铝合金的阳极氧化.doc

JIANGSUUNIVERSITY

现代表面工程综合实验

学院名称：材料科学与工程学院
专业班级：金属1002
姓名：陈浩
学号：3100702039
2013年1月8日
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铝合金的阳极氧化
摘要：介绍了铝和铝合金的阳极氧化方法，并论述了铝和铝合金的阳极氧化原理。铝合金阳极氧化技术能够提高基体表面的耐蚀性、耐磨性及硬度等，不同酸性工艺条件下能够得到不同性能的阳极氧化膜以及氧化膜厚度检测方法。
关键词：铝片；膜厚；阳极氧化；氧化膜；耐腐蚀性
1.前言
铝在空气中能形成一层均匀而致密的氧化物保护膜，使内部金属在一般情况下免遭腐蚀。但这种自然形成的氧化膜厚度仅0.02—1um，保护能力不强。另外，为使铝具有较大的机械强度，常在铝中加入少量其他元素，组成合金，但一般铝合金的耐蚀性能不如纯铝，因此常用阳极氧化的方法使其表面形成氧化膜，以达到防腐耐蚀的目的。本文就铝和铝合金的阳极氧化原理进行阐述，并介绍将铝和铝合金的阳极氧化方法。
2.电极反应原理
铝及铝合金的阳极氧化，是将铝及铝合金工件经过表面除油、抛光等预处理后，作为电解池的阳极材料，石墨或铜棒作为阴极材料，一定浓度的稀
硫酸（或磷酸、铬酸、草酸）溶液作为电解液，通电后适当控制电流和电压条件，使阳极电位维持在钝化区间进行阳极氧化处理，可以获得非晶态结构的氧化膜。电极反应如下：
阳极：4OH-（aq）-4e-=2H20+O2（g）4Al+3O2（g）=2Al203
阳极的总反应可表示为2Al+60H-（aq）-6e-=Al203+3H20
阴极：2H+（aq）+2e-=H2（g）
在阳极氧化过程中，氧化膜的生成是两种不同的化学反应竞争的结果：一种是Al203不断形成的反应，另一种是Al203被电解液不断溶解的反应。当生成速率大于溶解速率时，氧化膜就能形成并保持一定的厚度。Al203氧化膜是离子导体，它的生长速度遵守法拉第定律。阳极氧化过程是相当复杂的，在阳极处于正常溶解状态下，符合电化学极化规律，若阳极发生钝化，则不符合电化学极化规律，钝化现象是阳极过程的一种特殊情况。
3.硫酸阳极氧化
目前，工业上最普遍使用的是硫酸阳极氧化，其槽液的成本低，操作简便，适应性强，只要适当改变工艺条件，就能获得所需厚度和性能的氧化膜。经封闭(包括染色)处理后，能达到防护装饰目的。
典型的硫酸阳极氧化工艺为:10％～30％硫酸，20g／L铝离子,θ=15～25OC，Ja=0.6～3A／dm2，U=10～20V，氧化时间随所需膜的厚度而定。最佳条件：15％硫酸，ρ(铝离子)=5g／L，θ=(21±1)OC，Ja=(1．3±0．5)A／dm2，U=16V。
阳极氧化的操作条件对膜的耐蚀性、耐磨性、透明度和着色性等均有较大的影响，若溶液的硫酸质量浓度过高、温度过高、电流密度太大(氧化初始电压过高)、氧化时间太长会使氧化膜疏松易脱落。硫酸阳极氧化具有氧化膜透明度、耐蚀性、耐磨性和硬度高；着色容易、颜色鲜艳,成本低；操作、维护简单；对环境污染较小等特点。

4.实验步骤
1.表面清洗：将铝片用去污粉擦洗后清水冲洗干净，然后浸入60摄氏度的10%Na0H溶液中约半分钟，用镊子取出浸入热水清洗，最后浸入蒸馏水中备用。
2.阳极氧化：以15%硫酸为电解液，铝片为阳极，石墨或铜棒作为阴极，两极距离2cm，连接在12-16V的直流电源上进行氧化45min左右，维持温度在10-20摄氏度，便形成多孔型具有强吸附能力的氧化膜。
3.染色处理：将氧化后表面呈均匀哑白色的铝片取出，冷水冲洗除去酸液，1%的氨水中和，再用清水反复冲洗，最后放入颜料缸浸泡3-5min着色。
4.封闭处理：染色后的铝片经清洗后应及时封闭处理。如果着色剂为有机染料，则将染色后的铝片在沸水中煮沸5min；如果着色剂为无机颜料，则在60-80摄氏度的温度下烘干。阳极氧化所得氧化膜能与金属结合得很牢固，因而大大地提高铝及其合金的耐腐蚀性、耐磨性、耐光照等性能，并可提高表面的电阻和热绝缘性。经过阳极氧化处理的铝导线可作变压器的绕组线圈，铝板制品已广泛用于太阳能热水器、铝合金门窗等生活用品。除此以外，氧化物保护膜还富有多孔性，具有很好的吸附能力，能吸附各种染料，因而可染上各种鲜艳的色彩。对铝制品进行装饰，常用各种不同颜色的染料使之吸附于表面孔隙中，以增强工件表面的美观或作为使用时的区别标记。例如，光学仪器和仪表中有需要降低反光性的铝合金制件的表面往往用黑色染料填封。对于不需要染色的铝制品表面孔隙，也需进行封闭处理，使膜层的疏孔缩小，防止腐蚀性介质进入孔中，从而改善膜层的弹性、耐磨性和耐腐蚀性。近年来，多孔型阳极氧化膜的应用已扩展到磁学、光学、光电学分离膜等领域，阳极氧化技术及阳极氧化膜组织结构特征