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      陽極氧化的概念及定義

      陽極氧化(anodic oxidation):金屬或合金的電化學氧化。鋁及其合金在相應的電解液和特定的工藝條件下,由于外加電流的作用下,在鋁制品(陽極)上形成一層氧化膜的過程。陽極氧化如果沒有特別指明,通常是指硫酸陽極氧化。

      為了克服鋁合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷,擴大應用范圍,延長使用壽命,表面處理技術成為鋁合金使用中不可缺少的一環,而陽極氧化技術是目前應用最廣且最成功的。

      所謂鋁的陽極氧化是一種電解氧化過程,在該過程中,鋁和鋁合金的表面通常轉化為一層氧化膜,這層氧化膜具有保護性、裝飾性以及一些其他的功能特性。從這個定義出發的鋁的陽極氧化,只包括生成陽極氧化膜這一部分工藝過程。

      陽極氧化的原理

      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。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態和性能,如表面著色,提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度,保護金屬表面等。例如鋁陽極氧化,將鋁及其合金置于相應電解液(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5~30微米 ,硬質陽極氧化膜可達25~150微米 。陽極氧化后的鋁或其合金,提高了其硬度和耐磨性,可達250~500千克/平方毫米,良好的耐熱性 ,硬質陽極氧化膜熔點高達2320K ,優良的絕緣性 ,耐擊穿電壓高達2000V ,增強了抗腐蝕性能 ,在ω=0.03NaCl鹽霧中經幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔,可吸附各種潤滑劑,適合制造發動機氣缸或其他耐磨零件;膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金(如鋁、鎂及其合金等)都可進行陽極氧化處理,這種方法廣泛用于機械零件,飛機汽車部件,精密儀器及無線電器材,日用品和建筑裝飾等方面。

      一般來講陽極都是用鋁或者鋁合金當作陽極,陰極則選取鉛板,把鋁和鉛板一起放在水溶液,這里面有硫酸、草酸、鉻酸等,進行電解,讓鋁和鉛板的表面形成一種氧化膜。在這些酸中,最為廣泛的是用硫酸進行的陽極氧化。

      陽極氧化與導電氧化的區別

      1)陽極氧化是在通高壓電的情況下進行的,它是一種電化學反應過程;導電氧化(又叫化學氧化)不需要通電,而只需要在藥水里浸泡就行了,它是一種純化學反應。

      2)陽極氧化需要的時間很長,往往要幾十分鐘,而導電氧化只需要短短的幾十秒。

      3)陽極氧化生成的膜有幾個微米到幾十個微米,并且堅硬耐磨,而導電氧化生成的膜僅僅0.01—0.15微米。耐磨性不是很好,但是既能導電又耐大氣腐蝕,這就是它的優點。

      4)氧化膜本來都是不導電的,但因為導電氧化生成的膜實在是很薄,所以就是導電的了。

      鋁及其合金的陽極氧化工藝

      鋁及其合金陽極氧化的方法有很多,這里主要介紹常用的硫酸陽極氧化。鋁及其合金 的其他陽極氧化法還有鉻酸陽極氧化、草酸陽極氧化、硬質陽極氧化、瓷質陽極氧化等。

      硫酸陽極氧化:在稀硫酸電解液中通以直流或交流電對鋁及其合金進行陽極氧化?色@得5~20μm?厚,吸附性較好的無色透明氧化膜。該法工藝簡單,溶液穩定,操作方便。(1)硫酸的質量濃度的影響:硫酸的質量濃度高,膜的化學溶解速度加快,所生成的膜薄而且軟,空隙多,吸附力強,染色性能好;降低硫酸的質量濃度,則氧化膜生長速度 較快,而空隙率較低,硬度較高,耐磨性和反光性良好。

      (2)溫度的影響:電解液的溫度對氧化膜質量影響很大,當溫度為10~20°C時,所生 成的氧化膜多孔,吸附性能好,并富有彈性,適宜染色,但膜的硬度較低,耐磨性較差。如果溫度高于20 °C?,則氧化膜變疏松并且硬度低。溫度低于10 °C?,氧化膜的厚度增大, 硬度高,耐磨性好,但空隙率較低。因此,生產時必須嚴格控制電解液的溫度。

      (3)電流密度的影響:提高電流密度則膜層生長速度加快,氧化時間縮短,膜層化學 溶解量減少,膜較硬,耐磨性好。但電流密度過高,則會因焦耳熱的影響,使膜層溶解作用增加,導致膜的生長速度反而下降。電流密度過低,氧化時間較長,使膜層疏松,硬度 降低。

      (4)時間的影響:陽極氧化時間可根據電解液的質量濃度、溫度、電流密度和所需要 的膜厚來確定。在相同條件下,隨著時間延長,氧化膜的厚度增加,空隙增多。但達到一定厚度后,生長速度會減慢下來,到最后不再增加。

      (5)攪拌的影響:攪拌能促使溶液對流,使溫度均勻,不會造成因金屬局部升溫而導致氧化膜的質量下降。攪拌的設備有空壓機和水泵。

      (6)合金成分的影響:鋁合金成分對膜的質量、厚度和顏色等有著十分重要的影響, 一般情況下鋁合金中的其他元素使膜的質量下降。對Al-Mg系合金,當鎂的質量分數超過5%且合金結構又呈非均勻體時,必須采用適當的熱處理使合金均勻化,否則會影響氧 化膜的透明度;對 Al-Mg-Si系合金,隨硅含量的增加,膜的顏色由無色透明經灰色、紫色,最后變為黑色,很難獲得顏色均勻的膜層;對 Al-Cu-Mg-Mn?系合金,銅使膜 層硬度下降,空隙率增加,膜層疏松,質量下降。在同樣的氧化條件下,在純鋁上獲得的 氧化膜最厚,硬度最高,耐蝕性最好。

      陽極氧化對鋁材質的要求

      鋁及鋁令金的成分及熱咎理狀套對所生成的陽極氧化膜的外觀莉性能有很大的影響。如進行硫酸陽極氧化時,銅含量高的鋁合金,由于CuAl:的溶解使膜層比較疏松、多孔,含硅高的鋁。合金膜層灰暗。畬銅大于5%或含硅大于7.5%的鋁合金不宜進行鉻酸陽極氧化。含銅或硅含量高的鋁合金不能按膏規的方法進行硬質陽極氧化,而必須選用特種波形的電源進行。

      對于裝飾性陽極氧化,對鋁及鋁合金材質的要求就較高。一般只有純鋁、包鋁、鋁鎂、鋁錳合金才能染著較鮮艷的色彩。而對于含硅、鐵較高的合金,因所得氧化膜顏色較暗而只能染著深的顏色。鋁及鋁合金零件進行裝飾性陽極氧化時,在選材上應注意以下幾點:

      對于要求鏡面狀態表面的零件,必須選擇鋁含量高于99.99%的高純度鋁或5A66鋁鎂合金。零件經化學或電化學拋光后進行硫酸陽極氧化可得到無色、透明、光亮的膜層,可染著上各種鮮艷的色彩。

      對于要求表面光亮度比上面低一些的零件,可以選用含鋁量高于99.9%的工業高純鋁和LT65、LT67的鋁鎂合金。

      對于一般裝飾要求的零件,對鋁材中其他成分及其雜質有一最大允許含量要求,其數值見表1。其中最好選用鋁鎂合金。

      表1 一般裝飾要求陽極氧化用鋁材中的其他成分及雜質最大允許含量

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      陽極氧化相關資料

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