铝的阳极氧化及表面着色

物化设计性实验报告——铝的阳极氧化与表面着色

铝的阳极氧化与表面着色

——电流密度对氧化膜性能的影响

09化六 罗晓西 20092401201

小组成员：苏静琼

摘 要：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。本文主要探讨了其它因素选择文献最优值的情况下，电流密度对铝的阳极氧化的影响。 关键词：铝 阳极氧化 氧化膜

Abstract：Anodic aluminum oxide film properties affected by many factors, including current density, sulfuric acid concentration, oxidation time, additives and other factors. This paper discusses the literature of other factors that select the optimal value of the case, the current density on anodic oxidation of aluminum.

Keywords：Aluminum Anodizing Oxide film

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

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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＋＋3H2O→Al(OH)3＋3H＋ Al(OH)3→Al2O3＋3H2O

由于酸的作用，生成的氧化膜的最弱点会发生局部溶解（Al2O3＋6H＋=2Al3＋

＋3H2O），出现的孔隙使得铝与电解液接触，又重新氧化生成氧化膜。随着氧化时间的延长，膜不断溶解与修补，氧化反应不断纵深发展，从而使制品表面生成薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。要使Al2O3氧化膜顺利形成，必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，因此在铝的阳极氧化过程中，要控制好氧化条件。

2.1.2铝氧化膜的着色

由于氧化膜表面是由多孔层构成且比表面积大，具有很高的化学活性，因而可以对氧化膜进行表面着色。

浸渍着色（翠绿着色）

氧化膜对翠绿色有机着色液的物理吸附和化学吸附，其化学吸附是指氧化铝与有机着色液官能团发生络合反应。

2.1.3氧化膜的封闭处理

氧化膜的表面多孔，在这些孔隙中可以吸附染料也可以吸附结晶水。可以用沸水法将着色好的铝片进行封闭处理，其原理是利用无水Al2O3发生水化作用：

Al2O3＋H2O=Al2O3·H2O Al2O3＋3H2O=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。

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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%、通电时间为20min、室温条件、无添加剂的情况下，探讨电流密度对阳极氧化膜的影响：10mA/cm2、15mA/cm2、20mA/cm2三个电流密度。

2.2.2 表征手段

①翠绿着色：对三个电流密度下进行阳极氧化过的铝片分别进行翠绿着色10min，并作封闭处理；

②质量检验比较：对三个电流密度下进行阳极氧化过的铝片分别进行沸水封闭处理后进行绝缘性和耐腐性测定；

③氧化膜厚度测定：对三个电流密度下进行阳极氧化过的铝片分别作氧化膜厚度测定，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。

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：去污粉，氢氧化钠溶液（3mol/L），硝酸溶液（2mol/L）；

③电解液：25％的硫酸溶液； ④着色试剂：翠绿着色液； ⑤溶膜液。 （2）仪器

电解槽；WLS稳流电源；分析天平；镊子；电炉；电吹风等；温度计；万用电表。

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，未剪断）共3片3×1cm×2cm的铝片；

（2）铝片的清洗：

①用去污粉刷洗铝片，然后用自来水冲洗干净；

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②碱洗：3mol/L的氢氧化钠溶液浸洗30s，取出用自来水冲洗干净； ③酸洗：2mol/L的硝酸溶液浸洗1min，取出用自来水冲洗干净； ④水洗：去离子水清洗，洗后将铝片保存在去离子水中。 2.3.2铝片的阳极氧化

（1）以20%的硫酸为电解液，第1组的铝片为阳极（只将有效面积内的铝片浸入电解液），铅网为阴极，调节WLS稳流电源上的电流为0.06A（电流密度小于5mA/cm2），电解5min，然后调节稳流电源上的电流为0.12A（即电流密度为10mA/cm2）,电解15min；

（2）其他条件不变，阳极改为第2组的铝片，先电流为0.06A电解5min，再调节WLS稳流电源上的电流为0.18A（即电流密度为15mA/cm2），电解15min；

（3）其他条件不变，阳极改为第3组的铝片，还是先电流为0.06A电解5min，再调节WLS稳流电源上的电流为0.24A（即电流密度为20mA/cm2），电解15min；

注意：每组铝片进行阳极氧化的前五分钟，电流密度控制在5mA/cm2以下。 2.3.3铝片的翠绿着色

（1）分别取第1、2、3组阳极氧化完毕的铝片各一片，经自来水、去离子水冲洗干净后，放入翠绿着色液中着色10min；

（2）将着色后的铝片表面染料冲洗干净，放入沸水中进行封闭处理10min。 2.3.4铝片的膜厚测定

（1）分别取第1、2、3组阳极氧化完毕的铝片各一片，洗净后吹干，用分析天平称重并记录mi；

（2）溶膜处理：将铝片分别浸于60度左右的溶膜液 …… 此处隐藏：2447字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……