陽(yáng)極處理技術(shù)(doc7)

1、陽(yáng)極處理1. 陽(yáng)極處理的目的與應(yīng)用一般鋁合金很容易氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長(zhǎng)期曝露之結(jié)果，氧化層仍會(huì)剝落，喪失保護(hù)作用，因此陽(yáng)極處理的目的即利用其易氧化之特性，藉電化學(xué)方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進(jìn)一步氧化，同時(shí)增加表面的機(jī)械性質(zhì)。另一目的是，藉不同化成反應(yīng)，產(chǎn)生各種色澤（發(fā)色）增進(jìn)美觀。鋁合金陽(yáng)極處理應(yīng)用廣泛，飛機(jī)皮、軍事武器、復(fù)印機(jī)抄紙滾桶、建筑物鋁帷幕、鋁門(mén)窗等。2. 制程于電解槽中，將金屬（如鋁或鋁合金）工件置于陽(yáng)極，施加一定電壓與電流，促使工件表面形成附著良好的氧化層。簡(jiǎn)要而言，發(fā)生下述反應(yīng)；陽(yáng)極： Me XH2O MeOX 2XH 2Xe 陰極： H2 O e 1/2H

2、2 OH一般而言，陽(yáng)極處理工程流程例如下：工件 脫脂（） 水洗 化學(xué)光澤（） 水洗 脫漬（） 水洗 陽(yáng)極處理 （）水洗封孔（） 水洗干燥上述流程中，主要步驟的化學(xué)溶液如下：（）有抑制劑之熱堿洗液，6070（） H3PO4HNO3溶液， 88110（） 2535HNO3，常溫（） 15H2SO4，2125（） 100H2O3. 陽(yáng)極處理電解液鋁合金陽(yáng)極處理使用的電解液有很多種，每一種電解液的主要化學(xué)成份不同，經(jīng)其處理后的皮膜組織不同，性質(zhì)也因之有所差異；有些場(chǎng)合即以電解液歸類(lèi)制程。文獻(xiàn)資料有很多不同的配方例，以下每一種僅舉一例，但并非僅有此種配方。i ）硫酸液2例如 Alumilite 制程含

3、1520硫酸，電壓是 1422 伏特，電流密度是 12A/dm，操作溫度 1825，處理時(shí)間 1060 分鐘，皮膜厚度 335m，皮膜呈無(wú)色透明。硫酸液制程所得皮膜抗蝕性良好，而且抗磨耗性佳，此制程若將操作溫度降至 5以下，硫酸濃度降至7左右，處理電壓提高至 23120 伏特，可以長(zhǎng)時(shí)間處理以獲得厚至 200m以上的硬質(zhì)陽(yáng)極皮膜，應(yīng)用于需耐磨耗的場(chǎng)合。ii ）鉻酸液例如含 510鉻酸，電壓是 40 伏特，電流密度是 0.150.30A/dm 2，操作溫度 35，處理時(shí)間 30 分鐘，所得皮膜約 23 m，皮膜呈灰色或灰綠色，具有良好的抗蝕性，但耐磨耗性較差，在應(yīng)用上方能不需封孔。iii ）草酸

4、液例如 Eloxal GX 制程含 35草酸，電壓是 4060 伏特，電流密度是 12A/dm2，操作溫度 1820，處理時(shí)間 4060分鐘，皮膜呈黃色，厚度 1065 m，此制程成本高于硫酸液制程。 操作溫度可以降至 35，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間處理以獲得厚達(dá) 625 m的皮膜。草酸液的色澤較多樣化。iv ）磷酸液例如含 10磷酸，電壓是 1012伏特，電流密度較不定，操作溫度 2325，處理時(shí)間 2030 分鐘，皮膜呈無(wú)色，厚度 12m；磷酸液處理之皮膜孔隙較大，適于后續(xù)電鍍。以上四種電鍍液較常用，其原因是，這四種電解液中形成皮膜時(shí)，實(shí)際上有一定的孔隙，允許鋁持續(xù)溶出以形成皮膜，同時(shí)其皮膜具有一定的溶解

5、度，因此皮膜可以持續(xù)成長(zhǎng)至其溶解速度與成長(zhǎng)速度相等為止，但是，它種電解液如硼酸液，酒石酸液等，其生成的皮膜很致密，不易再允許鋁經(jīng)由電解溶出，因之僅能形成很薄的皮膜。4. 陽(yáng)極處理皮膜形成機(jī)構(gòu)圖一是陽(yáng)極處理皮膜的掃描式電子顯微 （SEM）照片，其顯示皮膜層實(shí)際上是呈管胞 （ cellular 組織，其底部似一般試管底部呈圓弧狀。形成此種組織型態(tài)的過(guò)程如圖二說(shuō)明。開(kāi)始通電時(shí)，鋁陽(yáng)極表面的某些部位開(kāi)始溶解（ time1 ），時(shí)間增長(zhǎng)，鋁溶解量增加，但是陽(yáng)極表面開(kāi)始呈現(xiàn)凹凸不平的粗度tube ）（ time2 ），十間續(xù)增，由于凹凸不平造成溶解速率不一，溶解較快的部位逐漸凹陷，于此同時(shí)，溶解的鋁離子逐

6、漸生成氫氧化鋁與氧化鋁沉積在表面，但是仍留有孔隙以供溶解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，長(zhǎng)時(shí)間之后，堆積的沉淀即形成”管壁”， 管壁的主要成份是含水氧化鋁或膠狀氫氧化鋁， 愈近管壁中央含水量愈少，愈近純氧化鋁，如圖三所示，近電解液區(qū)域即為鋁溶解并沉積的區(qū)域，沉積愈久，則愈致密。電解液的種類(lèi)，陽(yáng)極處理操作條件等，影響皮膜管胞的大小與數(shù)目，表 10-1 提供一比較之例，操作電壓愈大，形成管胞數(shù)目愈少，管胞數(shù)目則依電解液隨下述順序遞減。硫酸草酸鉻酸磷酸5. 封孔（ Sealing ）陽(yáng)極處理皮膜是經(jīng)由溶解與沉積形成管胞狀，因此處理之后的皮膜，自電解衣取出后，充滿著孔隙，而且可能含有大量水份，必須再經(jīng)封孔程序才能獲得較

7、制密的皮膜。封孔的操作方式通常是在近沸騰的水中浸漬一段時(shí)間，陽(yáng)極處理過(guò)程溶解沉積的皮膜是膠狀氫氧化鋁，尤其是管孔內(nèi)及管口部位，其經(jīng)過(guò)高溫處理后，會(huì)轉(zhuǎn)化成 Boemite，成份是 -Al 2O3、H2O或 -AlOOH，含有 85的 Al 2 O3，經(jīng)此轉(zhuǎn)換與再結(jié)晶之后，管胞即被完全填封，成一很致密的皮膜層，此過(guò)程如圖四所示。視電解液不同，封孔需求性也不同，如表一所示，硫酸液陽(yáng)極處理形成的管胞數(shù)目最多，因此最需要進(jìn)行封孔。封孔操作，除了在水中進(jìn)行之外，也可以在重鉻酸溶液（例如 5g/l 重鉻酸鉀）進(jìn)行，此種封孔處理之后，可以大幅度提高抗蝕性。6. 硬質(zhì)陽(yáng)極處理一般陽(yáng)極處理皮膜經(jīng)封孔之后即有一定的

8、硬度與保護(hù)效果，但是在機(jī)械工程，尤其是磨擦機(jī)械（如復(fù)印機(jī)的走紙滾桶）由于使用時(shí)間長(zhǎng)，常需要更高硬度與高厚度皮膜。皮膜形成的機(jī)構(gòu)如前述，是經(jīng)由溶解與沉積過(guò)程，而沉積的皮膜本身也會(huì)再溶解，不易使皮膜長(zhǎng)的很厚，因此通常利用低溫（ 5）減緩皮膜的在再溶解速度，甚至提高電壓以促進(jìn)鋁電解，增加沉積量，此過(guò)程除了增加厚度之外，也可以增大每一管胞的口徑，相對(duì)的減少孔隙度；其厚度可以達(dá)到 200m 以上。根據(jù)報(bào)導(dǎo)，硬質(zhì)陽(yáng)極處理皮膜的耐磨耗性甚至可優(yōu)于硬鉻鍍層。硬質(zhì)陽(yáng)極處理皮膜由于很厚，通常會(huì)有裂縫，對(duì)于耐疲勞性較不利。7. 陽(yáng)極處理皮膜發(fā)色鋁金屬呈銀白色，以硫酸或磷酸電解液陽(yáng)極皮膜處理以后，封孔前其皮膜多呈無(wú)色

9、，由于皮膜封孔前具有孔隙，而且陽(yáng)極處理過(guò)程發(fā)生化成反應(yīng)，因此可以藉控制或改變皮膜成份方式使皮膜具有光澤，這過(guò)程稱(chēng)為發(fā)色。發(fā)色的原理主要是藉生成有色彩的化合物與皮膜混和以產(chǎn)生色澤，隨著化合物不同，可分成無(wú)機(jī)發(fā)色與有機(jī)發(fā)色。有機(jī)發(fā)色采用有機(jī)染料，無(wú)機(jī)發(fā)色則藉用生成無(wú)機(jī)化合物；一般而言，有機(jī)染料不耐高溫，較易變質(zhì)褪色，無(wú)機(jī)化合物則較穩(wěn)定。無(wú)機(jī)發(fā)色的方法有很多種，方法一是，將皮膜依序浸入反應(yīng)物中，此反應(yīng)物生成有顏色的填料，經(jīng)封孔之后，即造成有顏色的皮膜，如：2CuSO4K4【 Fe（CN）6】 Cu2【 Fe（CN）6】（紅棕色）K2SO4方法之二是，直接將陽(yáng)極處理皮膜浸于金屬鹽液，繼之以水解以生成顏色，例如于510草酸鐵與25草酸銨溶液中浸漬，則可生成古銅色。另一種常用方法是，將陽(yáng)極處理皮膜浸于適當(dāng)鹽類(lèi)溶液中，通以交流電，以進(jìn)行電鍍發(fā)色，例如于 50g