第二章鋁陽極氧化及陽極氧化膜基礎(chǔ)第1頁，共16頁。優(yōu)選第二章鋁陽極氧化及陽極氧化膜基礎(chǔ)第2頁，共16頁。第二章鋁陽極氧化及陽極氧化膜基礎(chǔ)所謂陽極氧化——即把鋁型材作為陽極置于電解液中，利用電解作用在制品表面形成多孔性的氧化薄膜。一、陽極氧化的種類按電流形式分有：直流電陽極氧化、交流電陽極氧化、脈沖電流陽極氧化。按電解液分：硫酸、草酸、磷酸、鉻酸、混合酸及以磺基有機酸為主的自然著色陽極氧化。按膜層性質(zhì)分：普通膜、硬質(zhì)膜、瓷質(zhì)膜、光干涉膜3第3頁，共16頁。二、陽極氧化原理

鋁氧極氧化的原理實際上就是水電解的原理。陽極：

Al－3e→Al3＋

6OH－→3H2O＋3O2＋

2Al3＋＋3O2－→Al2O3＋熱量（399卡）陰極：

2H＋＋2e→H2

氧化膜的生成規(guī)律，可通過氧化過程的電壓一時間曲線來詳細(xì)說明。4第4頁，共16頁。2、鋁合金氧化膜生成過程條件：

20%H2SO4

水溶液，陽極電流密度DA＝1A/dm2，溫度22℃.第5頁，共16頁。陽極氧化原理圖解◎陽極→氧化

◎陰極→還原

整流器傳感器

陽極

(產(chǎn)品）陽極電解液VA吹風(fēng)機冷卻

陰極循環(huán)第6頁，共16頁。第一段（曲線ab段）：

在通電十幾秒內(nèi)電壓急劇上升，這是由于鋁表面形成了連續(xù)的、無孔的氧化膜，叫做活性層。由于它具有半導(dǎo)體整流作用，所以又叫阻擋層。第二段（曲線bc段）：當(dāng)電壓達到一定數(shù)值后，開始下降，一般比最高值下降10~15%，這是由于電解液對氧化膜的溶解作用所致，使鋁表面產(chǎn)生無數(shù)微觀孔穴，從而保證電流能夠順利通過。7第7頁，共16頁。第三段（曲線cd）：陽極氧化經(jīng)過20秒以后，電壓下降至一定數(shù)值就趨于穩(wěn)定，然后以緩慢的速度上升。這時無孔層的生成速度和溶解速度達到平衡，其厚度不再增加。但氧化反應(yīng)并未停止，在每個孔穴底部，活性層通過溶解、再生，隨時間延長而向縱深發(fā)展最后形成了六梭體蜂窩狀氧化膜結(jié)構(gòu)，即多孔質(zhì)層。

活性層厚度約為15×10－9m，針孔內(nèi)徑為10～15×10－9m，壁厚12～15×10－9m，針孔密度大約為4～5億個/m2，硫酸陽極氧化膜的孔隙率為20~30%。8第8頁，共16頁。鋁陽極上同時發(fā)生氧化膜形成過程和氧化膜溶解過程兩個反應(yīng)。成膜過程：2Al+3H2OAl2O3+6H++6e膜溶解過程：Al2O3+6H+2Al3++3H2O9第9頁，共16頁。氧化膜形貌（放大78000倍）10第10頁，共16頁。A.通電瞬間,氧和鋁有很大親和力,鋁基材迅速形成一層致密無孔的阻擋層,其厚度取決于槽電壓。

B.由于氧化鋁原子體積大，故發(fā)生膨脹，阻擋層變得凹凸不平，造成電流分布不均勻，凹處電阻小，電流大，凸處相反。

C.凹處在電場作用下發(fā)生電化學(xué)溶解以及H2SO4的化學(xué)溶解，凹處逐漸變成孔穴，凸處變成孔壁，阻擋層向多孔層轉(zhuǎn)移。

第11頁，共16頁。D.多孔膜形成過程：1.陽極氧化初期，電流密度一般均超出臨界電流密度，形成均勻的壁壘型膜；2.壁壘型膜逐漸成長。當(dāng)電流密度低于臨界值時，鋁離子不能再形成新膜物質(zhì)，膜的表面暴露在電解液中受到浸蝕；3.進一步陽極氧化，溶液對膜的浸蝕變得不均勻；第12頁，共16頁。4.形成的空洞之間存在發(fā)展競爭。這種發(fā)展有“自催化”作用；5.發(fā)展較快的空洞(主空洞)在向膜深處和橫向發(fā)展6.主空洞繼續(xù)沿縱向和橫向發(fā)展，相鄰主空洞之間互相靠近，主空洞之間的小空洞停止生長；7.空洞停止橫向發(fā)展，僅沿縱向深入，孔徑固定。此時，空洞的產(chǎn)生及發(fā)展階段結(jié)束，陽極氧化進入穩(wěn)態(tài)階段。13第13頁，共16頁。硫酸陽極氧化影響因素工藝成熟；耐蝕性和耐磨性好；易著色。槽液攪拌帶走氧化過程中的熱量電流密度膜厚度與電量成正比外加電壓決定陽極氧化膜結(jié)構(gòu)氧化時間影響膜層厚度硫酸濃度影響成膜速度槽液溫度影響成膜速度等陽極氧化影響因素H2SO4:15%±2%；Al3+：5g/L；溫度：21±10oC；電流密度：1.3A/dm2第14頁，共16頁。硫酸濃度的影響1-5052；2-6063；3-1200；4-4043；5-5005；6-3003硫酸濃度與氧化膜耐蝕性的關(guān)系1.硫酸濃度增加，氧化膜耐蝕性下降；成膜效率低，電耗高；2.硫酸濃度太低，成膜周期長，效率低，電耗高；3.為流程速控步驟，關(guān)鍵是硫酸濃度、膜質(zhì)量、電耗的平衡點。1-5%