第三講表面改性技術

（陽極氧化技術）主要內容陽極氧化機理陽極氧化膜的結構和性質陽極氧化工藝工藝參數對陽極氧化的影響膜厚及其均勻性的控制陽極氧化膜著色簡介陽極氧化新工藝簡介第一節陽極氧化機理陽極氧化：是將零件作為陽極放入特定的電解質溶液中，在外加電流的作用下，使表面形成具有保護性氧化膜的表面處理方法。陽極（鋁件）：H2O-2e[O]+H+2Al+3[O]2Al2O3陰極（鉛板）：2H++2eH2同時伴隨酸對鋁和氧化膜的化學溶解反應：2Al+6H+2Al3++3H2Al2O3+6H+2Al3++3H2Ocd段：多孔層增厚。電壓降到c點趨于平衡，隨氧化進行，電壓稍有增加，說明阻擋層不斷被溶解，空穴逐漸變為孔隙而形成多孔層，電流通過膜孔又會生成新的阻擋層。此時阻擋層生成和溶解速度達到動態平衡，故阻擋層厚度不再變化，只有多孔層不斷增厚，當多孔層溶解和生成速度達到動態平衡時，氧化膜厚度穩定。第二節陽極氧化膜的結構和特點膜層組成與結構阻擋層多孔層阻擋層：致密無孔的非晶氧化鋁，硬度高。多孔層：帶結晶水的非晶氧化鋁，硬度低。由多孔六面柱體的胞狀結構組成，每個單元中心有一小孔，孔一直貫通到阻擋層，孔壁為較致密的氧化物。膜層特點厚度范圍：5-20μm（常規氧化膜）；250-300μm（硬質氧化膜）1）硬度高：常規膜100-300 HV，硬質膜在鋁合金上達400-600HV，在純鋁上1500HV.2）吸附性強：易于吸附涂料、粘結劑和染料等.3）絕緣性能好：高的絕緣電阻和擊穿電壓.4）絕熱耐熱性能好：低的熱導率0.419-1.26W/(mK),耐熱溫度可達1500℃。5）結合強度高：基體金屬直接參與成膜反應，故結合牢固。6）耐蝕性較好：不耐堿腐蝕，惡劣環境下，要用清漆、蠟或潤滑油進行封閉處理。硫酸陽極氧化工藝（以硫酸作為電解液）第三節鋁及鋁合金陽極氧化工藝工藝流程：表面整平—除油—浸蝕或拋光—陽極氧化—著色處理—封閉處理—干燥優點：李慕勤，等.材料表面工程技術，北京：化學工業出版社，2010.草酸陽極氧化工藝優點：氧化膜較厚8-60微米，硬度和耐蝕性高，孔隙率低，電絕緣性好。缺點：成本高（為硫酸陽極氧化的3-5倍），溶液有毒且穩定性差。李慕勤，等.材料表面工程技術，北京：化學工業出版社，2010.第四節工藝參數對硫酸陽極氧化的影響硫酸濃度硫酸濃度太高，膜層中SO3含量升高，導致膜層松散；另外對膜層溶解加劇，使膜層外層孔徑變大，使封孔困難。氧化電壓電壓高，膜層孔少徑大；反之，孔多徑小。用電壓和時間控制氧化膜厚度時，如果槽液溫度出現大的波動，電流密度就會發生較大變化，使得膜層厚度難以控制。朱祖芳.鋁合金陽極氧化與表面處理技術，北京：化學工業出版社，2010.電流密度要根據對氧化膜質量要求和以下幾點確定：氧化時間時間增加，硫酸溶液對膜層溶解作用加劇，使膜孔壁變薄，從而耐磨性變差

第五節膜厚及其均勻性的控制陽極氧化膜厚控制陽極氧化膜均勻性控制第六節陽極氧化膜著色簡介著色的作用耐磨裝飾耐蝕著色方法電解著色整體著色吸附著色整體著色法概念：采用特定成分的鋁合金或在特殊的電解液中陽極氧化時，獲得氧化膜的同時而著上不同顏色，又稱為自然著色法。缺點：能耗大，成本高，廢水處理困難，色澤不鮮艷，逐漸被電解著色取代。吸附著色法概念：將陽極氧化后的鋁制品浸漬到帶有染料的溶液中，使多孔層外表面吸附各種染料而呈現出染料的顏色。缺點：由于染料存在于多孔層表層，故耐光性、耐曬性、耐磨性較差。分類：無機鹽著色和有機染料著色。1）無機鹽著色特點：耐曬性好，但色種少，色調不鮮艷，與基體結合差。李慕勤，等.材料表面工程技術，北京：化學工業出版社，2010.2）有機染料著色特點：色澤鮮艷，顏色范圍廣，但耐曬性差。李慕勤，等.材料表面工程技術，北京：化學工業出版社，2010.特點：耐曬性、耐磨性和耐候性均良好。在建筑裝飾鋁型材上應用廣泛。電解著色法概念：鋁制品陽極氧化后，再在含金屬鹽的電解液中進行交流電解，則在多孔層孔隙底部沉積金屬或金屬化合物而顯色。李慕勤，等.材料表面工程技術，北京：化學工業出版社，2010.第七節陽極氧化新工藝簡介1）草酸-甲酸混合液交流快速氧化采用草酸-甲酸混合液，是因為考慮到甲酸是一種強氧化劑，在這樣的槽液中，甲酸起到對氧化膜內層加速溶解，從而使其成為多孔層的作用。這種槽液的導電率可以得到提高(即可提高電流密度)，使氧化膜能快速生成。與純草酸氧化法相比，這種溶液能使生產率提高37.5%，減少電耗量，節約電力40%。

工藝配方為：草酸4～5%、甲酸0.55%，三相交流44士2伏，電流密度2～2.5A/d㎡，溫度30±2℃。

2）混合酸氧化

該法于1976年正式納入日本國家標準，并為日本北星日輕家庭用品株式會社所采用。其特點是成膜快，膜的硬度、耐磨、耐腐蝕性能都比普通的硫酸氧化法高，膜層呈銀白色，適用于印花、著色產品。我國鋁制品行業赴日考察后，于1979年開始推薦使用。推薦工藝配方為:H2SO410～20%，COOHCOOH·2H2O1～2%，電壓10～20V，電流密度1～3A/d㎡，溫度15～30℃，時間30分鐘。3）瓷質氧化瓷質氧化主要以鉻酸、硼酸、草酸鈦鉀為電解質，用高電壓和較高溫度作電解處理。其膜層外觀像瓷器上的釉，有高度的抗腐蝕性能，耐磨性能良好，膜層可用有機或無機的染料染色，使外觀有特殊的光澤和色澤。目前多應用于鋁炊具、打火機、金筆等產品上。4）國防色氧化國防色氧化主要應用在軍用鋁制品的裝飾上，因而要求有特殊的防護作用。氧化膜呈軍綠色、無光澤、耐磨耐用，防護性能良好。工藝是：首先進行草酸氧化，生成金黃色膜層后，再用高錳酸鉀20g/l、硫酸1g/l的溶液進行陽極氧化處理而成。5）常溫快速陽極氧化

通常，H2SO4氧化均需用降溫設備，因而耗費大量電力。加入α-羥基丙酸、丙三醇后，能抑制氧化膜的溶解，從而可在常溫下進行氧化。與普通的硫酸氧化法相比，膜層厚度可提高2倍。推