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电化学氧化处理(阳极氧化) 铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用，在铝制品(阳 极)上形成一层氧化膜的过程称为阳极氧化。阳极氧化按其电解液种类和膜层性质可分为硫 酸、铬酸、草酸、混酸、硬质及瓷质阳极氧化法。 近年来由于建筑业和汽车工业大量使用铝合金型材，铝阳极氧化和着色技术获得了迅速 的发展。 一、各种电解液阳极氧化的工艺特点 (1)硫酸法。成分简单稳定、操作容易、成本低廉，常温阳极氧化可获得厚 5μm～25μ m 的无色透明膜，多孔吸附性强，容易着色。硫酸低温硬质氧化可获得数十至百微米的硬质 膜。 (2)铬酸法。所得膜层厚度只能达 2μm～5μm，膜层质软弹性高。能保持原来零件的精 度和表面粗糙度，基本上不降低材料的疲劳强度。膜不透明呈灰白至深灰色，孔隙少不能着 色。铬酸膜与有机物结合强固，不但是油漆的良好底层，而且广泛用作与橡胶的粘结件。 (3)草酸法。草酸对膜层溶解力小，容易获得硬而厚的膜层。膜孔隙小，耐蚀、耐磨和 绝缘性比硫酸法高，但不容易着色。草酸法成本高，电耗大且有毒性，应用受到局限。主要 用作绝缘保护膜，外观呈淡草黄色，也常作日用品的防护-装饰用。 (4)混酸法。以硫酸为主，加入少量草酸等二元酸，以获得较厚的膜，同时扩大使用温 度的上限值，氧化膜的特性与硫酸相似。 (5)瓷质阳极化。在特殊的电解液中，在硬铝的抛光表面上可获得光滑的，类似搪瓷般 的不透明白色膜而得名。其特点是有瓷质感、硬度高、耐磨性好。其绝热、绝缘、耐蚀性优 于硫酸膜。有良好的吸附活性，可染成各种颜色，在仪器仪表和日用品方面有广泛的应用前 景。缺点是成本高，生产控制较难。 二、铝硫酸阳极氧化机理 (一)电极反应 铝阳极反应是相当复杂的，至今仍有不少问题未弄清楚。这里描述两种观点，仍然不是 定论。早期的观点认为阳极上产生的活性氧直接氧化铝，其反应为 现代应用电子显微镜，示踪原子等手段研究后，对氧化膜形成过程，生成膜的地点提出 了新的观点。 在阳极上铝原子失去电子而氧化 与铝结合的氧离子来源于哪个原子团或离子呢?仍不得而知，一种假说认为由 OH- 电离而 来 18 16 在硫酸电解液中用 0和 0 同位素进行实验表明，在电场下氧离子的扩散速度比铝离子 扩散速度快，氧化膜是由于氧离子扩散到阻挡层内部与铝离子结合而形成的，新的氧化膜在 铝基／阻挡层界面上生长，氧化膜内的离子电流 60％由氧离子、40％由铝离子输送的。 氧化膜为双层结构，内层为致密无孔的 Al O ，称为阻挡层；外层是由孔隙和孔壁组成 2 3 的多孔层。在氧化膜／溶液界面上(即孔底和外表面)则发生氧化膜的化学溶解： 阴极上发生氢离子的还原反应： (二)氧化膜的生成过程 氧化膜的生成是在生长和溶解这对矛盾运动中发生和发展的，通电瞬间，由于氧和铝有 很大亲和力，在铝上迅速形成一层致密无孔的阻挡层。其厚度取决于槽电压，一般为 l5nm 左右。它具很高的绝缘电阻。由于氧化铝比铝原子体积大故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平， 这就造成了电流分布不均匀，凹处电阻较小而电流大，凸处则相反，凹处在电场作用下发生 电化学溶解，以及由硫酸的浸蚀作用而产生化学注解，凹处加深逐渐变成孔穴，继而变成孔 隙，凸处变成孔壁。阳极氧化时阻挡层向多孔层转移的模型，如图 9—3—1 所示。