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工业铝型材阳极氧化原理
艾普斯 丨 2017.08.08 丨 1907
工业铝型材阳极氧化过程机理:
以铝合金型材和工业铝型材产品为阳极置于电解质溶液中,利用电解质作用,使其表面形成氧化膜的过程,称之为铝合金型材阳极氧化处理。氧化膜的成长过程包含着相辅相成的两个方面:(1)膜的电化学生成过程;(2)膜的化学溶解过程。两者缺一不可,而且必须使用膜的生成速度恒大于溶解过程,这样才能获得较厚的氧化膜。为此,所选择的电解液性质及工艺规范都必须具备这些条件。在阳极氧化过程中,由于电位差的作用,带电质点相对于固体壁发生电渗液流。电渗液流的存在,是阳极氧化膜得以增长的一个必要条件。
铝合金型材及工业铝型材在硫酸溶液内阳极氧化时,氧化膜形成的机理如下,通电以后,阳极和阴极上便发生如下式的反应:
2H﹢+2e- ------H?↑
4OH﹣+ 4e- ------2H?O+O?↑
2AL3﹢3O2﹣------AL?O?+热量
于是,作为阳极的工业铝型材中的铝元素被阳极反应生成的氧所氧化,形成氧化铝膜(O)[以及离子氧O2ˉ)]。通常在反应式中都以分子氧为代表。在阳极上生成的氧不是全部都与铝作用生成氧化膜,还有一部分以气体形式从阳极逸出。
按反应式,开始在铝型材表面形成了一层薄而致密的氧化膜后(这过程实际上可认为是在通电的几秒钟内就完成了),一部分膜由于和硫酸起反应而发生溶解:
Al?O?+H?SO4 AL?(SO4)?+3H?O
于是,使致密的氧化膜变得多孔。随之电解液又渗入到空隙(针孔)中同露出的铝作用生成一层新的氧化膜,使整个氧化膜好像得到了修补一样,又变得完整了,接着新的、完整的氧化膜又发生溶解,出现了新的空隙(针孔), 于是被暴露出的工业铝型材又被电解溶液氧化成氧化铝而得到“修补”。如此循环,不断地靠金属表面处生成新的氧化膜,也不断地创造出多孔的外层膜,结果生成了由厚而多孔的外层和薄而致密的内层所组成的氧化膜。氧化处理过程中,内层膜(完整的膜,也称阻挡层、活性层、介电层)的厚度差不多是随着改变的,总保持在0.14-0.15μm,而多孔外层膜在一定的处理时间内则是随着时间而加厚的。工业铝型材阳极氧化膜的成长归纳如下:
(1)新膜是在旧膜下面的金属表面上直接生长起来;
(2)孔隙是氧化膜生长中心,孔隙的存在对氧化膜生长具有决定的意义;
(3)在一系列彼此孤立的孔隙内,新生成的氧化膜向四面八方扩展,彼此汇合,最后便生成了一层厚度均匀的覆盖层。