铝及铝合金的阳极氧化

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•（3）电流密度的影响，提高阳极电流密度，能使膜的 生长速度加快，氧化时间缩短，膜的溶解量就会减少， 生成的膜较硬，耐磨性好。但是电流密度也不能太高， 电流密度过高，会产生焦耳热，使膜的溶解作用增加， 膜的生长速度反而会降低。电流密度过低，氧化时间延 长，使膜层疏松，硬度降低。阳极的电流密度最好控制 在1A/dm2。 •（4）氧化时间的影响，在不改变工艺条件的情况下， 延长氧化时间可以使膜的厚度增加，孔隙增多。对于需 要染色的膜层，氧化时间可适当延长，
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•第一阶段 ： 无孔层的形成阶段，ab段，通电开始断 时间（几秒到几十秒）内电压剧增，达到临界电压， （电压的最大值）表明这时阳极表面形成了连续、无孔 的薄膜层。无孔层电阻较大，阻碍了膜的继续增厚，无 孔层的厚度与形成电压成正比，氧化膜在电解液中溶解 速度成反比。厚度约0.01～0.1微米
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•1、什么使阳极氧化 •在适当的电解液中，以金属作为阳极，在 外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的 方法。
•通过控制反应条件（不同类型、不同浓度 的电解液、控制氧化时的工艺条件）可以 获得不同性质、不同厚度的阳极氧化膜， 在硫酸、铬酸、草酸电解液中，铝的自然 氧化膜厚度可以从0.01um---0.015um。
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•（4）氧化膜的绝缘性，铝的阳极氧化膜的阻抗 较高，导热性也很低，稳定性可高达1500度， 热导率0.419W/(m•K)—1.26 W/(m•K)。所以电 解电容器的电介质层或电器制品的绝缘层。 •（5）氧化膜的结合力，氧化氧化膜于基体金属 的结合力很强，很难用机械的方法将它们分离， 即使膜层随金属弯曲，膜层仍于基体金属保持良 好的结合，但氧化膜的塑性小，脆性大，当膜层 受到较大的冲击负荷和弯曲变形时，会产生龟裂， 所以这种氧化膜不易在机械作用下使用，可以用 作油漆层的底层。
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•三、铝及铝合金的阳极氧化工艺 •1、硫酸阳极氧化 •以稀硫酸作电解液，对铝及铝合金进行阳极氧化，膜的 厚度可达5um—20um，膜的吸附性好，无色透明，工艺 简单，操作方便。 •硫酸阳极氧化的工艺规范
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•2、影响因素 •（1）硫酸浓度，氧化膜生长的过程，也是它溶解的过 程，硫酸浓度提高，溶解速度也会加快，这样生成的膜 就会比较薄，防护能力下降，但是膜的孔隙率高，吸附 力强，染色能力好，为了兼顾膜层的染色和防护，硫酸 的浓度应控制在170－20g/L，通常采用15％～20％ 。 •（2）温度的影响，膜的形成速度和溶解速度达到平衡 时，膜就不再增厚。如果提高温度，就会使膜的溶解速 度加快，膜层就会变薄，而且疏松多孔，硬度低。温度 过低，膜的厚度增大，硬度高，耐磨性好，但是孔隙率 低，脆性较大。
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•（2）氧化膜的耐磨性，纯氧化铝的硬度非常
高，HV=1960,普通阳极氧化铝的氧化膜硬度大 约在196－490HV，（因为氧化膜带有孔隙，所 以硬度要低很多），采用硬质阳极氧化工艺，氧 化膜的硬度可达1176－1470HV，因为硬度高， 所以氧化膜的耐磨性非常好，如果膜层吸附润滑 剂，还能进一步提高它的耐磨性。 •（3）氧化膜的耐蚀性，铝氧化膜在空气、土壤 中都很稳定，同基体的结合力也很强，为提高耐 蚀性，阳极氧化后的膜层要经封闭和喷涂处理。
•阴极反应：2H+ + 2e → H 2 ↑
•反应的同时还伴随着酸对铝及生成的三氧化二铝的氧化膜的溶解
•Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2 ↑
•Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O
•氧化膜的生成与溶解是同时进行的，氧化初期，膜的生成速度大于 溶解速度，使膜的厚度不断增加，随着膜厚度的增加，电阻逐渐增 大，膜的生成速度变慢，当膜的生成速度与溶解速度相等时，膜的 厚度就一定了。
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•二、阳极氧化膜的形成机理
• 铝及铝合金的阳极氧化就是在适当的电解液中，将铝或铝合金 的制品作为阳极，铅作为阳阴极，（只起导电作用），在外加电流 的作用下生成氧化膜的过程，电解液一般为中等溶解能力的酸性溶 液。
•阳极反应：H2O – 2e → O +2H+
•
3Al + 3O →Al2 O3
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•2、铝及铝合金阳极氧化膜的性质合用途 •（1）氧化膜结构的多孔性，蜂窝状结构，膜成的孔隙 率与电解液的溶解能力和膜成的生长速度有关，也就是 说决定于电解质的类型和氧化的工艺条件。比如，在硫 酸溶液中形成的氧化膜，每平方微米大约有800个孔， （孔径为0.015um,孔隙率为13.4％）在草酸溶液中形成 的氧化膜每平方微米大约是60个孔，（孔径为0.025um, 孔隙率为8％）所以我们可以根据氧化膜的不同要求选择 不同类型的电解液。氧化膜的这种多孔性，使膜层具有 很好的吸附能力，可以作涂镀层的底层，氧化膜还可以 被染成各种不同的颜色，提高金属的装饰效果。
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•第二阶段：多孔层形成阶段，bc段，在膜最薄的地 方将首先被溶解出空穴来，电解液就可以通过这些 空穴到达铝的新鲜表面，电化学反应得以继续进行， 电阻减小，电压随之下降（下降幅度为最高值的 10～15%），膜上出现多孔层。
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•第三阶段：多孔层增厚，cd段，这时电压平稳而缓慢的 上升，这时无孔层不断被溶解成多孔层，新的无孔层友 在生长，这样多孔层就在不断增厚，当生成速度与溶解 速度达到动态平衡时，膜的厚度就不再增加，这时反应 就应该停止了。
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•（5）搅拌的影响，搅拌能促使溶液对流，使温 度均匀，使工件不会因局部过热而产生气囊使膜 的质量下降。
•（6）添加剂的影响，在电解液中加入添加剂， 可以改变膜的性质和外观，甘油可以抑制得到高 弹性的氧化膜，铬酸盐、胶体可以提高膜的均匀 性，添加纤维素甲酯可以得到较硬的膜层。
•（7）合金的成分对膜的性能有很大的影响，纯 铝上得到的氧化膜最厚，经过热处理的和含重金 属的铝合金得到的氧化膜较薄。