試驗二鋁的陽極氧化和電解著色

1、鋁的陽極氧化和電解著色原理鋁及其合金在大氣中其外表會自然形成一層厚度為40 50 A薄的氧化膜。后者雖然能使金屬稍微有些鈍化，但由于它太薄，孔隙率大，機械強度低，不能有效地防止金屬腐蝕。用電化學方法即陽極氧化處理后，可以在其外表上獲得厚達幾十到幾百微米的氧化膜。后者的耐蝕能力很好。硫酸陽極氧化法所得的氧化膜厚度在5 - 20微米之間，硬度較高，孔隙率大，吸附性強，容易染色和封閉。而且具有操作簡便、穩(wěn)定、本錢低等特點，故應用最為廣 泛。當把零件掛在陽極上，陰極用鉛棒，通入電流后，發(fā)生如下反響陰極上2H+ + 2e t H2 T陽極上Al-3e t Al3+- 2-6OH t 3H2O+3O2Al

2、 + 3O t Al 2O3 + 399 卡硫酸還可以與Al、Al 2O3發(fā)生反響2Al + 2H 2SO4 t AbSO43 + 3H2 TAI2O3 + H2SO4 T AL2SO43 + 3H3O鋁陽極氧化膜的生長是在“生長和“溶解這對矛盾中發(fā)生和開展的。通電后的最初數(shù)秒鐘首先生成無孔的致密層 叫無孔層，或阻擋層，它雖只有0.01 0.015m,可是具有 很高的絕緣性。硫酸對膜產(chǎn)生腐蝕溶解。由于溶解的不均勻性，薄的地方孔穴電阻小，離子可通過，反響繼續(xù)進行，氧化膜生長，又伴隨著氧化膜溶解。循環(huán)往復?？刂埔欢ǖ墓に?條件特別是硫酸濃度和溫度可使膜的生長占主導地位。必須注意，氧化膜的生成和成長

3、過程是由于氧離子穿過無孔層與鋁離子結合成氧化膜的，與電鍍過程恰恰相反，電極反響是在氧化膜與金屬鋁的交界處進行，膜向內(nèi)側面生長。鋁陽極氧化膜的生長和溶解規(guī)律可用其電壓一時間曲線來說明。見圖一、圖二。A區(qū)：在最初10秒鐘內(nèi)曲線直線上升，電壓激劇增高，說明生成了無孔層電阻增大，這時成膜占主導，阻礙了反響繼續(xù)進行。當外電壓高時，O2-能穿過薄的地方繼續(xù)反響。故無孔層的厚度取決于電壓，即電壓高時，無孔層相應增厚，反之亦然。B 區(qū):陽極電位到達最高值開始下降，說明無孔層到達極限一定電壓下，由于硫酸腐蝕溶解造成孔穴，電阻下降，電壓降低。圖1.氧化膜生長階段示意圖1 鋁；2 無孔層；3多孔層C區(qū)：20秒鐘后，

4、電壓穩(wěn)定，這時膜在不斷增厚多孔層，無孔層那么生長和溶解到達動態(tài)平衡， 溶解和生成在孔穴底部進行，時間延長孔穴變成孔隙，遂形成一定厚度的氧化膜。硫酸氧化膜，多孔隙，有很強的化學活性，利用這一特點，人們在鋁陽極氧化膜上進行 染色或電解著色，到達耐蝕和裝飾雙重目的。有機染色是將氧化制品放入有機染色槽中，利用氧化膜的化學和物理吸附作用，將染料分子吸附于氧化膜微孔中而成色。有機染色色種多，艷麗是其優(yōu)點，但耐磨，耐曬，耐光性 能差，只適合于室內(nèi)裝飾和日用五金制品之裝飾。電解著色是將氧化制品浸入含有金屬鹽的水溶液中，通入低壓交流電，由于氧化膜的阻擋層具有整流作用，金屬離子在鋁陰極的阻擋層上復原成金屬膠態(tài)粒子

5、，由于金屬鹽種類不同，或由于金屬沉積量不同，膠態(tài)粒子大小和粒度分布不同，對光波產(chǎn)生選擇性吸收和散射作用而顯示出不同顏色。電解著色膜耐曬、耐熱、耐光、耐磨性好、耐蝕性高，廣泛用作建 筑鋁材，交通車輛等室內(nèi)防護 一裝飾。鋁陽極氧化膜無論著色與否，用于何場合，都必須進行封孔處理，以到達防蝕，抗沾污等目的。常用的封孔法有沸水法和常溫法兩類。沸水法是將鋁制品浸入純水中煮沸約30分鐘，氧化膜與水反響生成Al 2O3H2O，體積膨脹而將孔封閉。當水溫低于 30°C時，可能生成Al 2O33H2O，這是不穩(wěn)定的，可塑性的水 化物，耐蝕性差，所以沸水法一定要在95100°C下進行。為節(jié)省能源

6、，提高封閉質量和速度，八十年代研制出常溫快速封閉劑，它是利用金屬可在常溫下迅速達的水能作用，氧化膜的水化作用以及形成外表絡合物等三種作用的綜合,到封之目的，其速度可提高 1倍。質量亦明顯提高，GKG - F封閉劑已在國內(nèi)普及應用。儀器與裝置圖4.電解著色裝置圖Na3PO410 20 g/LOP-10 乳化劑 1 3 g/L時間5 10分鐘溫度90 110oCU交流電源1K"口變壓器; 狄交流電壓表0-30V：3、交流電流表02山4、對碾石墨、不銹鋼板均可;5、試片：已氧化過的鋁片；6、議槽*步驟1. 純鋁片經(jīng)過化學除油一熱水洗一冷水洗一化學拋光一熱水洗一冷水洗一存放于盛蒸 餾水的容器

7、中?；瘜W除油配方：Na2CO310 20 g/LNa2SiO310 20 g/L溫度 60 30oC化學拋光液：H3PO4 ( d=1.70 ) 300mlH2SO4 ( d=1.34 ) 120ml2030秒HNO3 d=1.46 80ml/L2. 按圖三接好線路，將 200g/L H2SO4溶液倒入氧化槽鐘，掛上鉛陰極；3. 取兩塊鋁試片，計算面積，掛入陽極。一定要夾緊，通電后始終保持1 A/dm2,氧化15分鐘；4. 氧化后的鋁片清洗干凈放入蒸餾水中不要用手摸試片，然后取1片放入以下溶液中 進行染色；茜素黃0.3g/L，茜素紅0.5g/L，溫度5070°c，時間為1 3分，隨后

8、冷水沖洗，在煮沸 的蒸餾水中封閉 510分鐘；5. 取另一試片用冷風吹干， 然后將腐蝕液1 2滴滴在試片已氧化和未氧化的部位， 記錄液滴從橙色變成綠色的時間， 以此判斷天然和陽極氧化膜的耐蝕性能，變色越慢，耐蝕性越好。鹽酸50 ml重鉻酸鉀6 g蒸餾水75 ml6. 重復步驟3，氧化25分鐘，取出后水洗，放入蒸餾水中；7. 按圖四接為線路，掛入已氧化的鋁試片和對極，選用兩種電壓分別對兩試片進行電 解著色；電解著色液組成和條件：NiSO4 7H2O 30g/LH2BO330g/LH2SO415 20g/LSn SO42H2O 5 6g/LGKU-1pH : 1溫度2030oC穩(wěn)定劑15g/L交流電壓915伏,電壓，時間與色調大致上有如下關系:9伏3分淺青銅5分青銅色10伏3分青銅5分深青銅11伏5分咖啡色8分古銅12伏4分咖啡色5分古銅15伏10分黑色5分古銅8. 電解著色，清洗后常溫封 GKC-F 25ml/L pH 66.5 溫度3035°C 封閉10分鐘;本卷須知1. 陽極氧化時掛具與試片必須接觸良好，每次操作前，接觸點的氧化膜必須去除掉,2. 氧化后的試片不得用熱水洗和用手摸