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对实验铝合金阳极氧化电流密度大小 的思考 摘要：化学实验中的工艺要求，实验时间长，现象不明显，与实际工业生产距离较远。研究表明适当加大电流，改变实验条件，更适合学生学习。 关键词：铝，阳极氧化，电流密度 铝合金强度高、相对密度小、易成型，广泛用于飞机执制造业和建筑业，近年来，铝合金在建筑领域的应用越来越广泛。如美国70％的铝材用于建筑业。铝合金门窗与普通门窗相比，具有质量轻，具有质量轻用材省、密封性能好、美观、耐腐蚀、维修方便等特点，虽然造价比普通木门窗高3~4倍，但由于长期维修费用低，所以有着广阔的发展前景。 在大气中铝及铝合金就能与氧气作用形成一层致密的氧化膜保护层，但铝及铝合金经阳极氧化处理所得的氧化膜比自然形成的氧化膜厚得多，而且与基本金属结合牢固，故可以提高零件的抗蚀性、耐磨性和绝缘性。铝及铝合金经阳极氧化处理后, 无论从氧化膜质量上或是从工艺应用方面来说, 均比化学氧化膜的质量为优铝材的阳极氧化膜不仅具有优良的机械性能、较好的抗蚀性, 还具有较强的吸附性, 它在采用各种着色方法后, 均可获得诱人的装饰效果, 故在防护和装饰方面多孔的氧化膜已于用有机染料着色，得到了广泛的应用多孔的氧化膜已于用有机染料着色，还可以用于表面装饰。由于阳极氧化铝及铝合金具有以上优良性能，所以在很多工程技术中得到广泛应用。 《工科大学化学实验》（第四版）（哈尔滨工业大学出版社）实验33“铝及铝合金表面防护膜的形成”中工艺条件要求阳极氧化电流密度：D =0.8~1.5A，温度：13~26，时间为20~30min。实验过程中，由于电流较小，再加上铜丝以及导线的电阻影响，实验进行缓慢，而且两块铅片上只有少量的气泡产生。实验不仅费时，而且实验现象不明显，不利于学生联系实际工业生产应用。 参考《铝合金换向电流法氧化发色工艺的研究》中的图，在相等的时间内, 较高的氧化电流密度生成的氧化膜厚些。但是过高的氧化电流密度会由于反应过于激烈而引起氧化膜孔内局部过热, 导致样品被烧焦。因此，电流密度不应过大。 铝合金阳极氧化工艺由于在高电流密度时零件易于被烧毁,可以采用在不同波形电源所产生的高电流密度下进行铝合金阳极氧化。参考《恒定电流密度下铝合金的硬质阳极氧化》，根据美军标MIL - A -8625F 及麦道公司标准DPS11102 评价铝合金阳极化膜的各项性能,研究了基体材料及施加电流密度对膜厚、成膜时间、耐磨性和烧毁率的影响。结果表明:在交直流叠加电源所产生的高电流密度下可得到质量较好的铝合金阳极化膜。 在交直流叠加电源氧化的情况下,烧毁率几乎为零。而且随着电流密度的增加,膜层的耐磨性能不断提高。在膜厚基本相同的情况下,高电流密度下的成膜时间比低电流密度下的要短得多。实验数据可以看出,较高电流密度下形成的膜层的耐磨性优于较低电流密度下的,这是因为铝合金试样在恒定电流密度下氧化成膜时,可以通过增加氧化时间来增加膜层厚度,但膜层的耐磨性随氧化时间的延长而降低,时间过长会产生疏松的膜层。因此,提高电流密度可以缩短成膜时间,从而提高膜层耐磨性。直流电源、脉冲叠加直流电源因阳极化时烧毁率太高不能用于919 A/ dm2 以上的高电流密度的阳极氧化。直流叠加交流电源可以用于大于919A/ dm2 至1819 A/ dm2 高电流密度的阳极氧化,烧毁率为零。 控制好膜的生长和溶解过程是获得理想性能膜的关键。基于反应是膜层生长与膜层溶解的动态平衡的过程，为了在较短时间内快速生成一层性能优良的氧化膜，主要从以下两方面来考虑:一是设法在膜层表面(即孔中液柱中)营造一个A1+3稳定区域，从而抑制膜溶解的速度。为此在实验中考虑采用复合冷却装置，在活塞内外复合冷却的方式。由于铝合金具有良好的传热性，因此，在生成氧化膜时产生的部分热量通过基体传到活塞内部，而活塞内部的冷却水及时带走了这部分热量，如图.43所示。同时，氧化槽内蛇形管及时带走工件表面上产生的焦耳热，大大降低了整个槽液中的氧化温度，使得氧化膜表面的过热温度向后延迟。另外，采用有机酸作添加剂，其基本原理是利用添加剂中主要成分与酸液中A13+生成络合物，改变原来的酸溶解作用方式，使原反应式形成“准平衡”状态。在阳极表面形成络合物离解和生成反应的平衡。二是在氧化膜的生长过程中加大电流，提高膜层生长速度。但由于电场讨氧化膜有助溶作用，加大氧化电流的同时也加快了氧化膜层的溶解。因此，在实验中考虑脉冲电源。脉冲电源的引入，施以大电流时，膜层生长较快，溶液温度升高，加上阳极氧化本身就是放热反应，使得氧化膜表面局部过热“烧焦”，然而脉冲电源的引入，在膜层过热前，电压突然降低，阳极电流迅速跌落接近于零，在脉冲休止期间，有利于热量的散失。然后电流逐步恢复到与此电压相适应的电流，在这期间氧化膜生长变慢。因此，氧化膜的生长越过了“氧化一礁毛化曲线