电镀实验解读.doc

实验一 铝及其铝合金阳极氧化 一、实验目的： 通过实验进一步掌握铝及其合金的硫酸阳极氧化的基本原理，并了解铝的装饰性阳极氧化及染色的一般工艺过程。 二、基本原理 铝及其合金在大气中其表面会自然形成一层厚度为40～50?的氧化膜，此膜虽然能使金属稍微有些钝化，但由于它太薄，孔隙率大，机械强度低，不能有效地防止金属腐蚀。用电化学方法即阳极氧化处理后，可以在表面上获得厚达几十到几百微米的氧化膜，后者的耐蚀能力很好。硫酸阳极化法所得的氧化膜厚度在5～20微米之间，硬度较高，孔隙率大，吸附性强，容易染色和封闭，而且具有操作简便、稳定、成本低等特点，故应用最为广泛。 当把零件挂在阳极，阴极用铝片或铅板，通入电流后，发生如下反应： 阴极上： 2H﹢2e → H2 阳极上： AL-3e → AL３＋ 6OH－→3H2O + 3O２－ 2AL３＋+ 3O２-→AL2O3 + 399卡 硫酸还可以与AL， AL2O3 发生反应： ２AL + 3H2SO4→AL2(SO4)3 + 3H2↑ AL2O3 + 3H2SO4→AL2(SO4)3 + 3H2O 铝阳极氧化膜的生成是在“生长”和“溶解”这对矛盾中发生和发展的。通电后的最初数秒钟首先生成无孔的致密层（叫无孔层或阻挡层），它虽只有0.01～0.015μm,可是具有良好的绝缘性，硫酸对膜产生腐蚀溶解，由于溶解的不均匀性，薄的地方（孔穴）电阻小，离子可以通过，反应继续进行。氧化膜生长，又伴随着氧化膜溶解循环往复。控制一定的工艺条件，特别是硫酸浓度和温度可使膜的生长占主导地位。必须注意氧化膜的生成和成长过程是由于氧离子穿过无孔层与铝离子结合成氧化膜的，与电镀过程恰恰相反，电极反应是在氧化膜与金属铝的交界处进行，膜向内侧面生长。铝阳极氧化膜的生长和溶解规律可用其电压—时间曲线来说明：见图一、图二。 A区： 在最初10秒内曲线直线上升， 电压激剧增高，说明生成了无孔 层电阻增大，这时成膜占主导， 阻碍了反应继续进行。当外电压 高时, [O2-]能穿过薄的地方继续 反应。故无孔层的厚度取决于电 压。即电压高时，无孔层相应增 厚，反之亦然。 A B C 图一 氧化膜生长阶段示意图 1.铝 2.无孔层 3.多孔层 B区： 阳极电位达到最高值开始下降，说明无孔层达到极限（一定电压下），由于硫酸腐蚀溶解造成孔穴，电阻下降，电压降低。 12 - 10 - 电压 8 - （伏） 6 - 4 - A B C 2 - 时间（秒） 10 20 30 40 50 图二 电压曲线 C区： 20秒钟后，电压稳定，这时膜在不断增厚（多孔层），无孔层则生长和溶解达到动态平衡，溶解和生成在孔穴底部进行，时间延长孔穴变成孔隙，逐渐形成一定厚度的氧化膜。 硫酸氧化膜，多孔隙，有很强的化学活性，利用这一点，人们在铝阳极氧化膜上进行染色或电解着色，达到耐蚀和装饰双重目的。 有机染色是将氧化制品放入有机染色槽中，利用氧化膜的化学和物理吸附作用，将染料分子吸附于氧化膜微孔中而成色，有机染色色种多，艳丽是其优点，但耐磨，耐晒，耐光性能差，只适合于室内装饰和日用五金制品装饰。 电解着色是将氧化制品浸入含有金属盐的水溶液中，通入低压交流电，由于氧化膜的阻挡层具有整流作用，金属离子在铝阴极的阻挡层上还原成金属胶态粒子，由于金属盐种类不同，或由于金属沉积量不同，胶态粒子大小和粒度分布不同，对光波产生选择性吸收和散射作用而显示出不同颜色。电解着色膜耐晒、耐热、耐光、耐磨性好，耐蚀性高。广泛用作建筑铝材，交通车辆等室内外防护—装饰。 铝阳极氧化膜无论着色与否，用于何场合，都必须进行封孔处理，以达到防蚀，抗沾污等目的。常用的封孔法有沸水法和常温法两类。 沸水法是将铝制品侵入纯水中煮沸约30分钟，氧化膜与水反应生成 AL２O３?H2O，体积膨胀而将孔封闭。当水温低于80℃时，可能生成AL２O３?3H2O，这是不稳定的，可逆性的水化物，耐蚀性差，所以沸水法一定要在95～100℃下进行。 为节省能源，提高封闭质量和速度，八十年代研制出常