数。
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阳极化处理
• 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，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为 铝及铝合金的阳极氧化处理。
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阳极氧化的原理
• 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，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出 的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子 氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被 其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成 的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析 出。