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工業(yè)鋁型材陽極氧化表面處理工藝原理
本文主要講述工業(yè)鋁型材陽極氧化表面處理工藝,陽極氧化處理是利用電化學(xué)原理,以工業(yè)鋁型材為陽極,置于電解質(zhì)溶液中進(jìn)行通電處理,利用電解作用使其表面形成氧化鋁薄膜的過程;經(jīng)過陽極氧化處理,工業(yè)鋁型材表面能生成幾微米至幾百微米的氧化膜;這種氧化膜的表面是多孔蜂窩狀的,比起工業(yè)鋁型材的天然氧化膜,其耐蝕性、耐磨性和裝飾性都有明顯的改善和提高;
雖然氧化鋁的電阻很大,電子不易通過,但在強(qiáng)電場(10^6~10^7V/cm)作用下,仍有電流通過,因此當(dāng)工業(yè)鋁型材作陽極時(shí)可以獲得較厚的氧化膜;氧化膜的膜厚與通過的電量呈直線關(guān)系,根據(jù)實(shí)測結(jié)果,每消耗單位電量所生成的氧化膜厚度約為1.4nm;
工業(yè)鋁型材陽極氧化處理按其電解液的種類及膜層性質(zhì)可分為硫酸(可著色)、鉻酸(不需著色)、混酸硬質(zhì)(不能著色)和瓷質(zhì)陽極氧化;根據(jù)各種陽極氧化膜的染色性能,只有硫酸陽極氧化獲得的氧化膜最適宜染色;其他如草酸、瓷質(zhì)陽極氧化膜(微弧氧化)雖能上色,但干擾色嚴(yán)重;鉻酸陽極氧化膜或硬質(zhì)氧化膜均不能上色;因此,要達(dá)到陽極氧化上色的目的,僅有硫酸陽極氧化可行;
1:陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)
工業(yè)鋁型材陽極氧化膜可分為阻擋型(也稱壁壘型)和多孔型兩類;阻擋型氧化膜是在接近中性的電解液中進(jìn)行陽極氧化,可得到致密氧化膜;這種膜的絕緣性很好,可用來制作電容器等器件;多孔型氧化膜是在酸性或弱堿性電解液中進(jìn)行陽極氧化,由于它們具有溶解氧化鋁的能力,故可形成多孔型氧化膜;這種膜具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu),由兩層組成,緊靠著工業(yè)鋁型材表面是一層薄而致密的阻擋層,在其上則形成較厚而疏松的多孔層;多孔層的膜胞為六角形緊密堆積排列,尺寸范圍30~300nm,每個(gè)膜胞中心都有個(gè)納米級的微孔;這些孔大小均勻,且與工業(yè)鋁型材表面垂直,彼此之間是平等的,孔密度的范圍為10^9~10^11個(gè)/cm2,孔隙率為10%~40%,孔隙厚度約與孔直徑相當(dāng);
氧化膜的大部分優(yōu)良特性都是由多孔外層的厚度及孔隙率所決定的,它們都與陽極氧化條件如槽壓、電解時(shí)間等密切相關(guān);孔徑的大小和電解液種類密切相關(guān),在不同電解液中所得膜的孔徑大小順序?yàn)椋毫蛩?/span>→草酸→磷酸→鉻酸;一般情況下,槽壓越高,電解時(shí)間越長,孔徑就越大;阻擋層及孔壁的厚度主要取決于槽電壓,槽電壓越高,阻擋層越厚,孔壁也越厚;在不同電解液體系中所得膜層孔隙率增加的順序?yàn)椋毫姿帷t酸→草酸→硫酸;在相同體系中,電壓越高,孔隙率就越大;
2:陽極氧化膜的生長機(jī)理
鋁是兩性金屬,既能溶于酸生成Al^3+,又能溶于堿生成H2AlO^3,但在一定的pH值范圍內(nèi),鋁的水合氧化物可以穩(wěn)定存在;陽極氧化膜的制備是在一定電解池中進(jìn)行,將工業(yè)鋁型材作為陽極,通上直流電,可以觀察到電解池的陽極和陰極上都有氣體析出;陽極析出氧氣,陰極析出氫氣;
簡單來說,陽極氧化的機(jī)理是:在電解池忠,工業(yè)鋁型材作為陽極失去電子,與氧離子結(jié)合而形成氧化膜;
實(shí)際上工業(yè)鋁型材陽極氧化膜的形成機(jī)理非常復(fù)雜,國內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量的研究工作,發(fā)現(xiàn)電場強(qiáng)度、溶解速度、離子的遷移速度等在膜的形成過程中起到了主導(dǎo)作用,并且比較一致的看法是膜生長的同時(shí)伴有膜的溶解,生成了相當(dāng)多的氣孔;
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