铝的阳极氧化和着色.doc

铝的阳极氧化和着色 ——着色染料温度和种类的影响 摘 要： 本实验中主要介绍了在固定铝的阳极氧化的其他最佳工艺条件下，探讨对氧化膜进行有机着色 关键词：铝 阳极氧化 氧化膜 染料 Abstract：This experiment explores the temperature and kind of dye on the properties of oxide film in a fixed optimum condition of the anodized aluminum. Keywords：AluminumAnodizing Oxide film Dye 1 研究进展 铝由于其比重小，加工性能好，导电、热性能优良，塑性好，抗大气腐蚀能力强，易于成形，价格便宜等优点在轻工，建材，航天等领域广泛应用。 铝在空气中可自然形成一层氧化膜，起到一定的防护作用，但这种在空气中自然形成的膜性能并不足以真正地保护铝基体。因而人们研究了各类方法以制得性能优良的氧化膜，阳极氧化法是其中最为常用的一种。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能、很高的耐蚀性，同时还具有较强的吸附性，可对其进行着色处理获得诱人的装饰外观。 铝阳极氧化的方法可以根据是电解液的不同分为硫酸法、草酸法、铬酸法、磷酸法、有机酸法和混合酸法等。阳极氧化使用的电源从开始时的直流电，发展到交流电、交直流叠加、方波脉冲电源等。用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化，是最为经典的方法，此法具有工艺简单、溶液稳定、操作简便和成本低等优点。硫酸具有强导电性，所以氧化时所需的电压低，而且它对新生成的氧化膜有较强的溶解作用，不宜长时间通电，通电10-15min即可获得厚度为5-20μm的氧化膜，膜的硬度高、孔隙多、吸附力强、易着色，将孔隙封闭后有较高的抗蚀能力。 用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化时，铝的阳极氧化膜性能受到诸多因素的影响，主要包括电流密度、硫酸浓度、氧化时间、添加剂等。铝在阳极氧化时，电流密度对氧化膜的生长关系很大：在相同条件下，一定范围内提高电流密度，有利于氧化膜的生长，其膜厚随电流密度的增大而增大；提高电流密度有利于氧化膜的生长，但电流密度增大的同时，电流效率下降，微孔内的热效应加大，促使膜的孔隙率也增大，导致氧化膜的硬度和比耐蚀性下降。在工业生产上，铝的阳极氧化通常采用的电流密度为1.5-2.0A/dm2。 2 实验部分 2.1 实验原理 2.1.1铝的阳极氧化 铝制品作阳极，以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化，形成较厚的Al2O3氧化膜： 阴极：2H＋＋2e－H2↑ 阳极：Al＋3e－Al3＋Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋Al(OH)3→Al2O3＋3H2OAl2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2OAl2O3氧化CuSO4电解液） 以已经阳极氧化好的铝片为阴极，铅网为阳极，电解CuSO4溶液： 阴极：Cu2＋＋e－Cu 阳极：H2O－2e－Al2O3发生Al2O3＋H2O=Al2O3H2O Al2O3＋H2O=Al2O3·3H2O 由于氧化膜表面和孔壁的Al2O3水化结果，使氧化物体积增大，将孔隙封闭。 2.2 实验方案设计 2.2.1 探讨因素 固定电解液的硫酸浓度为20%、电流密度为15mA/cm2、通电时间为15min、室温条件、无添加剂的情况下，探讨着色染料温度和种类的影响。染料温度分别为常温、50℃、100℃；染料种类为翠绿色、酸性大红。 2.2.2 表征手段 ①绝缘性：万用电表测氧化膜的电阻，通常都很大，测不出具体值。 ②耐腐蚀性检测:在氧化后的膜表面滴加1-2滴耐腐蚀液，观察并记录冒气泡的时间和溶液变绿色的时间。如果大于30min无现象，说明膜很致密，可不再跟踪时间。 ③膜厚度测定：溶膜液溶解10min，溶膜液温度控制在60℃左右。通过溶解前后的质量变化计算膜厚度。测定公式为： （mi-ms）×104 δ= ρA 式中，δ为膜的厚度，μm；mi为成膜后铝片的质量，g；ms为退膜后铝片的质量，g；ρ为氧化膜的密度，2.7g/cm3；A为膜表面积，cm2。 ④着色表征。 2.2.3 所需仪器药品 （1）电极与试剂 ①电极：铝片（1cm×2cm，9片），铅网； ②铝片表面预处理试剂：氢氧化钠溶液（3mol/L），硝酸溶液（2mol/L）； ③电解液：硫酸溶液； ④着色试剂：翠绿着色液，酸性大红； ⑤溶膜液； ⑥重铬酸钾的盐酸溶液。 （2）仪器 电解槽；WLS稳流电源；分析天平；镊子；电炉；电吹风等。 2.3 实验步骤 2.3.1铝片的预处理 （1）铝片的裁剪：剪下3组（3片/组）共9片1cm×2cm的铝片； （2）铝片的清洗： ①碱洗：3mol/L的氢氧化钠溶液浸洗15s； ②酸洗：2mol/L的硝酸溶液浸洗1min； ③水洗