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铝的阳极氧化和着色

——着色染料温度和种类的影响

摘要：本实验中主要介绍了在固定铝的阳极氧化的其他最佳工艺条件下，探
讨在对氧化膜进行有机着色时着色染料温度和种类的影响。
关键词：铝阳极氧化氧化膜染料

Abstract：Thisexperimentexploresthetemperatureandkindofdyeonthe
propertiesofoxidefilminafixedoptimumconditionoftheanodizedaluminum.
Keywords：AluminumAnodizingOxidefilmDye

1研究进展
铝由于其比重小，加工性能好，导电、热性能优良，塑性好，抗大气腐蚀能
力强，易于成形，价格便宜等优点在轻工，建材，航天等领域广泛应用。
铝在空气中可自然形成一层氧化膜，起到一定的防护作用，但这种在空气中
自然形成的膜性能并不足以真正地保护铝基体。因而人们研究了各类方法以制得
性能优良的氧化膜，阳极氧化法是其中最为常用的一种。阳极氧化膜不仅具有良
好的力学性能、很高的耐蚀性，同时还具有较强的吸附性，可对其进行着色处理
获得诱人的装饰外观。
铝阳极氧化的方法可以根据是电解液的不同分为硫酸法、草酸法、铬酸法、
磷酸法、有机酸法和混合酸法等。阳极氧化使用的电源从开始时的直流电，发展
到交流电、交直流叠加、方波脉冲电源等。用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化，
是最为经典的方法，此法具有工艺简单、溶液稳定、操作简便和成本低等优点。
硫酸具有强导电性，所以氧化时所需的电压低，而且它对新生成的氧化膜有较强
的溶解作用，不宜长时间通电，通电10-15min即可获得厚度为5-20μm的氧化
膜，膜的硬度高、孔隙多、吸附力强、易着色，将孔隙封闭后有较高的抗蚀能力。
用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化时，铝的阳极氧化膜性能受到诸多因素
的影响，主要包括电流密度、硫酸浓度、氧化时间、添加剂等。铝在阳极氧化时，
电流密度对氧化膜的生长关系很大：在相同条件下，一定范围内提高电流密度，
有利于氧化膜的生长，其膜厚随电流密度的增大而增大；提高电流密度有利于氧
化膜的生长，但电流密度增大的同时，电流效率下降，微孔内的热效应加大，促
使膜的孔隙率也增大，导致氧化膜的硬度和比耐蚀性下降。在工业生产上，铝的

阳极氧化通常采用的电流密度为1.5-2.0A/dm2。

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2实验部分
2.1实验原理
2.1.1铝的阳极氧化
铝制品作阳极，以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化，形成较厚的AlO氧化
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膜：

阴极：2H＋＋2e－→H↑
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阳极：Al＋3e－→Al3＋

Al3＋＋3HO→Al(OH)＋3H＋
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Al(OH)→AlO＋3HO
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由于酸的作用，生成的氧化膜的最弱点会发生局部溶解（AlO＋6H＋=2Al3＋
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＋3HO），出现的孔隙使得铝与电解液接触，又重新氧化生成氧化膜。随着氧化
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时间的延长，膜不断溶解与修补，氧化反应不断纵深发展，从而使制品表面生成
薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。要使AlO氧化膜顺利形成，
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必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，因此在铝的阳极氧化过
程中，要控制好氧化条件。
2.1.2铝氧化膜的着色
由于氧化膜表面是由多孔层构成且比表面积大，具有很高的化学活性，因而
可以对氧化膜进行表面着色。
①浸渍着色（翠绿着色）
氧化膜对翠绿色有机着色液的物理吸附和化学吸附，其化学吸附是指氧化铝
与有机着色液官能团发生络合反应。
②电解着色（CuSO电解液）
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以已经阳极氧化好的铝片为阴极，铅网为阳极，电解CuSO溶液：
4
阴极：Cu2＋＋2e－→Cu

阳极：HO－2e－→1/2O+2H+
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已经氧化好的铝片作为阴极，电解时生成致密均匀的Cu附着在其表面，形
成紫红色铜膜。
2.1.3氧化膜的封闭处理
氧化膜的表面多孔，在这些孔隙中可以吸附染料也可以吸附结晶水。可以用
沸水法将着色好的铝片进行封闭处理，其原理是利用无水AlO发生水化作用：
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AlO＋HO=AlO·HO
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AlO＋3HO=AlO·3HO
232232
由于氧化膜表面和孔壁的AlO水化结果，使氧化物体积增大，将孔隙封闭。
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2.2实验方案设计

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2.2.1探讨因素

固定电解液的硫酸浓度为20%、电流密度为15mA/cm2、通电时间为15min、
室温条件、无添加剂的情况下，探讨着色染料温度和种类的影响。染料温度分别
为常温、50℃、100℃；染料种类为翠绿色、酸性大红。
2.2.2表征手段
①绝缘性：万用电表测氧化膜的电阻，通常都很大，测不出具体值。
②耐腐蚀性检测:在氧化后的膜表面滴加1-2滴耐腐蚀液，观察并记录冒气
泡的时间