铝的阳极氧化和着色华南师范大学物化实验

铝的阳极氧化和着色(华南师范大学物化实验）

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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;

Abstracｔ

Aluｍiｎuｍand 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 funcｔiｏ

n;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。