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铝及铝合金的电化学氧化工艺常识,有须要保藏!

减少字体  减少字体宣布日期:2021-01-06  阅读次数:1646
焦点提醒:铝及铝合金的电化学氧化将铝及铝合金置于恰当的电解液中作为阳极电解处置,称为阳极氧化。铝及铝合金阳极氧化膜层厚度可达几十至

铝及铝合金的电化学氧化

将铝及铝合金置于恰当的电解液中作为阳极电解处置,称为阳极氧化。铝及铝合金阳极氧化膜层厚度可达几十至几百微米,其耐蚀性、耐磨性及装潢性等比原金属或合金有较着的进步。接纳差别的电解液和工艺前提,可取得差别机能的氧化膜层。

表1铝及铝合金的化学氧化工艺

 


 

注:配方l合用于纯铝及铝锰、铝镁等合金,但不合适含铜量高于4%的铝合金,膜0.5~1μm;

配方2合用于含铜的铝合金,但不合适含镁量高于5%的铝合金;

配方3合用于大大都铝合金,也合用于硬铝合金;

配方4膜呈无色至带黄绿的灰蓝色,厚0.5~5μm,致密,硬度及耐蚀性高,需封锁处置,适于各类铝及铝合金;

配方5膜薄,呈无色至彩虹色,合用于处置后需变形的整机,也合适铝铸件,不需封锁处置;

配方6制取铬酸盐膜转化工艺,合用于转化膜后需涂装处置的铝薄板卷材。

铝及铝合金阳极氧化膜构成机理

铝及铝合金阳极氧化的电解液通俗为具备中等消融才能的酸性溶液,如硫酸、草酸等。将铝件作为阳极,铅板作为阴极,通以直流电,电极反应为水的放电,天生初生态原子氧[O]。因为[O]具备很强的氧化才能,在壮大的外电场力感化下,会从电解液/金属界面上向内分散,与铝感化构成氧化物并放出大批的热。反应过剩的氧则在阳极以气体状况析出。因为在酸性溶液中氧化膜的天生和消融是同时遏制的,只要当膜的天生速率大于膜的消融速率时,膜才不时增厚。其构成进程可操纵阳极氧化测得的电压临时候曲线遏制阐发,如图1所示。全部阳极氧化的电压临时候曲线大抵能够分为三段。

①第一段:无孔层构成通电起头的几至十几秒时候内,电压随时候急剧回升至最大值,该值称为临界电压(或构成电压)。申明在阳极上构成了持续的、无孔的薄膜层(反对层)。

 


 

图1阳极氧化特色曲线

此膜具备较高的电阻,是以跟着膜层的加厚,电阻加大,槽电压急剧直线回升。无孔层的呈现障碍了膜层的持续加厚,其厚度与构成电压成正比,与氧化膜在电解液中的消融速率成正比。在通俗硫酸阳极氧化时,接纳13~18V槽电压,则无孔层厚度约为0.01~0.015μm。该段的特色是氧化膜的天生速率弘远于消融速率。临界电压受电解液温度的影响很大,温度高,电解液对膜层的消融感化强,无孔层薄,临界电压较低。

②第二段:膜孔的呈现阳极电位到达最高值今后,起头降落,其降落幅度为最大值的10%~l5%。这是因为电解液对膜层的消融感化,使氧化膜最薄的部分发生孔穴,电阻降落,电压也随之降落。氧化膜有了孔隙以后,电化学反应可持续遏制,氧化膜持续发展。

③第三段:多孔层的增厚此段的特色是氧化时候约莫20s后,电压起头趋于安稳。此时,反对层天生速率与消融速率到达均衡,其厚度坚持不变,但氧化反应并未遏制,氧化膜的天生与消融仍在每一个孔穴的底部持续遏制,使孔穴底部向金属内部挪动,跟着时候的耽误,孔穴加深构成孔隙和孔壁。因为孔隙内电解液的存在,导电离子便可在此通顺无阻,是以在多孔层的成立进程中,电阻值的变更并不大,电压也就无较着的变更,反应在特点曲线上是安稳段。多孔层的厚度取决于工艺前提,首要身分为温度。在阳极氧化进程中,因为各类身分的影响,使溶液温度不时进步,对膜层的侵蚀感化也随之加大,不只孔底,也使孔口处膜层及外外表膜层的侵蚀速率加大,是以多孔层厚度增添变慢。当孔口膜层的侵蚀速率与孔底处的成膜速率相称时,多孔层的厚度就不会再持续增添,该均衡到来的时候越长,则氧化膜越厚。在氧化膜的发展进程中,电渗起侧首要的感化,使电解液在膜孔内不时轮回更新。

 


 

图2电渗流进程表示

电渗发生的缘由可诠释为:在电解液中水化了的氧化膜外表带负电荷,而在其四周的溶液中紧贴着带正电荷的离子(如因为氧化膜的消融而存在大批的Al3+,因电位差的影响,带电质点绝对固体壁发生电渗感化,即切近孔壁带正电荷的液层向孔内部活动,而内部新颖的电解液沿孔的中间轴流入孔内,促使孔内的电解液不时更新,从而使孔加深扩展,如图2所示,堆积差别。

铝及铝合金阳极氧化工艺

铝及铝合金的阳极氧化工艺进程可分为:外表前处置、阳极氧化、着色处置(非装潢性成品可不遏制着色)及封锁处置。

(1)硫酸阳极氧化工艺

通俗硫酸阳极氧化可取得厚度为5~20μm、吸附性较好的膜层,该法的槽电压低、保护便利,节俭动力、本钱较低,许可杂质含量规模较宽。它首要用于铝件的防护和装潢,但不合用于孔大的铸铝件、点焊和铆接组合件。经常利用的有直流电解和交换电解两种工艺,直流法接纳硫酸100~200gL,阳极电流密度为0.8~1.5A/dm2,温度为l5~25℃,电压l0~25V,时候20~40min;交换法接纳硫酸l0%~20%,阳极电流密度为1~3A/dm2,温度为20℃,电压20~50V,时候20~40min。

(2)硬质阳极氧化

硬质阳极氧化又称厚层阳极氧化,氧化膜的厚度可达250μm。膜层具备硬度大、耐磨、绝缘、耐热、耐蚀等特色。表2列出硬质氧化膜与通俗氧化膜特色比拟。取得硬质阳极氧化膜可接纳的电解液良多,经常利用的有硫酸、草酸、丙二酸、苹果酸、磺基水杨酸等。经常利用直流电源,还可接纳交换、直流叠加及各类脉冲电流。为了取得硬度高、膜层厚的氧化膜,在氧化进程中接纳紧缩氛围搅拌及较低的温度,通俗坚持在一5~+10℃规模内。表3列出硬质阳极氧化工艺标准。

表2硬质氧化膜与通俗氧化膜特色比拟

 


 

表3硬质阳极氧化工艺标准

 


 

对硫酸硬质氧化工艺来讲,硫酸的浓度对氧化进程影响极大,当硫酸的浓度较高时,氧化膜的发展速率慢,氧化膜硬度有所降落,孔隙度大。但浓度较低时,槽液寿命短,整机易被烧坏。为了增添氧化膜的厚度,增加必然量的草酸结果较好,且溶液中不应有氯离子和钨盐、镁盐。温度和电流密度是影响氧化膜品德的首要身分。温度回升,膜的厚度降落,温度还应按照差别的合金来定。若电流密度太小,氧化膜天生速率迟缓,但太高时温度降低快,使整机发生“侵蚀”而“烧损”。硬质氧化的委曲电压与时候对氧化膜品德也有很大影响,应按照铝合金成份来肯定。对含铜小于2.5%的铝合金,起头电压为5~7V,不应大于10V;对含铜大于2.5%又含锰的合金,起头电压为20~24V,结束电压按照所需电流密度而定。

(3)铬酸阳极氧化

铬酸阳极氧化膜层较薄,大抵在2~5μm,膜层较软有弹性,抗蚀性不如硫酸阳极氧化膜,不通明,色采由灰白至深灰色,不易着色。孔隙少,不必封锁处置。此种氧化膜合用于紧密整机,很少作装潢用。膜层与无机资料连系力好,可作为杰出的涂装底层,并普遍用于橡胶粘接件与蜂窝布局的面板,多用于航空与航天财产。电解液构成及工艺前提为铬酐50~100gL,温度35℃±2℃,槽电压0~50V,时候30~60min,阳极电流密度(均匀)0.3~0.5A/m2,对含铜高的铝合金,温度可降至25~30℃,电压0~40V。

(4)草酸阳极氧化

草酸阳极氧化工艺能取得硬度较高和较厚的黄色氧化膜层,厚度可达60μm。不必染色就能够取得差别的色采。当铝合金成份差别时,膜层色采可由雪白至棕色。但膜层着色坚苦,耐蚀性不强,本钱较高,电解液有毒,并且不够不变。今朝,此种工艺首要用于电气绝缘层和日用外表装潢,经常利用电解液及工艺为草酸3%~l0%,温度20~35℃,电压40~60V,阳极电流密度1.0~2.0A/dm2,时候40~60min。

(5)磷酸阳极氧化

铝及铝合金在稀酸溶液中遏制阳极氧化处置,能取得大孔径的膜层,并能够作为金属电堆积的底层。铝合金成份的变更对氧化膜品德有很大的影响。经常利用电解液及工艺为磷酸3%~20%,温度30~35℃,电压50~60V,时候15~30min。若是整机是为电镀做筹办,应注重阳极氧化膜在电镀前不要枯燥,磷酸处置后,要洗濯清洁,不然会影响连系力,并需接纳恰当的冷却和搅拌方式,使电解液温度不能跨越40℃。

(6)其余阳极氧化

经磷酸溶液阳极氧化的铝合金,与电镀层的连系力杰出;铝合金在含少许硼砂或氨水的硼酸溶液中阳极氧化,可取得电绝缘性优良的氧化膜;在铬酸、草酸、硼酸的夹杂液或草酸、柠檬酸的夹杂液,硼酸和草酸钛盐的夹杂液中阳极氧化后,铝合金可取得仿釉结果的所谓瓷质阳极氧化膜。靠罕见金属(如钛、钍、锫等)盐类的水解感化堆积在氧化膜孔隙中的氧化膜品德好,硬度高,可坚持整机的高精度和外表低粗拙度,但价钱较贵,利用周期较短。混酸的瓷质阳极氧化工艺,合用于纯铝或含铜、镁较低的铝合金,膜层为银灰色、半通明,能够染色,近似聚氯乙烯塑料的外表。

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