鈍化及陽極氧化的資料.doc

鈍化 【dn hu】鈍化的定義 一種活性金屬或合金，其中化學(xué)活性大大降低，而成為貴金屬狀態(tài)的現(xiàn)象，叫鈍化。金屬由于介質(zhì)的作用生成的腐蝕產(chǎn)物如果具有致密的結(jié)構(gòu)，形成了一層薄膜（往往是看不見的），緊密覆蓋在金屬的表面，則改變了金屬的表面狀態(tài)，使金屬的電極電位大大向正方向躍變，而成為耐蝕的鈍態(tài)。如FeFe時標準電位為0.44V，鈍化后躍變到0.51V，而顯示出耐腐蝕的貴金屬性能，這層薄膜就叫鈍化膜。鈍化的機理 我們知道，鐵、鋁在稀HNO3或稀H2SO4中能很快溶解，但在濃HNO3或濃H2SO4中溶解現(xiàn)象幾乎完全停止了，碳鋼通常很容易生銹，若在鋼中加入適量的Ni、Cr，就成為不銹鋼了。金屬或合金受一些因素影響，化學(xué)穩(wěn)定性明顯增強的現(xiàn)象，稱為鈍化。由某些鈍化劑（化學(xué)藥品）所引起的金屬鈍化現(xiàn)象，稱為化學(xué)鈍化。如濃HNO3、濃H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4等氧化劑都可使金屬鈍化。金屬鈍化后，其電極電勢向正方向移動，使其失去了原有的特性，如鈍化了的鐵在銅鹽中不能將銅置換出。此外，用電化學(xué)方法也可使金屬鈍化，如將Fe置于H2SO4溶液中作為陽極，用外加電流使陽極極化，采用一定儀器使鐵電位升高一定程度，F(xiàn)e就鈍化了。由陽極極化引起的金屬鈍化現(xiàn)象，叫陽極鈍化或電化學(xué)鈍化。 金屬處于鈍化狀態(tài)能保護金屬防止腐蝕，但有時為了保證金屬能正常參與反應(yīng)而溶解，又必須防止鈍化，如電鍍和化學(xué)電源等。 金屬是如何鈍化的呢？其鈍化機理是怎樣的？首先要清楚，鈍化現(xiàn)象是金屬相和溶液相所引起的，還是由界面現(xiàn)象所引起的。有人曾研究過機械性刮磨對處在鈍化狀態(tài)的金屬的影響。實驗表明，測量時不斷刮磨金屬表面，則金屬的電勢劇烈向負方向移動，也就是修整金屬表面可引起處在鈍態(tài)金屬的活化。即證明鈍化現(xiàn)象是一種界面現(xiàn)象。它是在一定條件下，金屬與介質(zhì)相互接觸的界面上發(fā)生變化的。電化學(xué)鈍化是陽極極化時，金屬的電位發(fā)生變化而在電極表面上形成金屬氧化物或鹽類。這些物質(zhì)緊密地覆蓋在金屬表面上成為鈍化膜而導(dǎo)致金屬鈍化，化學(xué)鈍化則是像濃HNO3等氧化劑直接對金屬的作用而在表面形成氧化膜，或加入易鈍化的金屬如Cr、Ni等而引起的?；瘜W(xué)鈍化時，加入的氧化劑濃度還不應(yīng)小于某一臨界值，不然不但不會導(dǎo)致鈍態(tài)，反將引起金屬更快的溶解。 金屬表面的鈍化膜是什么結(jié)構(gòu)？是獨立相膜還是吸附性膜呢？目前主要有兩種學(xué)說，即成相膜理論和吸附理論。成相膜理論認為，當(dāng)金屬溶解時，處在鈍化條件下，在表面生成緊密的、復(fù)蓋性良好的固態(tài)物質(zhì)，這種物質(zhì)形成獨立的相，稱為鈍化膜或稱成相膜，此膜將金屬表面和溶液機械地隔離開，使金屬的溶解速度大大降低，而呈鈍態(tài)。實驗證據(jù)是在某些鈍化的金屬表面上，可看到成相膜的存在，并能測其厚度和組成。如采用某種能夠溶解金屬而與氧化膜不起作用的試劑，小心地溶解除去膜下的金屬，就可分離出能看見的鈍化膜，鈍化膜是怎樣形成的？當(dāng)金屬陽極溶解時，其周圍附近的溶液層成分發(fā)生了變化。一方面，溶解下來的金屬離子因擴散速度不夠快（溶解速度快）而有所積累。另一方面，界面層中的氫離子也要向陰極遷移，溶液中的負離子（包括OH-）向陽極遷移。結(jié)果，陽極附近有OH-離子和其他負離子富集。隨著電解反應(yīng)的延續(xù)，處于緊鄰陽極界面的溶液層中，電解質(zhì)濃度有可能發(fā)展到飽和或過飽和狀態(tài)。于是，溶度積較小的金屬氫氧化物或某種鹽類就要沉積在金屬表面并形成一層不溶性膜，這膜往往很疏松，它還不足以直接導(dǎo)致金屬的鈍化，而只能阻礙金屬的溶解，但電極表面被它覆蓋了，溶液和金屬的接觸面積大為縮小。于是，就要增大電極的電流密度，電極的電位會變得更正。這就有可能引起OH-離子在電極上放電，其產(chǎn)物（如OH）又和電極表面上的金屬原子反應(yīng)而生成鈍化膜。分析得知大多數(shù)鈍化膜由金屬氧化物組成（如鐵之Fe2O3），但少數(shù)也有由氫氧化物、鉻酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽及難溶硫酸鹽和氯化物等組成。 吸附理論認為，金屬表面并不需要形成固態(tài)產(chǎn)物膜才鈍化，而只要表面或部分表面形成一層氧或含氧粒子（如O2-或OH-）的吸附層也就足以引起鈍化了。這吸附層雖只有單分子層厚薄，但由于氧在金屬表面上的吸附，改變了金屬與溶液的界面結(jié)構(gòu)，使電極反應(yīng)的活化能升高，金屬表面反應(yīng)能力下降而鈍化。此理論主要實驗依據(jù)是測量界面電容和使某些金屬鈍化所需電量。實驗結(jié)果表明，不需形成成相膜也可使一些金屬鈍化。 兩種鈍化理論都能較好地解釋部分實驗事實，但又都有成功和不足之處。金屬鈍化膜確具有成相膜結(jié)構(gòu)，但同時也存在著單分子層的吸附性膜。目前尚不清楚在什么條件下形成成相膜，在什么條件下形成吸附膜。兩種理論相互結(jié)合還缺乏直接的實驗證據(jù)，因而鈍化理論還有待深入地研究。什么是陽極氧化？將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜.例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進行電解。陽極的鋁或其合金氧化，表面上形成氧化鋁薄層，其厚度為520微米，硬質(zhì)陽極氧化膜可達60200微米。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性.陽極氧化 1硫酸陽極氧化 硫酸陽極氧化有以下特點： (1)槽液成本低，成分簡單，操作維護簡便，一般只需將硫酸稀釋到一定的濃度即可，無需添加其他化學(xué)藥品，推薦使用化學(xué)純硫酸，雜質(zhì)較少的工業(yè)級硫酸也可采用，所以成本特別低。 (2)氧化膜透明度高。純鋁的硫酸陽極氧化膜，是無色透明的，對于鋁合金，隨著合金元素Si、Fe、Cu、Mn的增加，透明度會下降。相對其他電解液，硫酸陽極氧化膜的顏色是最淺的。 (3)著色性高，硫酸氧化膜透明，多孔層吸附性強，易于染色和著色，著色鮮艷不易退去，有很強的裝飾作用。 (4)硫酸陽極氧化操作條件為： H2SO4(體積) 1030 溫度 1822 Al/g.L-1 20 電流密度/A.dm-2 0.63 時間/min 1060 2草酸和鉻酸陽極氧化 草酸陽極氧化在日本應(yīng)用較普遍，草酸氧化膜的特點和硫酸氧化膜相近，孔隙率低于硫酸氧化膜，耐蝕性和硬度高于硫酸氧化膜。草酸的槽液成本和操作電壓高于硫酸，有些合金的草酸氧化膜顏色較深。草酸和硫酸陽極氧化都需要良好的冷卻系統(tǒng)配套。 草酸陽極氧化操作條件為： 草酸(體積分數(shù)) 210 溫度/ 1535 電流密度/A.dm-2 0.53 電壓/V 4060 鉻酸陽極氧化膜特別耐腐蝕，主要應(yīng)用干飛機制造工業(yè)，鉻酸氧化膜和油漆的附著力強，也用于作油漆的底層，鉻酸陽極氧化膜灰色不透明，一般不用于裝飾。 鉻酸陽極氧化操作條件為： Cr03/g.L-1 30100 溫度/ 4070 電流密度/A.dm-2 0.13 電壓/V O100 時間/min 3560 3.硬質(zhì)陽極氧化 在二世界大戰(zhàn)后期，為了提高陽極氧化膜的硬度和厚度，把硫酸氧化槽的溫度降低至0，電流密度提高至2.74.0A/dm2，獲得了2550m的“硬質(zhì)氧化膜”。用草酸加少量硫酸可以在515得到硬質(zhì)氧化膜。有些專利用優(yōu)化硫酸的濃度，加有機酸或其他添加劑，如苯六羧酸進行硬質(zhì)陽極氧化。 在蘇格蘭，Campbell發(fā)明了采用交流直流疊加電源，電解液高速流動，0，電流密度2535A/dm2，獲得100m的硬質(zhì)陽極氧化膜。 現(xiàn)在，脈沖電流用于硬質(zhì)陽極氧化時，特別是高銅鋁合金一般很難硬質(zhì)陽極氧化，使用脈沖電流可以防止“燒蝕”。還有許多電源用于硬質(zhì)陽極氧化，交流加直流，各種頻率的單相或三相脈沖電流、反相電流等。傳統(tǒng)的直流硬質(zhì)陽極氧化，電流密度一般不能超過4.0A/dm2，單相整流脈沖電源，電流的脈沖峰值可以很大，但保持氧化膜厚度的均勻一致是重要的問題。電鍍,電融漆,陽極氧化和陽極電鍍四者之間有什么區(qū)別? 0分客戶的產(chǎn)品要求中提到要對鋁管做Anodized表面處理, 查閱字典后發(fā)現(xiàn)有兩種解釋:1.陽極電鍍,2.陽極氧化.不清楚這兩種解釋是否是指同一種表面處理方式?另外,電鍍和電融漆與上面兩種方式又有什么區(qū)別?共0條評論.1 是鋁的陽極氧化處理。沒有陽極電鍍，陽極沒有（不能）電鍍，只能“退鍍”。 2 陽極氧化是在鋁表面生成一層保護性氧化膜，其厚度通常在530m，在一些特殊條件下氧化膜的厚度可以達到100m以上，從而可顯著提高鋁及鋁合金的各種性能，包括耐蝕性、耐磨性、耐候性、絕緣性及吸附性等。 3 電鍍是在金屬表面形成一層金屬或合金層，電泳漆則是一層有機膜（漆）層。 鈍化現(xiàn)象 如果在室溫時試驗鐵片在硝酸中的反應(yīng)速率以及與硝酸濃度的關(guān)系,我們將會發(fā)現(xiàn)鐵的反應(yīng)速率最初是隨硝酸濃度的增大而增大.當(dāng)增大到一定程度時,它的反應(yīng)速率減小,繼續(xù)增大硝酸的濃度時,它的反應(yīng)速率更小,最后不再起反應(yīng),即鐵變得“穩(wěn)定”了，或者像一般所說的，鐵發(fā)生“鈍化”了。 不僅鐵，其他一些金屬也可以發(fā)生鈍化。例如，Cr、Ni、Co、Mo、Al、Ta、Nb和W等，其中最容易鈍化的金屬是Cr、Mo、Al、Ni、 Fe。 不僅硝酸，其他強氧化劑如濃硫酸、氯酸、碘酸、重鉻酸鉀、高錳酸鉀等，都可以引起金屬的鈍化。 在個別情況下，少數(shù)金屬能在非氧化劑介質(zhì)中鈍化。例如，鎂在中HF鈍化，鉬和鈮在HCl中鈍化。 一般地說，鈍化后的金屬，在改變外界鈍化條件后，仍能在相當(dāng)程度上保持鈍化狀態(tài)。例如，鐵在弄硝酸中鈍化后，不僅在硝酸中保持穩(wěn)定，而且在水、水蒸氣及其他介質(zhì)中也能保持穩(wěn)定。鈍化后的鐵不能從硝酸銅溶液中置換出銅。 有許多因素能破壞鈍化狀態(tài)，或者阻止金屬鈍化態(tài)的生成。將溶液加熱或加入活性離子，如Cl-、Br-、I-等和還原性氣體如氫（特別是在加熱時）都能使鈍態(tài)金屬活性化。 使金屬鈍化的方法，除了把金屬浸在濃酸里使它鈍化外，還可以把金屬作為電極（陽極），通過電流使它發(fā)生氧化。當(dāng)電流密度增大到一定程度時，金屬就能被鈍化。 鈍化原理 現(xiàn)在大都認為，金屬的鈍化是由于金屬和介質(zhì)作用，生成一層極薄的肉眼看不見的保護膜的結(jié)果。這層薄膜通常是氧和金屬的化合物。例如，在有些情況下，鐵氧化后生成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的氧化物，其組成為Fe8O11。鈍化后的鐵跟沒有鈍化的鐵有不同的光電反射能力。經(jīng)過測定，鐵在濃硝酸中的金屬氧化膜的厚度為3nm-4nm。這種薄膜將金屬表面和介質(zhì)完全隔絕，從而使金屬變得穩(wěn)定。 鈍化的實際應(yīng)用 鈍化能使金屬變得穩(wěn)定。從本質(zhì)上講，這是由于金屬表面上覆蓋了一層氧化膜，因而提高了金屬的抗蝕性能。 為了提高金屬的防護性能，可采用化學(xué)方法或電化學(xué)方法，使金屬表面覆蓋一層人工氧化膜。這種方法就是通常說的氧化處理或發(fā)藍。它在機械制造、儀器制造、武器、飛機及各種金屬日用品中，作為一種防護裝飾性覆蓋層而廣泛地被采用。 鐵、鋁在濃硝酸中鈍化分別生成Fe8O11和Al2O3。 鐵在濃硝酸中氧化首先生成二價鐵，如濃硝酸過量，再生成三價鐵；鋁則被氧化為三價鋁。 幾種不同的工藝生成的氧化物理論上因生成環(huán)境不同而不同。 鋁在經(jīng)濃硝酸鈍化后,如需與硫酸銅等反應(yīng)，只需用小刀在覆蓋有氧化膜的鋁片表面刮幾下即可；當(dāng)然要除去氧化膜，也可加NaOH溶液（微熱），不加熱效果不明顯；除此之外，加稀酸或加濃酸（加熱）也能除去氧化膜。 學(xué)長 首先要清楚，鈍化現(xiàn)象是金屬相和溶液相所引起的，還是由界面現(xiàn)象所引起的。有人曾研究過機械性刮磨對處在鈍化狀態(tài)的金屬的影響。實驗表明，測量時不斷刮磨金屬表面，則金屬的電勢劇烈向負方向移動，也就是修整金屬表面可引起處在鈍態(tài)金屬的活化。即證明鈍化現(xiàn)象是一種界面現(xiàn)象。它是在一定條件下，金屬與介質(zhì)相互接觸的界面上發(fā)生變化的。電化學(xué)鈍化是陽極極化時，金屬的電位發(fā)生變化而在電極表面上形成金屬氧化物或鹽類。這些物質(zhì)緊密地覆蓋在金屬表面上成為鈍化膜而導(dǎo)致金屬鈍化，化學(xué)鈍化則是像濃HNO3等氧化劑直接對金屬的作用而在表面形成氧化膜，或加入易鈍化的金屬如Cr、Ni等而引起的?；瘜W(xué)鈍化時，加入的氧化劑濃度還不應(yīng)小于某一臨界值，不然不但不會導(dǎo)致鈍態(tài)，反將引起金屬更快的溶解。 目前主要尚不清楚在什么條件下形成成相膜，在什么條件下形成吸附膜。兩種理論相互結(jié)合還缺乏直接的實驗證據(jù)，因而鈍化理論還有待深入地研究。一般認為是復(fù)雜氧化物。 幾種不同的工藝生成的氧化物不一樣，結(jié)構(gòu)有差異。 鋁在經(jīng)濃硝酸鈍化后,怎樣去除表面鈍化膜?放入堿中不行，要在濃酸中加熱。 他說的氧化鐵其實就是指鐵的氧化物。 鋁及鋁合金陽極氧化 0 內(nèi)容提示 本文簡要介紹了鋁及鋁合金陽極氧化的原理和陽極氧化方法的種類，著重介紹硫酸直流電陽極氧化。對硫酸陽極氧化的工藝規(guī)范和操作條件、溶液配制和調(diào)整方法、常見估障判斷及排除等作了較為詳細的介紹。鋁合金成分對氧化膜形成及質(zhì)量的影響、新老涂覆標記的含義等相關(guān)內(nèi)容也結(jié)合我所實際情況作了介紹。通過對本文內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠正確掌握硫酸直流電陽極氧化的操作技能，準確控制氧化質(zhì)量，做出符合質(zhì)量標準的產(chǎn)品。 1 概述 鋁是最為豐富的元素之一，地殼內(nèi)含量僅次于氧和硅。鋁的產(chǎn)量僅次于鋼鐵。鋁及其合金具有比強度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好，反光性強，色澤美觀、無磁性、耐熱性好，以及塑性和成形性好，無低溫脆性等優(yōu)點，是一種具有優(yōu)良綜合性能的有色金屬材料，因此在許多部門得到廣泛應(yīng)用。 鋁及鋁合金暴露在空氣中，其表面會自然行成一層致密的氧化膜，但這層氧化膜的厚度極薄，只有幾納米到幾十納米，不足以防止惡劣環(huán)境下的腐蝕，同時，鋁的硬度也不高，在使用過程中不能防止磨擦而造成的破壞。因此，鋁及鋁合金制品需要針對其不同用途采取不同的保護措施。對鋁和鋁合金進行陽極氧化就是一種十分有效的方法。通過陽極氧化可以獲得530m厚的人工氧化膜(在一些特殊條件下氧化膜的厚度可以達到100m以上)，從而可顯著提高鋁及鋁合金的各種性能，包括耐蝕性、耐磨性、耐候性、絕緣性及吸附性等。 2 鋁陽極氧化膜形成的基本原理 鋁陽極氧化實際上就是水的電解。電解液通電后在電流的作用下發(fā)生水解，在陰極上放出氫，即 H+e 1/2H2 在陽極上釋放電子，即 4HO4e 2H2O+2O 其中一部分新生(原子)氧與鋁(陽極)反應(yīng)，生成氧化鋁膜，2Al3+3O22 Al2O3+熱量。 產(chǎn)生氧氣形成Al2O3 釋放氫氣H2 并產(chǎn)生熱量 在不同的處理條件下，陽極上可能發(fā)生如下幾種情況： a 陽極上的生成物是可溶的，即邊生成邊溶解，這可理解為不能在陽極上生成氧化膜。 b 反應(yīng)生成物幾乎不溶解，在陽極的表面形成附著性很強的絕緣性薄膜，一般將其稱之為阻擋性氧化膜或稱密膜層。阻擋性氧化薄膜是在通電后的數(shù)秒鐘內(nèi)形成。 c 氧化生成物大部分溶解，電解拋光就是屬于這種情況。 d 反應(yīng)生成物是堅固的氧化膜，而且一部分是可溶的。即在氧化膜生成的同時，有一部分溶解，結(jié)果在膜中形成針孔，使電流得以繼續(xù)通過。隨著氧化膜的不斷加厚，電阻會不斷增大，膜的成長速度亦隨之降低。當(dāng)膜的成長速度與膜的溶解速度相同時，膜的厚度就保持一定而不再增加。這層氧化膜稱之為多孔性氧化膜，就是鋁陽極氧化膜的主要組成部分，其同阻擋性氧化薄膜一起組成完整的氧化膜。 多孔層 倒園椎形孔 溶解后變成針尖狀 氧化膜增長到極限密膜層 當(dāng)鋁通電時，首先在其表面形成密膜層(圖2a)，隨后密膜層變?yōu)槎嗫讓?圖2b)，多孔層的厚度隨著電解時間的延長幾乎成直線變厚，但隨著電解時間的進一步增加，由于上層部分的氧化膜是在電解初期形成的，長時間浸在電解液中，使多孔層的針孔溶解變薄，而中心部分的氧化層，在電解液中浸漬的時間較短，孔壁溶解較少，結(jié)果形成了外大內(nèi)小的倒園椎形孔(圖2c)，電解時間繼續(xù)延長時，氧化膜的最上部孔壁進一步溶解而變?yōu)獒樇鉅?圖2d)，電解時間再增加，則圖2d上層因溶解而消失，而靠近最上層再次形成針尖(圖2e)，下部生長上部溶解，周而復(fù)始，達到膜的成長速度與溶解速度相同時，即使電解時間再長，氧化膜的厚度亦不會再增加。 氧化膜的生成過程還可以用圖3所示的電壓時間曲線來說明，圖3曲線大致可以分為三段： ab段形成密膜層 這層密膜層在通電開始的幾秒到幾十秒時間內(nèi)形成。 bc 段膜孔的出現(xiàn) 陽極電壓達到最大值后開始有所下降，這時由于密膜層膨脹而變得凹凸不平，凹處電阻較小而電流較大，結(jié)果發(fā)生電化學(xué)溶解和溶液浸蝕的化學(xué)溶解，使凹處不斷加深而出現(xiàn)孔穴，這就出現(xiàn)電阻減小而電壓下降。 cd 段多孔層增厚 大約在20s后，電壓趨向平穩(wěn)，阻擋層的厚度不再增加。隨著氧化的繼續(xù)進行，電壓稍有增加，氧化反應(yīng)仍在阻擋層與基體的界面上繼續(xù)進行，最后達到膜的行成和膜的溶解平衡。該平衡到來的時間愈長，則氧化膜愈厚。 3 陽極氧化方法的分類 鋁的陽極氧化可以在多種電解液中進行。如硫酸、鉻酸鹽、錳酸鹽、硅酸鹽、草酸、草酸鹽等各種各樣，但在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用的主要有硫酸、鉻酸、磷酸和草酸等四種酸。硫酸法是1937年美國首先公布的專利，鉻酸法是英國人發(fā)個明的，草酸法則是日本和德國首先在工業(yè)上應(yīng)用。 硫酸法是應(yīng)用最普遍的一種方法。 4 硫酸法陽極氧化工藝 4.1 硫酸陽極氧化的特點 鋁及鋁合金在10%20%硫酸電解液中獲得的氧化膜具有許多特點：有極強的吸附能力(即著色和封閉性能好)，較高的硬度(150400HV左右)，比未氧化的鈍鋁高出510倍(鈍鋁的硬度為3040HV)，良好的耐磨性和抗蝕性。純鋁的膜層厚度可達40m，一般防護-裝飾性氧化膜厚度為5m25m。氧化處理后的制件尺寸會有所增大,表面粗糙度亦會相應(yīng)增加。純鋁和鋁鎂合金上所得膜層透明，染色后色彩鮮艷，經(jīng)過拋光的鋁制件，進行陽極氧化后，可得到鏡面的光潔光亮表面。幾乎所有的鋁及鋁合金都可以采用硫酸陽極氧化，但不適用于搭接、鉚接、點焊及有焊縫隙的零組件，較疏松的鑄件亦不宜采用。硫酸陽極化電解液具有成分十分簡單、允許雜質(zhì)含量范圍大、操作簡便極易掌握和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。 4.2 硫酸陽極氧化的工藝流程 (略) 4.3 硫酸陽極氧化的配方及工藝規(guī)范 硫酸陽極化的配方及規(guī)范見表2。從表2可以看 表2 硫酸陽極氧化配方及工藝規(guī)范 成分及條件 應(yīng) 用 范 圍 最 佳 條 件 硫酸(比重)1.84) 100300g/L 150 g/L5g/L 鋁 離 子 20 g/L以下 槽液溫度 15202 211 電流密度 0.63 A/dm21.35%A/ 時 間 按厚度確定 6063鋁合金10m30min，18m60min L5工業(yè)純鋁3.8m10min，23m60min 槽 電 壓 1020V 16V 到硫酸陽極化電解液(硫酸)的濃度范圍相當(dāng)大，但最佳條件規(guī)定得十分嚴格，范圍非常狹窄，其目的是確保生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，一致性好。 表3是國內(nèi)常采用的配方和操作規(guī)范。 成分及操作規(guī)范 配 方 1 2 3 4 硫酸(d=1.84)草酸甘油 180200g/L 150160 15020056 15016050 溫度陽極電流密度電壓 15250.81.5A/dm21222V 2011.11.5 A/dm21820 V 15250. 81.2 A/dm21824 V 2013 A/dm21618 V 表3是國內(nèi)最常用的幾個配方。配方1為通用型配方；配2適用于建筑用鋁合金；配方3、4為有添加劑的溶液。 我所采用的硫酸陽極氧化配方及規(guī)范如表4。 表4 我所采用的陽極氧化配方及工藝規(guī)范 成分及操作規(guī)范 配 方 硫酸(d=1.84) 160180 g/L 溫度陽極電流密度電壓時間 13200.81.0A/dm21214V5060min 這一配方及相應(yīng)的工作規(guī)范應(yīng)該是結(jié)合我所產(chǎn)品要求的特點制定的，但氧化時間規(guī)定為5060min，似不合適，因為不同用途的氧化膜都已經(jīng)規(guī)定了厚度范圍(見6.2表8)，那么，氧化時間就應(yīng)根據(jù)近要求膜的厚度來確定。 4.4 影響氧化膜質(zhì)量的因素 4.4.1 硫酸濃度的影響能否獲得較厚的氧化膜，取決于膜的溶解與生長速度之比。隨著硫酸濃度增加，氧化膜的溶解速度增大，成長速度減慢。因此，采用較稀硫酸溶液有利于膜 的增厚。在濃電解液中形成的氧化膜，其孔隙率較高，著色性能較好，但膜的硬度和耐磨性 較低。硫酸濃度過高，膜的溶解速度就大，此時所得到的氧化膜薄而軟，且容易起粉。在較 低濃度溶液中得到的氧化膜，其耐磨性較好，但濃度也不能太低。當(dāng)硫酸濃度過低時，因為電解液的溶解作用小，阻擋層變厚，電阻會增大，電壓就會升高，氧化時間亦須要加長，所得到的膜光亮度降低，顏色變深且硬而脆，孔隙率亦低，不易著色，一般硫酸濃度控制在15%左右為佳。 4.4.2 溶液溫度的影響 溫度是決定氧化膜質(zhì)量的重要因素。溫度變化對氧化膜的影響同 硫酸濃度變化對氧化膜的影響基本相同。電解液溫度升高，氧化膜的溶解速度加大，成膜速度就減小，氧化膜的厚度必然隨著減小。圖4、5、6分別列出了溫度對氧化膜性能的影響。溫度對膜的硬度和耐蝕性也會產(chǎn)生很大影響。 一般將溫度控制在1820時獲得的氧化膜多孔，吸附性好，但耐磨性較差。溫度高于26，膜的質(zhì)量會明顯下降，超過30有出現(xiàn)過腐蝕的危險。 在裝飾性氧化工藝中，溫度控制在03，溫度波動1，硬度可以達到400HV以上，缺點是當(dāng)制件受力發(fā)生變形或彎曲時，氧化膜會發(fā)生脆裂，對于易變形的制件宜將電解液溫度控制在810范圍內(nèi)。 由于陽極氧化過程伴隨著放熱反應(yīng)，膜的生成熱相當(dāng)大，氧化膜的形成加大了電解液的電阻，將大量電能轉(zhuǎn)變成熱能，促使溶液溫度上升，加速膜的溶解，使膜表面起粉。溫度更高時，氧化膜甚至?xí)兊貌贿B續(xù)。因此，需要及時啟動降溫系統(tǒng)，嚴格控制電解液的溫度在規(guī)定的工藝范圍內(nèi)。 為了防止陽極氧化過程中溶液升溫過快，給氧化槽的體積電流密度，提出了要求，即體積電流密度不應(yīng)大于0.3A/L，即以現(xiàn)有的1000L槽，其最大工作電流強度不應(yīng)超過300A。 4.4.3 電壓和陽極電流密度的影響 電壓和陽極電流密度在陽極氧化過程中，有密切的關(guān)系(見圖8)，隨著電流密度的增加電壓也緩緩上升。 陽極氧化的初始電壓對膜的結(jié)構(gòu)影響很大。電壓較高生成的膜孔較大，但孔隙率低； 電壓過高電流也會很大，致使膜層十分粗糙。且制件的棱角邊緣處易被嚴重擊穿。氧化開始時，電壓應(yīng)逐步升高，此操作對提高氧化膜的外觀質(zhì)量有一定作用。在氧化過程中，電壓的波動應(yīng)很小，一般只允許12V的波動。 圖10 陽極電流密度與氧化膜防護性能的關(guān)系 在一定限度內(nèi)，提高電流密度，可以加快氧化膜的成長速度，但繼續(xù)增大到一個限值時 氧化膜的成長速度非但不能加速，有時反而處于停止。這是因為在高電流密度下，氧化膜內(nèi)的熱效應(yīng)加大，促使氧化膜加速溶解。氧化膜的質(zhì)量還隨電流密度的不同而有所區(qū)別。當(dāng)電流密度超過一定范圍時，氧化膜的防護性能會有所降低(圖10)。通常陽極電流密度應(yīng)控制在11.5A/dm2，電壓在1520V范圍內(nèi)為宜。具體操作中，在剛開始通電時，應(yīng)先以所需電流密度的一半，氧化30s左右，然后逐步提高到規(guī)定電流密度范圍，以提高氧化膜的外觀質(zhì)量。 4.4.4 陽極氧化時間的影響 在正常情況下，電流一定時，氧化膜的成長速度與氧化時間 成正比。而氧化時間與電解液溫度有密切關(guān)系，溫度低氧化時間要長，溫度高時間應(yīng)相應(yīng)縮短。當(dāng)然，氧化時間亦不能過長，隨著時間的增加，膜的成長速度逐漸減緩，膜的表面層被溶解，孔會逐步擴大，膜層變粗，硬度降低。而在較低的溫度下，氧化時間過長膜的厚度雖略有增加，但內(nèi)應(yīng)力增大，易產(chǎn)生裂紋，特別是易發(fā)生在制件的尖銳部位。所以通常氧化時間應(yīng)為3060mmin。也可以按40Amin/dm2, 即當(dāng)采用1A/dm2電流密度時，氧化時間為40min來控制。當(dāng)然，對氧化膜層明確規(guī)定了厚度要求時又當(dāng)別論。 氧化膜的厚度亦可參照下式計算： 氧化膜厚度(m)=K電流密度(A/dm2)氧化時間(min) 式中K為常數(shù)=0.260.31。 4.4.5 鋁含量的影響 硫酸陽極氧化電解液中有沒有鋁，有多少鋁常不為人重視，其實不含鋁的電解液是得不到合格的氧化膜的。因此，在配制新溶液時應(yīng)添加1213g/L硫酸鋁。 沒有鋁得不到好的氧化膜，但鋁濃度過高同樣得不到好氧化膜。一般電解液中鋁的含量超過10g/L時，隨著鋁濃度的繼續(xù)增加，氧化膜的耐磨性和耐蝕性能均會下降，透明度也不好，所以鋁濃度應(yīng)有極限值。溶液中鋁的含量，美國最高為12 g/L，德國定為12 g/L。鋁的濃度小于0.1g/L時，膜的性能也會急劇下降。因此新配電解液時加入一些硫酸鋁，使鋁的濃度超過0.1g/L，一般以1