1金属防腐镀膜-阳极氧化法

实验题目：钛金属防腐镀膜——阳极氧化法

班级：______________ 姓名：_____________ 学号：________________

一、实验目的

1. 了解阳极氧化法金属镀膜的原理；

2. 了解致密膜的薄膜干涉原理及其结构色的形成规律；

二、实验内容

1. 借助电化学阳极氧化反应在钛金属表面镀膜

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图1 阳极氧化反应装置示意图

前处理：采用2000目的砂纸对钛金属片表面进行抛光处理；接着，相继在纯水、丙酮、去离子水中超声清洗处理；取出后，于室温环境下晾干。

接着，将钛片按图1所示连接：钛金属作为阳极，铜片作为阴极，电极间距为1 cm。以0.9 mol/L的硫酸水溶液作为电解液，分别调节5 V、15 V、22 V和50 V 的电压，进行3分钟的反应。反应得到的样品经去离子水充分清洗后，避光晾干。

反应过程中，Ti金属作为阳极，发生了如下反应：Ti + H2O - 4e TiO2 + H+。在电压的作用下，Ti金属表面形成了一层致密的TiO2薄膜层。

2. 镀膜的薄膜干涉原理及结构色形成规律

钛金属表面的镀膜是厚度很薄的一层TiO2透明薄膜。当一束单色光射到一透明的TiO2薄膜上时，一部分在上表面反射，另一部分向薄膜内折射，再在下平面反射并通过薄膜上表面折回空气，如图2所示，这两部分光的光程差为（2b-a）。光程差为零，对应于镀膜的厚度为零。经镀膜上下两表面反射所得的光束的能量都是从入射光出来的。

图2 致密TiO2膜的薄膜干涉示意图

表1 不同的阳极氧化电压下镀膜样品的颜色

干涉是如何产生颜色的呢？牛顿研究了不同光程差间发生干涉形成的颜色，得到表1所示的光程差和薄膜干涉色（也叫结构色）。光程差小于100 nm时呈现

黑色，随着光程差的增大，出现一系列的色彩。560 nm的光程差为一个序列，序末基本是带浅红的颜色，第四序后，人们通常只能看到浅绿和浅红的条纹。三、实验结果

以0.9 mol/L的硫酸水溶液作为电解液，在不同的电压下，阳极氧化3分钟，金属颜色发生了变化，如表1所示。

表2 不同的阳极氧化电压下镀膜样品的颜色

四、结果分析

1. 阳极氧化电压对镀膜厚度的影响

答：稀硫酸电解液对TiO2的溶解程度较弱，当阳极氧化电压增大，镀膜的厚度增大；但过高的阳极氧化电压会造成镀膜击穿，形成微孔。

2. 阳极氧化电压对镀膜颜色的影响

答：镀膜的Ti片呈现颜色，是因为表面生长了纳米级的TiO2膜层，该膜层使入射光与反射光形成光程差，产生薄膜干涉现象。在固定的电压值下，钛表面的TiO2膜层厚度固定，钛片呈现某固定的颜色；增大电压，因为膜层的厚度发生变化，光程差变化了，所以镀膜的钛片颜色发生变化。所以阳极氧化电压的改变，可以调节镀膜钛金属的颜色。

必须“手写”之处：

1、班级|姓名|学号

2、表2；

3、结果分析。