铝的阳极氧化工艺与氧化膜性能

收稿日期:2009-09-06

第一作者简介:王振林(1968-),男,湖北仙桃人,副教授。

铝的阳极氧化工艺与氧化膜性能

王振林,唐丽文,杨 惠

(重庆工学院 材料科学与工程系,重庆400050)

摘要:采用硫酸直流阳极氧化在铝表面形成氧化膜,并进行了表面成分深度分布、物相结构、形貌、显微硬度表征。结果表明,氧化膜为无定型A l 2O 3和A l 的夹杂层,O 和A l 的分布由表及里呈反向变化,硫酸根离子渗入氧化层并在界面处富集,氧化膜的显微硬度较基体有了显著提高。通过正交试验优化了试验工艺条件。关键词:阳极氧化;氧化膜;显微硬度;正交试验

中图分类号:TG146 21;TQ 153 6 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2010)02-0045-04

A l u m i niu m anodizi ng process and perfor m ances of the anodic fil m

WANG Zhen lin ,TANG L i w en ,YANG Hu i

(School of M aterials Sc ience and Engineering ,Chongq ing Un iversity of T echnology ,Chongq i ng 400050,Ch i na)Abstrac t :A l u m i n i u m ox i de fil m w as prepa red on a l um i n i u m surface by sulf ur i c ac i d DC anod izi ng ,

dept h pro file o f e le

m ents ,phase ana l y si s ,mo rphorlogy ,m icrohardnessw ere also charate rized .T he resu lts sho w that the anod i c fil m sw ere layers w it h hybr i d of amo rphous A l 2O 3and A ,l e le m en ts o fO and A l distributed conv ersely w ith depth ,su lfate rad i ca l d iffused i nto the anod i c fil m and enriched i n the i n terface ,t he anodic fil m has an elevated m icrohardness .T he anod izi ng process was opti m i zed through o rt hogona l test .

K ey word s :anodizi ng ;anod i c fil m ;m i c roha rdness ;orthogona l test

在大气中铝及铝合金表面与氧作用能形成一层氧化膜(0 01 m ~0 05 m ),这层自然氧化膜虽然

能阻止大气腐蚀,但氧化膜为非晶态、不均匀、不连续的膜层,不能作为可靠的防护、装饰性膜层。为了提高铝及铝合金的耐蚀性、表面硬度和耐磨性,通常采取阳极氧化法在铝及铝合金表面形成A l 2O 3钝化层,阳极氧化膜层比自然氧化膜厚得多,能够提高表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性,阳极氧化膜表面为多孔结构,这有利于表面的着色处理并提高涂层的结合力。氧化膜的制得有多种方法,目前国内外广泛应用的是硫酸直流阳极氧化,它与其他酸阳极氧化相比,在生产成本、氧化膜特点和性能方面具有明显优越性。本文采用正交试验设计研究直流阳极氧化工艺因素对氧化膜的影响,并对膜层进行了性能表征。

1 试 验

1.1 氧化膜的镀制

选取表面新鲜的纯铝片10块(w (A l)=97 8%),表面依次用洗涤剂、丙酮进行除油处理,用蒸馏水冲洗干净,再在质量分数为10%的烧碱溶液中浸碱处理5m i n 后用蒸馏水冲洗干净,最后在体积比为1 2的硝酸溶液中浸蚀1m i n ,蒸馏水冲洗干净备用。

以铝片为阳极,石墨为阴极,直流电源,以硫酸溶液为电解液在铝片表面制备阳极氧化铝膜层。为了研究工艺条件对膜层性能的影响,选取硫酸浓度、直流电压及电镀时间为因素,按L 9(34

)正交试验表进行镀膜试验,因素水平表如表1所示。所得样品依次按试验号编为1#~9#。

(4)双级时效过程中,二级时效温度对力学性能的影响最大,最佳制度为:一级时效温度为90!,保

温时间为8h ;二级时效温度为145!,保温时间为16h~20h 。

参考文献:

[1] 轻金属材料加工手册编写组.轻金属材料加工手册(上册)[M ].北京:冶金工业出版社,1979.[2] 王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册[M ].长沙:中南工业大学出版社,1989.(上接第48页)

在氧化时间不长的情况下,由图5可知,膜厚及其硬

度与电压成正向变化关系,因而还可适度增加电镀池电压。随着时间的增加,膜层增厚,铝表面形成阻挡层,这个阶段氧化膜的形成速度远大于溶解速度,表现为硬度增加,硬度增加是因为在通电的初始阶段形成了致密的、连续的、无孔的氧化膜。但随着时间的延长,电解液开始对膜层溶解而形成孔隙,而时间延长电解液温度也升高,无孔层变成了多孔层,膜

层变薄,硬度下降[5]

。通过正交试验,优化工艺条件为硫酸浓度190g /L ,电压为12V,氧化时间为35m in 。

3 结 论

铝表面阳极氧化膜为无定型A l 2O 3和A l 的夹杂层,O 和A l 的分布由表及里呈反向变化,硫酸根离子渗入氧化层并在界面处富集,氧化膜的显微硬度较基体有了显著提高,接近常温下制备的氧化膜表层呈环形坑状的多孔结构,通过正交试验得到优化

的阳极氧化工艺条件为:硫酸浓度180g /L ,电压12V,时间35m in 。

参考文献:

[1] 魏 剑,李克智,李贺军.多孔阳极氧化铝薄膜的制备[J].材料工程,2005,(5):56-59.

[2] 王学华,马连姣,许 震.高孔密度阳极氧化铝模板的制备及结构表征[J].武汉工程大学学报,2008,30

(1):48-50.[3] 查康,顾琳.不同硫酸浓度对2A12脉冲硬质阳极氧化工艺的影响[J].铸造技术,2008,29(7):952-954.

[4] 周 雅,刘炳根,邵志松.铝合金常温硬质阳极氧化工艺的研究[J].材料保护2008,41(7):34-36.[5] 张发余,高虹,张爱黎.铝合金常温硬质阳极氧化研究[J].电镀与精饰,2006,28(6):14-17.(上接第50页)

由上表可看出,本分析方法测得结果稳定,回收率高。

3 结 论

本试验解决了试料的溶解与分离和滤液中残留

杂质对分析的影响这两个问题。通过干扰与条件试验、回收试验,可看出本分析方法排除了共存元素对测定结果的影响,结果稳定,回收率高。本分析方法能够对双硬脂酸铝中的氧化铝含量进行准确的测定,解决了公司对购进硬脂酸铝质量的监测问题。

阿布扎比建大型铝线杆与导电体工厂

阿布扎比工业公司(A olbic ,A bu Dhab iB asic I ndustries Corp)将投资1亿美元建一个铝线杆与导电体的工厂,是一家与巴林米达尔电线电缆公司(Bahra i n ∀sM i d al Cab les)合资建设的企业,厂址位于阿联酋塔维拉(Ta w ee lah)的阿布扎比卡里法港工业园区(Abu Dhab i ∀s Kha lifa Port&I ndustrial Zone),计划于2010年第一季度投产,生产能力150kt/a ,所用的原铝来自阿布扎比工业公司与埃马尔铝业公司(E m al)。埃马尔铝业公司是阿布扎莫巴达拉公司(Mubadala)与迪拜铝业公司(Dubal)的合资企业。