铝的阳极氧化和着色华南师范大学物化实验
铝的阳极氧化实验报告
铝的阳极氧化实验报告铝的阳极氧化及表面着色——甘油添加剂对氧化膜性能的影响摘要:本实验探讨了在铝的阳极氧化实验中,不同浓度的甘油添加剂下铝形成的氧化膜的性能,包括着色、耐腐蚀性、绝缘性以及氧化膜的厚度。
得出了随着甘油添加剂浓度的增大,铝表面的氧化膜厚度增加以及在添加剂浓度为5mL/L时着色效果最好等的结论。
关键词:铝的阳极氧化氧化膜甘油添加剂Abstract:This study investigated the anodic oxidation of aluminum experiments, at different concentrations of glycerol additive of aluminum oxide film formation properties, including color, corrosion resistance, insulation and the thickness of oxide film. Obtained with the concentration of glycerol additive increases, the aluminum surface of the oxide film thickness and concentration of glycerol additive of 5mL/L and so when the conclusions of the best coloring.Keywords : the Anodic of Aluminum; Oxide film; the Glycerol Additive1研究进展近十年来,我国的铝氧化着色工艺技术发展较快,很多工厂已采用了新的工艺技术,并且在实际生产中积累了丰富的经验。
已经成熟和正在发展的铝及其合金阳极氧化工艺方法很多,可以根据实际生产需要,从中选取合适的工艺。
铝合金阳极氧化膜与着色技术-实验二
表面技术概论实验指导书之一实验一铝阳极氧化膜与着色技术实验一、实验目的1.了解转化膜与着色技术的实际意义。
2.了解铝的阳极氧化和着色的原理。
3.掌握铝阳极氧化膜与着色技术工艺方法。
二、实验原理表面转化膜与着色技术是材料表面工程技术中的重要分支之一,应用非常广泛。
转化膜技术是通过化学或电化学方法,使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观的一类技术,其形成方法是:将金属工件浸渍于处理溶液中,通过化学或电化学反应,使被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应,在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。
转化膜以“基体金属发生溶解、参与反应”,形成的是“难溶的化合物膜层”及“不改变金属外观”区别于电镀层、化学镀层或有机涂层等其它表面处理层。
(一)铝的阳极氧化轻金属材料的阳极氧化属于表面转化膜技术中的分支之一。
轻金属材料重量轻、导电导热性好,但这些材料耐腐蚀性差,容易产生晶间腐蚀,耐磨性比较低。
通过阳极氧化处理,可在其表面生成一层厚度达几十到数百微米的氧化膜。
根据不同用途,阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。
铝在大气中会自然形成非晶态的氧化铝膜,厚度为4~5μm。
这层膜不致密,耐腐蚀性差。
人工形成阳极氧化膜是在一定的电解池中进行的。
将铝制件作为阳极,其它材料(如铅、铝等)作为阴极置于电解池(如以硫酸溶液作为电解液)中,通上直流电,这时可以观察到在阳极上和阴极上都有气体析出。
阳极析出氧气,阴极析出氢气。
而阳极上析出的氧大部分与铝作用生成了Al203(氧化膜) (见图1)。
氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果:一个是电化学过程,它产生氧并与铝作用生成从Al203,另一个是化学过程,生成的Al203膜被电解液溶解成为多孔层。
没有溶解过程,Al203膜就不能导电,反应不能继续。
其次,氧化膜的生成速度必须大于溶解速度,否则膜层不能增厚。
铝阳极氧化过程的电极反应可简单地描述如下:硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为阳极氧化一开始,铝表面立即生成一层致密的氧化膜。
实验八铝的阳极氧化法表面修饰
铝的阳极氧化法表面修饰与着色一实验目的1.了解铝阳极氧化法表面修饰的基本原理及方法。
2.了解铝阳极氧化后氧化膜的质量检验方法,以及着色技术。
二实验原理铝及其合金在空气中都会在其表面自然生成一层极薄的氧化膜(0.01~0.5μm)。
这层氧化膜是无定形的,因此使表面失去原有的光泽,而且因氧化膜疏松多孔不均匀,它虽有一定的抗腐蚀作用,但不可能有效地防止铝及其合金遭受进一步的氧化、腐蚀。
用电化学方法在铝或铝合金表面生成较厚的致密氧化膜,该过程称为阳极氧化。
这种人工氧化膜经过适当处理(封闭)后,无定形氧化膜转化为晶形氧化膜,孔隙被消除,膜层硬度增高,耐磨性、抗腐蚀性、电绝缘性也大大提高,光泽度增强,能经久不变,还可经适当染色处理而得到理想的外观。
因此,铝的表面氧化处理在许多工程技术中得到广泛的应用。
工业上,铝阳极氧化采用的电解液主要有三种:硫酸、草酸和铬酸。
采用不同的电解液,可以获得不同厚度的具有不同机械性能和物理化学性能的氧化膜。
以铅(或石墨)为阴极、铝为阳极,在H2SO4溶液中进行电解,两极反应如下:阴极:6H++6e一= 3 H2↑阳极:2Al -6e-= 2Al3+2A13++ 6H2O = 2Al(OH)3+ 6H+2Al(OH)3= A12O3+3H2O电解过程中,H2SO4又可以使形成的A12O3膜部分溶解,所以氧化膜的生长依赖于金属氧化速度和A12O3膜溶解的速度。
要得到一定厚度的氧化膜,必须控制适当的氧化条件,使氧化膜形成速度大于溶解速度。
阳极氧化所得的膜是整片玻璃状的无水氧化铝(Al2O3),其厚度一般在0.01~0.1μm之间。
膜的外层较软,是由水合氧化铝(Al2O3·H2O)组成的,膜层空隙率高,吸附能力强,容易染色。
因此,把氧化后的铝制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色,可得到各种鲜艳的颜色,提高表面的美观度。
因氧化膜呈正电性,故应选用负电性而且易溶于水的阴离子染料。
实验7铝的阳极氧化和着色实验资料
乔. 铝及铝合金的阳极氧化研究综述. 全面腐蚀控制[J].2002(16).
.铝及其合金阳极氧化技术研究的进展.材料保护.2001(9)B22.
. 铝材阳极氧化中电流密度与铝膜质量间的关系[J]. 苏州大学学报. 1998(14).
.物理化学实验[M].北京:化学工业出版社,2007.12(150-155).
2)绝缘性:三组都不分彼此,电阻均为无穷大。
5 mA/cm2条件下电解
3)耐腐蚀性:第一组耐腐蚀性最差,第二完全不被腐蚀,效果很好,第三组虽然在三十分
原因是:第一组电流密度太低形成的膜很薄,容易被腐蚀,第三组提高电流密度有利于
4)氧化膜的膜厚度:由图二可知氧化膜厚度随着电流密度的增加而增加。
O3+3 H2O =Al2O3.3H2O
Al
O3水化结果,使氧化物体积增大,将孔隙封闭。
实验方案设计
探讨因素
探讨某一因素对阳极氧化膜的影响,给出所探讨的
。
20%、通电时间为20min、室温条件、无添加剂的情况下,探讨
10mA/cm2、15mA/cm2、20mA/cm2三个电流密度。
表征手段
δ,列表如下:
10mA/cm2 15mA/cm2 20mA/cm2
/μm 0.8715 6.0458 8.8235
成品展示
讨论
文献值参考
1)较高的电流密度虽有利于膜厚度的增加,但是容易造成铝片表面过热而使氧化膜疏松。
15~20A/dm2。5
2)电流密度的影响:阳极氧化与电流密度关系很大。电流密度高,氧化膜生成较快,微孔
5 mA/cm2以下,电解
后处理
、浸泡着色
1)取一小片铝片,,放入翠绿着色液中着色10min;
铝的阳极氧化实验报告
物理化学实验报告学生姓名:学号:专业:化学年级,班级:课程名称:中级物化实验组员:实验项目:铝的阳极氧化与表面着色——电解液浓度对氧化膜性能的影响指导老师:孙艳辉一、研究进展近年来,铝的阳极氧化由于其氧化膜多孔的特性及良好的应用前景受到广泛的关注和深入研究。
目前,国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫酸阳极氧化,铬酸阳极氧化,草酸阳极氧化, 瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等,这些方法都有成熟的工艺规范[1]。
而且,大都采用二次氧化的方法[2]。
在电解液浓度的影响方面,张莹[2]等认为对于酸性电解液来说,随着其浓度的不断增大,氧化膜的极限厚度先增大而后减小,因此电解液的浓度应控制在一定的范围内。
张勇[3]等用磷酸做电解液时发现当磷酸的浓度为0. 4 mol/ L 时,生成的氧化膜厚度最大。
巩运兰[4]等用铬酸做电解液时发现随着铬酸浓度的增加,铝的氧化膜阻挡层厚度变薄。
二、实验部分1.实验原理1.1铝的阳极氧化将铝制品作阳极,以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化,可形成较厚的氧化膜,膜的主要成分是Al2O3,其反应历程比较复杂。
以Al为阳极,Pb为阴极,H2SO4溶液为电解质为例,电解时的电极反应为:阴极:阳极:阳极上的Al被氧化,且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时,由于阳极反应生成的H+和电解质H2SO4 中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解: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,生成极薄而又非常致密的膜,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。
华南师大物化报告铝的阳极氧化
华南师范大学实验报告学生姓名__________ 螯蚯_________ 学号114专业一化学(师范) 年级、班级2015级化师(4)班课程名称理化学实验实验类型■验证□设计□综合实验时间2018年3月15日实验指导老师. 李国良老小组成员黎昕114 朱海燕110铝的阳极氧化与表而着色一一草酸添加剂的影响一、前言1.实验背景铝作为自然界中比较活泼的金属,在空气中能形成一层厚度为一的氧化膜,这层天然的氧化膜为非晶态,薄而多孔,机械强度低⑷。
它虽然对铝具有一左的防护能力,但远远满足不了人们对铝及英合金在装饰,防护与功能性应用等方而的要求。
因此,铝在电解液中的阳极氧化处理工艺得到了不断的发展。
自从Keller匕:通过电镜得到氧化铝多孔膜结构模型开始,铝的阳极氧化膜的使用价值越来越髙。
最近,由于其良好的结构特性,在很多领域又有了新的用途。
阳极氧化是利用电解作用使金属制件表而形成氧化物薄膜的过程。
金属表面形成的致密的氧化物具有阻I匕金属与空气的接触,达到保护金属的目的。
近几十年来,铝阳极氧化技术有了很多新的突破,在硬质阳极氧化方而,通过在电解液中添加有机酸或多元醇川或利用脉冲电流与直流叠加⑸等方法,提高氧化膜的耐蚀性和耐磨性。
进入70年代后期,人们由最初追求胜及电绝缘性的氧化膜而转向以多孔膜为基础的各类功能性膜材料的应用研究。
铝在酸性条件下阳极氧化,形成具有特殊结构的氧化膜。
这种膜孔径均一,孔径范围窄,孔隙率高,孔道严格垂直于表而,具有大的表而积,其良好的排列方向性,表现出不同寻常的物理,化学特性,兼具深层膜和筛网膜的特点。
这种特殊的孔结构能够满足过滤的要求,使其成为一种新的制膜方法。
该膜属于无机膜,较目前普遍使用的有机膜具有较高的耐热性,耐有机溶剂,机械强度高等特点,具有良好的应用前景。
目前,国外己经生产出性能优良的阳极氧化铝膜,Alca可Anotec公司生产的Anopore膜就是利用该法生产岀来的,但其具体工艺过程仍属商业机密,且价格昂贵。
铝的阳极氧化与表面着色打印(叶秋耀)分析
铝的阳极氧化与表面着色通电时间对氧化膜性能的影响姓名:叶秋耀学号:20092401073班别:09级化学4班实验时间:2012年4月11日指导老师:马国正【摘要】本实验中主要介绍了在固定铝的阳极氧化的其他最佳工艺条件下,探讨通电时间对氧化膜性能的影响。
并对氧化膜进行着色、氧化膜厚度测定、绝缘性和耐腐蚀性测定的表征。
【关键词】铝的阳极氧化氧化膜通电时间Abstract:This experiment explores the Energized time on the properties of oxide film in a fixed optimum condition of the anodized aluminum. And coloring oxide,oxide film thickness measurement,the insulativity measurement and characterization of corrosion resistance measurement.Keywords:the Anodic of Aluminum,Anodic Film,the Energized time1.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,同时还具有较强的吸附性,可对其进行着色处理获得诱人的装饰外观。
铝的阳极氧化,是指在一定的电解液中,以铝为阳极进行电解,从而使其表面形成氧化物薄膜的过秳。
通过铝阳极氧化法可以在铝表面上获得足够厚的氧化膜,且膜层具有硬度高、绝缘性好、耐蚀性强、吸附能力强等特点。
铝的阳极氧化染色实验报告
铝的阳极氧化染色实验报告【实验名称】铝的阳极氧化染色。
【实验目的】对铝进行阳极氧化,并进行染色处理。
【实验原理】以铝或铝合金制品为阳极,置于电解质溶液中进行通电处理,使其表面形成氧化膜,这样形成的氧化膜比在空气中自然形成的氧化膜耐蚀能力更好。
氧化膜具有较强的吸附性,利于进行染色处理。
经过阳极氧化后,铝制品的耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。
(1)阳极氧化原理以铝或铝合金制品为阳极,硫酸为电解质溶液进行通电处理,铝被氧化形成无水的氧化膜。
阴极:2H+ + 2e- = H2↑阳极:2Al + 3H2O – 6e- = Al2O3 + 6H+氧化膜在生成的同时,又伴随着氧化膜被溶解的过程。
Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O溶解出现的孔隙使铝与电解液接触,又重新氧化生成氧化膜,循环往复。
控制一定的工艺条件(硫酸浓度和温度等)可使氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率,利于氧化膜的生成。
(2)着色原理铝的阳极氧化膜多孔隙,对染料有良好的物理吸附和化学吸附性能,在铝阳极氧化膜上进行浸渍着色或电解着色,可达到耐蚀和装饰目的。
无机盐着色:将制品依次浸入两种无机盐溶液中,两种无机盐在氧化膜孔隙内反应生成有颜色的无机盐并沉积在孔隙中。
有机染料着色:阳极氧化膜对染料有物理吸附作用,有机染料官能团与氧化膜也会发生络合反应。
有机染色色种多且色泽艳丽,但耐磨、耐晒、耐光性能差。
(3)封闭原理铝阳极氧化膜必须进行封闭处理。
沸水法是常用的封闭方法。
在沸水中,氧化膜表面及孔壁的无水氧化膜水化,形成非常稳定的水合结晶膜,从而达到封闭孔隙的目的。
Al2O3 + H2O = Al2O3·H2O此外还有蒸汽封闭法、盐溶液封闭法和填充有机物封闭法等。
本实验将铝以硫酸为电解质溶液进行阳极氧化,用硫代硫酸钠溶液和高锰酸钾溶液进行浸渍着色,用沸水法封闭。
【实验用品】铝片、铜片、氢氧化钠、硫酸、高锰酸钾、硫代硫酸钠、水、天平、量筒、烧杯、玻璃棒、水槽、直流电源、电流表、鳄鱼夹、导线、砂纸。
实验一铝阳极氧化与着色
实验一铝阳极氯化与染色技术一、表而预处理无论采用何种方法加工的铝材及制品,表而上都会不同程度地存在着污垢和缺陷,如灰尘、金属氧化物(天然的或髙温下形成的氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(主要成分是脂肪酸和含氮的化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。
因此在氧化处理之前,用化学和物理的方法对制品表面进行必要的淸洗,使其裸露纯净的金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。
(-)脱脂铝及铝合金表而脱脂有有机溶剂脱脂、表而活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。
几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。
在这些方法中,以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。
表-1脱脂及主要工艺有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂,常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。
有机溶剂仅用于小批虽:小型的或极污秽的制品脱脂处理。
表面活性剂是一些在很低的浓度下,能显著降低液体表面张力的物质。
常用于脱脂的表而活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。
碱性脱脂溶液的配方非常多,传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠,其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳泄作用,溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。
汕脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘汕和相应的髙级脂肪酸。
电解脫脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。
在碱性溶液中阴极电流脱脂,阳极最好为镀银钢板。
其在铝及铝合金表而处理中不常用。
乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液,并添加有降低表而张力及对各相均有亲和力的去污剂。
(二)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而淸洗的过程,通常也称为碱腐蚀或碱洗。
英作用是作为制品经某些脱脂方法脫脂后的补充处理,以便进一步淸理表而附着的油污赃物;淸除制品表而的自然氧化膜及轻微的划擦伤。
实验一 铝阳极氧化及着色
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电,通力根1保过据护管生高线产中敷工资设艺料技高试术中卷0资不配料仅置试可技卷以术要解是求决指,吊机对顶组电层在气配进设置行备不继进规电行范保空高护载中高与资中带料资负试料荷卷试下问卷高题总中2体2资,配料而置试且时卷可,调保需控障要试各在验类最;管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况1卷中下安,与全要过,加度并强工且看作尽护下可1都关能可于地以管缩正路小常高故工中障作资高;料中对试资于卷料继连试电接卷保管破护口坏进处范行理围整高,核中或对资者定料对值试某,卷些审弯异核扁常与度高校固中对定资图盒料纸位试,置卷编.工保写况护复进层杂行防设自腐备动跨与处接装理地置,线高尤弯中其曲资要半料避径试免标卷错高调误等试高,方中要案资求,料技编试术写5、卷交重电保底要气护。设设装管备备置线4高、调动敷中电试作设资气高,技料课中并3术试、件资且中卷管中料拒包试路调试绝含验敷试卷动线方设技作槽案技术,、以术来管及避架系免等统不多启必项动要方高式案中,;资为对料解整试决套卷高启突中动然语过停文程机电中。气高因课中此件资,中料电管试力壁卷高薄电中、气资接设料口备试不进卷严行保等调护问试装题工置,作调合并试理且技利进术用行,管过要线关求敷运电设行力技高保术中护。资装线料置缆试做敷卷到设技准原术确则指灵:导活在。。分对对线于于盒调差处试动,过保当程护不中装同高置电中高压资中回料资路试料交卷试叉技卷时术调,问试应题技采,术用作是金为指属调发隔试电板人机进员一行,变隔需压开要器处在组理事在;前发同掌生一握内线图部槽 纸故内资障,料时强、,电设需回备要路制进须造行同厂外时家部切出电断具源习高高题中中电资资源料料,试试线卷卷缆试切敷验除设报从完告而毕与采,相用要关高进技中行术资检资料查料试和,卷检并主测且要处了保理解护。现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
实验一-铝阳极氧化及着色
实验一
铝阳极氧化与染色技术
一、表面预处理
无论采用何种方法加工的铝材及制品,表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷,如灰尘、金属氧化物(天然的或高温下形成的氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(主要成分是脂肪酸和含氮的化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。
因此在氧化处理之前,用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗,使其裸露纯净的金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。
(一)脱脂
铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、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。
几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。
在这些方法中,以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。
表-1 脱脂及主要工艺。
实验一 铝阳极氧化及着色
实验一铝阳极氧化与染色技术一、表面预处理无论采用何种方法加工的铝材及制品,表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷,如灰尘、金属氧化物(天然的或高温下形成的氧化铝薄膜)、残留油污、沥青标志、人工搬运手印(主要成分是脂肪酸和含氮的化合物)、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。
因此在氧化处理之前,用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗,使其裸露纯净的金属基体,以利氧化着色顺利进行,从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。
(一)脱脂铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、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。
几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。
在这些方法中,以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。
表-1 脱脂及主要工艺有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂,常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。
有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。
表面活性剂是一些在很低的浓度下,能显著降低液体表面张力的物质。
常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。
碱性脱脂溶液的配方非常多,传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠,其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用,溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。
油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。
电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。
在碱性溶液中阴极电流脱脂,阳极最好为镀镍钢板。
其在铝及铝合金表面处理中不常用。
乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液,并添加有降低表面张力及对各相均有亲和力的去污剂。
(二)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。
实验二铝及铝合金的阳极氧化
实验二铝及铝合金的阳极氧化实验二铝及铝合金的阳极氧化一、实验目的:1.熟悉铝及铝合金的阳极氧化工艺过程。
2.掌握阳极氧化中各工艺参数对阳极化过程及膜质量和性能的影响。
二、实验内容简介铝及铝合金具有优良的综合性能而得到较为广泛的应用,在其表面会生成一层致密的氧化膜,但厚度只有几纳米至几十纳米,起不到有效的防护和耐磨作用。
而采用阳极氧化处理形成的阳极化膜厚度可达3~30μm,不但既有良好的机械性能,而且耐蚀性和吸附性能均十分优异。
故在所有的铝表面处理方法中,阳极化在工业中的应用十分广泛,可作为防护性膜、防护装饰性膜、耐磨性膜、绝缘性膜等。
1.铝及铝合金的阳极氧化机理阳极氧化所用的电解液一般为具有中等溶解能力的酸性溶液(如硫酸、草酸、铬酸、磷酸等),电解时,铝工件为阳极,Pb(Pt)为阴极,阳极氧化时发生下列反应:阳极:H2O-2e→[O]+2H+,产生的初生态原子氧对铝制品表面有很强的氧化能力,生成薄而致密的氧化物薄膜(10~100nm);阴极:2H++2e→H2↑。
在阳极还存在着酸对铝及氧化铝膜的溶解反应:2AL+6H+→2AL3++3H2↑,AL2O3+6H+→2AL3++3H2O。
由此可知,膜的成长过程包含着膜的生成与膜的溶解两个相辅相成的方面,并且只有当膜的生成速度大于溶解速度时才能获得一定厚度的膜,氧化初期,膜的生成速度大于溶解速度,膜厚不断增加,随着厚度的增加,其电阻也加大,结果使膜的生长速度减慢,一直到与膜的溶解速度相等时,膜的厚度才为一定值。
铝的阳极氧化膜的微观结构成蜂窝状,即由内层的阻挡层和外层的多孔层构成,由于膜是从基体上成长其来的,因此结合强度十分高。
色泽随电解液的成分及铝合金中所含的合金元素而异。
由于膜的多孔性质,决定了膜具有强烈的吸附性能,故可对膜进行染色,也可作为铝制品沉积金属前的底层等。
2.铝的阳极氧化工艺及步骤a.表面准备铝及其合金在阳极氧化之前都必须根据制件的材质、表面形状和对膜的要求进行适当的表面预处理,如除油、酸洗和抛光等。
铝的阳极氧化与表面着色(华师版)
华南师范大学实验报告学生姓名:学号:专业:化学年级班级:2008级化教4班课程名称:物理化学实验实验项目:铝的阳极氧化与表面着色实验时间:2010年10月27日实验指导老师:孙艳辉实验评分:铝的阳极氧化与表面着色摘要: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、电解液浓度、氧化时间、添加剂等。
本文主要探讨了其它因素选择文献最优值的情况下,氧化时间对铝的阳极氧化的影响。
Abstract:Anodic aluminum oxide film properties affected by many factors, including current density, Electrolyte solution concentration, oxidation time, additives and other factors. This paper discusses the literature of other factors that select the optimal value of the case, the oxidation time on anodic oxidation of aluminum.1. 研究进展对铝阳极氧化膜的应用最初是希望它能具有良好的耐蚀性、耐磨性和电绝缘性等,至30年代中期,人们开始对铝氧化膜的多孔结构产生兴趣,并实现了有色物质在多孔膜中析出。
到60年代才正式将铝型材的电解着色用于生产,使得彩色铝合金型材获得了广泛的应用。
最近10年来,铝阳极氧化技术取得了许多新成就,例如采取了一些可以使铝阳极氧化速度加快的新措施,有的可使速度提高2~3倍。
又如提出了常温下氧化的新技术,解决了耗费大量能量的降温要求。
还有采用脉冲阳极氧化新工艺,可使氧化膜质量大大提高。
此外,使用交流电氧化可获得效率高、成本低、节约2H2e H+-+→↑Al 3e Al-+-→Al(OH)Al O 3H O→+电能等一系列优点,但由于膜层较薄(小于10μm )、颜色发黄、硬度低等问题影响其广泛应用。
铝的阳极氧化和着色
铝的阳极氧化和着色——电流对氧化膜性能的影响摘要:本文综述了铝的阳极氧化的发展历程以及硫酸电解液对阳极氧化影响的研究进展.在其他因素为最佳条件的前提下,设计实验探讨电解液浓度对阳极氧化的质量影响,并通过耐腐蚀性检测,氧化膜厚度检测以及着色效果表征了铝片经过不同条件氧化的性能质量,在最后得出结论:其他条件均为最佳的前提下,使用20%的电解液制得铝片氧化膜性能最佳.关键词:铝片;阳极氧化;电解液浓度;水封;着色;膜厚.1 研究进展铝及其合金阳极氧化处理后表面可得到多孔氧化膜 ,其硬度高 ,抗蚀性、绝缘性好 ,耐高温 ,具有较高的化学稳定性、吸附性 .自20世纪20年代开始,铝阳极氧化膜的使用价值, 越来越高.近10年来 ,随着研究手段的不断先进化 ,对铝阳极氧化形成多孔膜的机理及影响因素的认识也在不断深入.1953 年 Keller 等首先报道了用电化学方法制备氧化铝孔洞模板, 70年代Thompson 通过实验证明, 多孔层的形成主要是由于铝表面的显微不平引起电流分布不均,在表面突出的部位生长, 出现脊状的结构,脊状骨架之间的区域为氧化膜形成多孔结构创造了条件.1978 年 Heber提出在电流作用下使电解液产生对流,出现漩涡, 漩涡大小为微米级.Serebrennikova 等通过循环伏安法研究了银在多孔阳极氧化膜内的沉积过程. Nathan 等采用脉冲和交流沉积的方法在阳极氧化膜沉积得到铜纳米线.80年代徐源等研究了纯铝在铬酸中的恒流阳极氧化过程.目前国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等.硫酸阳极氧化形成的氧化膜较厚(约5~20μm) ,无色透明;孔隙率较高(平均为10 %~15 %) ;吸附力强;有利于染色;硬度高 ,抗蚀性、耐磨性、着色性好 ,但受硫酸浓度、温度、电流密度、氧化时间、搅拌、添加剂、铝合金成分等多种因素影响;处理工艺简单 ,操作方便 ,废液处理容易;能耗少 ,成本较低;氧化时间短 ,生产效率高.研究表明阳极氧化时 ,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程.当成膜速度大于溶解速度时 ,膜才得以形成和成长.对于酸性电解液来说, 随着电解液的浓度的不断增大,氧化膜的极限厚度先增大而后减小.电解液中H+的浓度对氧化铝膜厚度有两方面的影响:一方面, H+的浓度增大, 电解液的电导率增大,在相同电压下, 电流密度升高,促进了氧化铝膜厚度的增加; 另一方面, H+的浓度的增大也加速了氧化膜的溶解.随着H+的浓度升高,首先前者占主导,膜厚度增大; 当其浓度升高到一定值时, 后者开始占主导, 此时膜厚度开始减小.电解液的浓度对孔径的大小有很大的影响,酸度过低,孔径很小, 酸的浓度过高, 孔径增大,甚至会产生连孔现象,影响孔的有序性,所以要一定要使酸度适中.电解液的浓度很低时,氧化铝膜不能形成;而其浓度过高时, 酸液的腐蚀性也会将氧化层腐蚀掉.因此,在制备过程中,电解液的浓度应控制在一定的范围内.2 实验部分2.1 实验原理2.1.1 阳极氧化原理将铝制品作阳极,以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化,可形成较厚的氧化膜,膜的主要成分是Al2O3,其反应历程比较复杂.现在以Al为阳极, Pb为阴极,H2SO4溶液为电解质介绍其反应原理.电解时的电极反应为:阴极: 2H+ + 2e- → H2↑阳极: Al - 3e-→ Al3+Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O (氧化膜形成 )阳极上的Al被氧化,且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时,由于阳极反应生成的 H+和电解质H2SO4中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解:Al2O3 + 6H+ →Al3+ + 3H2O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,生成极薄而又非常致密的膜,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.2.1.2 着色原理氧化膜的表面是由多孔层构成的,其比表面积大,具有很高的化学活性.利用这一特点,在阳极氧化膜表面可进行各种着色处理.可以提高提高产品的装饰性和耐蚀性,同时给铝制品表面以各种功能性.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.本实验使用浸渍着色.浸渍着色的原理主要是氧化膜对色素体的物理吸附和化学吸附.无机盐浸渍着色主要是靠化学反应沉积在多空层.有机染料的着色通常认为既有物理吸附也包括有机染料官能团与氧化铝发生络合反应形成.2.1.3 封闭原理氧化膜的表面是多孔的,在这些孔隙中可吸附染料,也可吸附结晶水.由于吸附性强,如不及时处理,也可能吸附杂质而被污染,所以要及时进行填充处理,从而提高多孔膜的强度等性能.封闭处理的方法很多,如沸水法、高压蒸气法,浸渍金属盐法和填充有机物(油,合成树脂)等.本实验采用的是沸水法.沸水法是将铝片放入沸水中煮,其原理是利用无水三氧化二铝发生水化用.Al2O3 + H2O →Al2O3gH2OAl2O3 + 3H2O →Al2O3g3H2O由于氧化膜表面和孔壁的水化的结果,使氧化物体积增大,将孔隙封闭.沸水封闭时,水的pH值应控制在4.5~6.5之间,pH值太高会造成“碱蚀”.煮沸用去离子水,时间一般为10min,煮沸后取出,放入无水酒精中数秒后再晾干.2.2 实验方案设计在铝的阳极氧化中,很多因素影响了膜的厚度和性能以及影响着色质量等,其中包括电解液浓度、阳极电流密度、电解槽温度、氧化时间、添加剂与杂质影响.除此之外,搅拌、电流波形等也会对氧化膜产生影响.由对于时间限制,我们分组探讨不同条件对氧化膜质量的影响,我们探讨的是电解液浓度对阳极氧化的影响.对于产品实验采用以下三个方面粗略地检测氧化膜的性能:耐腐蚀性、测定氧化膜厚度、着色情况.因此本实验安排如下:(1)对欲进行阳极氧化的铝片表面预处理;(2)由影响氧化膜形成的因素(电解液浓度)来设计具体实验内容,对铝进行阳极氧化处理;(3)对已氧化好的铝片进行后处理(水封或着色后水封);(4)对已处理的、形成氧化膜的铝片进行质量检验及比较.2.2.1 探讨因素实验探究电解液浓度对阳极氧化生成氧化膜性能的影响,分别采用10%、20%、30%的硫酸溶液(无催化剂)进行实验.其他影响因素均采用最佳条件:电流密度为15 mA/cm2;通电时间为20 min左右;温度为室温下;无催化剂.三种条件分别进行阳极氧化,制成的产品再做质量检验和比较.2.2.2 表征手段2.2.2.1氧化膜着色和封闭氧化膜着色应在氧化结束后进行.将阳极氧化处理得到的新鲜氧化膜铝片直接用水冲洗干净,立即放入着色液中着色.着色时注意染料的纯度,水温约在313.2~333.2K,不能太高.pH值在4.5~7.0之间为宜,着色时间为10min.染色后的铝片经水冲洗干净后,再进行水封闭处理.如果无需着色,则必须对新鲜氧化膜进行封闭处理.本实验采用沸水法.将氧化后的铝片用去离子水冲洗干净放入沸水中煮,水的pH值应控制在4.5~6.5之间,时间为10min,煮沸后取出晾干.2.2.2.2 耐腐蚀性检测在铝的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液,观察气泡产生与液滴变绿的时间.2.2.2.3氧化膜厚度测定①铝片置于分析天平上称重;②将铝片浸于363.2~373.2K的溶膜液(磷酸和CrO3(固) 15g;H3PO4(液) 30cm3;H2O 20cm3组成)中煮10min;③取出铝片用水冲洗并用电吹风吹干;④再用天平称出铝片的质量ms ; ⑤计算膜厚δ值.测定公式为:式中,δ为膜的厚度(μm);m为成膜后铝片的质量(g);m为退膜后的质量(g);ρ为氧化膜的密度(2.7g/cm3);A为表面积(cm2).2.2.3 实验仪器与药品2.3.1.1仪器电解槽; WLS稳流电源;分析天平;镊子;万用电表;电炉;电吹风等.铝片,铅片或铂片2.3.1.2 药品铝片;铅电极板;去污粉;氢氧化钠溶液(3mol/L);硝酸溶液(2mol/L);硫酸溶液(10%,20%,30%);翠绿着色剂;溶膜液;重铬酸钾腐蚀液;去离子水等.2.3 实验步骤2.3.1 实验操作步骤2.3.1.1 前期准备先剪裁出三片呈E字形状的铝片,预计浸入电解液中的深度(2cm),计算浸入面积,从而计算电流大小.2.3.1.2 铝片表面预处理用去污粉刷洗铝片,然后用自来水冲洗干净.将铝片放在3mol/L的氢氧化钠溶液中,浸30s,取出后用自来水冲洗,若油污已除净,铝片的表面不会挂水珠.再将铝片放在2mol/L 的硝酸溶液中浸60s,取出后用自来水冲洗干净,以除去碱处理时铝表面沉积的杂质及中各所吸附的碱.洗净的铝片存放于盛水的烧杯中待用.2.3.1.3 铝的阳极氧化实验中铝的阳极氧化采用用直流电流,铝始终是作阳极,铅极板作为负极.由于探究条件为电解液浓度,因此固定其他条件为:电流密度为15 mA/cm2;通电时间为20 min左右;温度为室温下;无催化剂.分别使用浓度为10%,20%,30%的硫酸溶液进行实验.2.3.1.4铝片后处理氧化结束后,剪出一片氧化完成的铝片1,直接用水冲洗干净,立即放入着色液中着色10min.染色后的铝片经水冲洗干净后,再进行水封闭处理.氧化结束后,剪出第二片氧化完成的铝片2,无需着色,直接进行水封,将氧化后的铝片用去离子水冲洗干净放入沸水中煮 10min,煮沸后取出晾干.氧化结束后,剪出第三片氧化完成的铝片3,直接用去离子水进行冲洗,无须着色和水封,直接吹干用于测定氧化膜厚度.2.3.1.5 耐腐蚀性检测在铝片2(即无着色,有水封)的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液,观察气泡产生与液滴变绿的时间.三个条件下的铝片均要进行.2.3.1.6氧化膜厚度测定①将铝片3(即无着色,无水封)洗净吹干后置于分析天平上称重质量记为m i;②将铝片浸于溶膜液(磷酸和CrO3(固) 15g;H3PO4(液) 30cm3;H2O 20cm3组成)中煮10min;③取出铝片用水冲洗并用电吹风吹干;④再用天平称出铝片的质量m s ; ⑤计算膜厚δ值.测定公式为:δ=(m i-m s)*104/(A*ρ)式中,δ为膜的厚度(μm);m为成膜后铝片的质量(g);m为退膜后的质量(g);ρ为氧化膜的密度(2.7g/cm3);A为表面积(cm2).3 结果与讨论电镀完的铝片表面覆盖一层薄膜,使得外观更加光亮,镀膜与未镀膜的部分有明显的分界;被溶膜的铝片则总体外观与第一片相似,但是有部分呈灰色;着色的铝片则呈翠绿色且有光泽。
铝的阳极氧化和表面着色-——甘油对氧化膜性能的影响(华南师范大学)
铝的阳极氧化和表面着色——甘油对氧化膜性能的影响学生姓名学号专业实验时间年月日指导老师目录摘要 (1)关键词 (1)1.研究进展 (1)2.实验部分 (3)2.1实验原理 (3)2.1.1铝的阳极氧化 (3)2.1.2铝氧化膜的着色 (3)2.1.3氧化膜的封闭处理 (3)2.2实验方案设计 (4)2.2.1探讨因素 (4)2.2.2表征手段 (4)2.2.3所需仪器药品 (5)2.3实验步骤 (5)2.3.1铝片的裁剪 (5)2.3.2铝片的清洗 (5)2.3.3铝片的阳极氧化 (6)2.3.4氧化膜着色和封闭 (6)2.3.5质量检验比较 (6)3结果与讨论 (7)3.1实验结果 (7)3.1.1着色情况 (7)3.1.2耐腐蚀性 (7)3.1.3氧化膜厚度 (8)3.2讨论 (8)3.2.1着色效果分析 (8)3.2.2耐腐蚀性 (9)3.2.3膜厚度 (9)4结论 (10)参考文献 (11)摘要本实验采用直流阳极氧化技术在铝表面生成阳极氧化膜,并探讨了在阳极氧化过程中甘油对铝氧化膜性能的影响,通过染色效果、耐腐蚀性、氧化膜厚度、绝缘性来评价氧化膜的质量。
关键词铝的阳极氧化氧化膜甘油1.研究进展铝及铝合金具有密度小,比强度高,导电和导热性好,成型容易,无低温脆性等优点,是一种综合性能优良的轻金属材料。
目前,铝材在航空航天工业及建筑材料、交通工具、电子产品等领域中得到了广泛的应用。
金属铝在大气中其表面总是被一层透明的氧化膜所覆盖,但是天然的铝氧化膜极薄且孔隙率大,机械强度低,抗蚀和耐磨性都不能满足防腐需要。
利用电化学方法,可使铝(或铝合金)表面生成致密的优质氧化膜,且膜较厚,其厚度可达几十至几百微米,能有效地提高铝的耐腐蚀性。
另外,由于所形成的氧化膜存在均匀的孔隙,故可用有机染料进行染色处理,经封密后色泽稳定,使铝材的应用更加广泛。
这种使铝表面氧化的电化学工艺称为铝的阳极氧化。
根据氧化膜用途可以在阳极氧化的同时,再进行其它工艺得到相应的氧化膜,如:防护性氧化膜;防护-装饰性氧化膜(氧化后再着色);功能性氧化膜如硬质氧化膜;自润滑氧化膜;导电氧化膜;绝缘氧化膜、磁性氧化膜、光吸收氧化膜、催化膜等。
铝的阳极氧化与着色实验方案
实验铝的阳极氧化与着色一.实验目的1、了解铝的阳极氧化的基本原理及方法。
2、了解铝阳极氧化后氧化膜着色的基本原理及方法。
二.实验用品仪器:烧杯,直流电源,导线,铜板(片),电炉。
试剂:NaOH(2.0mol L-1),H2SO4(20%,约2.32mol L-1),铝片,着色液(根据个人喜好,可用各种颜色墨水或染料稀释)。
三.实验原理铝在空气中形成的天然氧化膜很薄(4×10-3~5×10-3 μm),不可能有效地防止金属遭受腐蚀。
用电化学方法在铝或铝合金表面生成较厚的致密氧化膜,该过程称为阳极氧化。
阳极氧化使表面氧化膜加厚可达几十至几百微米,使铝的耐腐蚀性大大提高。
氧化膜具有很高的电绝缘性和耐磨性。
用染料将其染成各种颜色,还可大大提高其装饰效果。
由于阳极氧化后铝及铝合金具有这些优良性能,所以在许多工程技术中得到了广泛的应用。
以铜(或石墨)为阴极,铝为阳极,在H2SO4溶液中进行电解,两极反应如下:阴极2H+ + 2e- = H2阳极Al – 3e- = Al3+Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O电解过程中,H2SO4又可以使形成的Al2O3膜部分溶解,所以氧化膜的生长以来于金属氧化速度和Al2O3膜溶解速度。
要得到一定厚度的氧化膜,必须控制氧化条件,使氧化膜形成速度大于溶解速度。
四.实验内容1、铝板切所需大小的样片2、铝片的表面清洁取一块铝片,先用去污粉刷洗,然后用自来水冲洗。
再将铝片放入2.0mol L-1的NaOH溶液中浸泡1min,取出后先用自来水冲洗,再用去离子水淋洗。
油除净的铝片表面应不挂水珠。
经过清洗后的铝片不能用手接触待氧化的区域,以免沾污。
洗净的铝片可存放于盛有去离子水的烧杯中待用。
3、铝的阳极氧化将铝片作为阳极,铜片作为阴极,2.32mol L-1H2SO4为电解液(室温),按图接好线路,电压为30V。
实验一 铝阳极氧化及着色-推荐下载
脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。在这些方法中,以碱性 溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。
表-1 脱脂及主要工艺
脱
脂方法 成
有
机溶剂 四氯化碳、三
表
氯乙烯等
面活性剂 合成洗涤剂
碱 性溶液
溶液组
汽油、
肥皂、
NaOH
十二水 磷酸钠
g/L
用量
适量
适量
50-200
40-60 8-12
度
或蒸汽
80
温度/ 时间
常温
常温-
40-80
min
60-70 3-5
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电通,力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置,机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2,荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷,管调需路控要习试在题验最到;大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资,常料要工试加况卷强下安看与全22过,22度并22工且22作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资;中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整,高核或中对者资定对料值某试,些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位,卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置,地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中,案资要,料求编试技5写、卷术重电保交要气护底设设装。备备置管4高调、动线中试电作敷资高气,设料中课并技3试资件且、术卷料中拒管试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术,技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式;资,对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资,件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调,并试合且技理进术利行,用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活:。。在对对分于于线调差盒试动处过保,程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试,题技应,术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进,变行需压隔要器开在组处事在理前发;掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时,、,强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试,卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用,关高要技中进术资行资料检料试查,卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
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铝的阳极氧化和着色(华南师范大学物化实验)————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:ﻩ华南师范大学实验报告铝的阳极氧化和着色——添加柠檬酸对氧化膜性能的影响摘要铝及铝合金具有密度小、比强度高、导电和导热性好、成型容易等优点,是一种综合性能优良的轻金属材料。
目前,铝材在航空航天工业及建筑材料、交通工具、电子产品等领域中得到广泛使用。
另外由于铝所形成的氧化膜存在均匀的孔隙,可用于有机染料进行染色处理,孔径大小不同的氧化铝膜可应用于不同的领域。
使铝表面氧化的电化学工艺称为铝的阳极氧化,因此对改善阳极氧化膜性能的因素研究显得非常重要。
而在电解液中添加添加剂,可明显改善氧化膜性质,如硬度、厚度和耐蚀性能等。
本次探究以柠檬酸添加剂作为研究对象,探究其对阳极氧化铝绝缘性能、耐腐蚀性能以及着色能力的影响。
实验探究发现,往电解液中添加柠檬酸,可有效增加氧化膜厚度,并提高阳极氧化铝的绝缘性能和耐腐蚀性,但着色效果很差,几乎不能着色。
关键词:阳极氧化;柠檬酸;添加剂;绝缘性能;耐腐蚀性;着色;AbstractAluminumand aluminumalloy, whichhave strong advantages in low density, high strength and excellent quality in conduc ting electricityandheat,is a kind of integratedlight metal mat erialwith excellent performance.Currently, thealuminum m aterial are widelyused in the aerospace industry,construction materials, transport,electronicsand other fields.Thefilm of the Alumina formed bythe presence ofporosityapertures so that itcan beusedfortheorganic dye. Alumina filmwith different sizes of aperture can be applied to different areas.Thecr afts to oxideofthe aluminum surface inelectricity way iscalledaluminum anodic oxide and it is verysignificant forresea rchers to studydeeper. Based on the formerstudy, when adding the additivein the electrolyte, thefilmproperties can besignificantly improve, such as hardness, thickness and corrosion resistance.The inquiry took citric acidas theadditive, exploreits impactonanodized aluminum insulation properties,corrosion resistance and coloringcapabilities.It found thatthe additionof citricacid totheelectrolyte solutioncaneffectivelyincreasethe thickness,theinsulatingproperties and corrosion resistance of the oxidefilm, but thecoloring propertyis poor,hardlycolored.Keywords:anodizing;Citric acid;Additive;insulation function;Corrosionresistance;Colorationfunction一、研究进展1.1阳极氧化膜研究进展综述影响阳极氧化膜性能参数的主要因素包括有电解液种类、阳极氧化电压、电流密度、氧化温度、氧化时间和铝合金成分等。
1.1.1电解液的影响在酸性电解液中得到的是阻挡层和多孔层两层的氧化膜,而在接近中性或碱性电解液中生成的是阻挡型氧化膜。
此外,氧化膜的溶解速度与电解液的浓度也有关系,浓度高时,氧化膜的溶解速度加快,膜的溶解速度大于生长速度,影响了膜的厚度;浓度低时,形成的氧化膜很薄,耐蚀性很差。
1.1.2阳极氧化电压影响低压时,阳极氧化反应比较缓慢,氧化膜在电解液中的溶解速率小于生长速率,形成的纳米孔直径较小、孔数多。
随着氧化电压的升高,阳极氧化电流密度增大,氧化铝膜的生成速率加快,多孔氧化铝膜的厚度增加,孔径也随之增大,孔数减少,孔的排列趋于整齐。
1.1.3电流密度的影响在相同的电解液浓度和温度的条件下,提高阳极电流密度,氧化膜的生成速率增加,氧化膜的孔隙率下降,氧化膜较硬,耐磨性和耐蚀性增加;反之减小电流密度,膜的生成速度缓慢,但是膜相当致密。
当电流密度过高时,容易导致氧化膜表面的局部温度上升,氧化膜的溶解速度也大大增大,氧化膜变得疏松,甚至粉化,局部烧蚀。
一般情况下,电压以15~20V为宜,而电流密度最好控制在1.0~1.5 A/dm。
1.1.4氧化温度的影响在阳极氧化过程中,部分电能会转化为热量,加之铝的阳极氧化是放热反应,导致电解液温度升高,超过一定范围会增加氧化膜的溶解速率,使氧化膜阻挡层厚度减少,氧化膜的孔隙率增加,氧化膜的耐蚀性和耐磨性下降。
因此,氧化温度愈低,氧化膜就愈厚,并且氧化膜的致密度也愈大,耐蚀性也愈大。
氧化温度一般控制在10℃~30℃。
1.1.5氧化时间的影响阳极氧化时间的选择,须根据电解液浓度、电流密度、溶液温度等条件来确定。
当电流密度恒定时,氧化膜的生长与氧化时间成正比。
在开始氧化的1h 内成膜较快,随着时间的继续膜的生长速率逐渐减慢,氧化膜的厚度不断增加,耐蚀性能提高。
但当氧化膜的生长速度在氧化膜达到一定厚度后会减小。
这是因为膜层变厚,电阻增加,导电能力下降。
此外,氧化时间过长,由于氧化膜的表面被电解液溶解,氧化膜的孔径变大,膜层光滑程度下降,变得粗糙,出现起粉现象。
3Al 3e Al -+-→3232Al(OH)Al O 3H O→+1.1.6铝合金成分的影响铝合金的成分不仅影响氧化膜的厚度,还影响的氧化膜的耐蚀性。
在相同的 条件下,纯铝要比铝合金容易阳极氧化,而且氧化膜的厚度比铝合金要厚,耐蚀 性也要高。
1.2添加剂对氧化铝膜性能的影响研究进展电解液中的添加剂为无机或有机添加剂,可明显改善氧化膜性质,如硬度、厚度和耐蚀性能等。
其中,无机添加剂的主要作用是增强电解液的导电性,参与成膜反应,从而加快成膜速度。
而有机物的作用是在参与膜的形成和吸附过程中减缓溶膜速度,使高温时膜的溶解得以减缓,从而在较高温度下形成较厚和较硬的氧化膜。
若往电解液中添加草单一添加剂,如草酸就可以制备多孔氧化铝膜, 纳米孔直径在40~ 100 nm,并且膜层较厚。
若加入稀土盐(如铈(+4)盐比镧(+3)盐)后,使膜的结构发生了变化,加快了氧化膜多孔层的生长速率,阻挡层厚度增加,多孔部分变得更加致密,提高了氧化膜的耐蚀性,而且效果更好。
如果加入复合添加剂,例如在硫酸电解液中分别加入硫酸铈+柠檬酸、硫酸铈+葡萄糖酸钠、硫酸铈+十二烷基苯磺酸钠的复合添加剂后,通过电化学阻抗谱实验发现阳极氧化铝膜的阻抗值与不含添加剂以及含单一添加剂相比,阻抗值明显增加,当中以硫酸铈+柠檬酸复合添加效果最明显。
二、实验部分2.1实验原理2.1.1铝的阳极氧化原理实际生产中,可以将铝制品作阳极,以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化,形成较厚的氧化膜,膜的主要成分是Al 2O 3。
其反应历程比较复杂,若以 Al 为阳极, P b为阴极, H2SO 4 溶液为电解质介绍其反应原理。
电解时的电极反应为:阴极: 阳极: (氧化膜形成 ) 阳极上的Al 被氧化,且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时,由于阳极反应生成的 H + 和电解质H 2S O4 中的H + 都能使所形成的氧化膜发生溶解:3232Al O 6H Al 3H O +++→+(氧化膜溶解)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,生成极薄而又非常致密的膜,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323Al3H O Al(OH)3H +++→+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,使得溶解的旧膜如同得到修补。
随着氧化时间的延长,膜的不断溶解修补,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;在一定的氧化时间内随时间而增厚。
阳极氧化膜的生长是在膜的生长和溶解这一矛盾过程中发生和发展的。
要使Al2O3氧化膜顺利形成,并达到一定的厚度,必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率,这要通过控制一定的氧化条件来实现,如果是在强酸电解液中,阳极上的金属离子不断地从金属本体溶解,根本不能形成氧化膜;若在弱酸中,阳极产物在电解液中不溶解,则氧化膜很快形成并覆盖金属,电阻增大,使电化学反应不能形成所需厚度的氧化膜,所以要严格控制硫酸的浓度。
在氧化膜生长过程中,电渗现象是膜生长的必要条件之一。
它使电解液在膜孔内不断循环更新,使多孔层不断增厚。
铝的阳极氧化和着色工艺要求形成的膜既有一定的厚度,又要在膜上有均匀的孔隙,以保证电流的通过及下一步着色。
这是一个既有膜的生长又伴随有膜的溶解的电极过程。
由于膜的不断生长与加厚,致使电阻不断增加,从而使膜的生长速率渐缓,此时膜的形成速率与膜的溶解速率达到动态平衡,膜的厚度就不会变化了。
2.1.2氧化膜着色原理氧化膜的表面是由多孔层构成的,其比表面积大,具有很高的化学活性。
利用这一特点,在阳极氧化膜表面可进行各种着色处理。
着色的目的在于提高产品的装饰性和耐蚀性,同时给铝制品表面以各种功能性。