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鋁及鋁合金化學氧化
m.xjyjc.com.cn 化學鍍鎳--合航集團 2013-03-20 13:58
電鍍廠資訊：
7.1.1.1鋁及鋁合金化學氧化原理
鋁及鋁合金的化學氧化是在含有氧化劑的弱酸性或弱堿性溶液中進行，在弱堿性溶液中A13+與溶液中的OH-形成可溶性的Al00H，而后轉化為難溶的r一Al203·H20附著在鋁及鋁合金的表面;在含有磷酸、鉻酸和氟化物的弱酸性溶液中，Al與H3P04、Cr2072-反應生成Al203及AlP04、CrP04薄膜。
由化學反應生成的膜厚達一定值(0.5～4μm)時，由于膜無松孔，阻礙了溶液與基體金屬的接觸，使膜生長停止，為了保持一定的孔隙，使膜繼續增厚，需向溶液中加入弱酸或弱堿，所以酸和堿是化學氧化成膜的主要成分;再者，為了抑制酸和堿對膜的過度溶解腐蝕，還向溶液中加入氧化劑鉻酐或鉻酸鹽，使膜的生長和溶解保持一定的平衡，以達到較厚的膜層(堿性液中厚度可達到2～39m;酸性溶液中厚度可達到3～4μm)。
7.1.1.2鋁及鋁合金化學氧化工藝
鋁及鋁合金化學氧化工藝見表7-1。
7.1.1.3鋁及鋁合金化學氧化后封閉處理
化學氧化膜可在30～60g/L的重鉻酸鉀溶液中封閉處理，溫度90～95℃，時間5～10min;或鉻酐5g/L，溫度40～45℃，時間l0～15s，以提高其耐蝕性。作為涂裝底層時則不進行封閉。合金元素含量不高的鋁合金，轉化處理后可以著色，而后用清漆或蠟封閉。7.1.2鋁及鋁合金的電化學氧化
將鋁及鋁合金置于適當的電解液中作為陽極電解處理，稱為陽極氧化。鋁及鋁合金陽極氧化膜層厚度可達幾十至幾百微米，其耐蝕性、耐磨性及裝飾性等比原金屬或合金有明顯的提高。采用不同的電解液和工藝條件，可獲得不同性能的氧化膜層。
表7-1鋁及鋁合金的化學氧化工藝
注：配方l適用于純鋁及鋁錳、鋁鎂等合金，但不適合含銅量高于4%的鋁合金，膜0.5～1μm;
配方2適用于含銅的鋁合金，但不適合含鎂量高于5%的鋁合金;
配方3適用于大多數鋁合金，也適用于硬鋁合金;
配方4膜呈無色至帶黃綠的灰藍色，厚0.5～5μm，致密，硬度及耐蝕性高，需封閉處理，適于各種鋁及鋁合金;
配方5膜薄，呈無色至彩虹色，適用于處理后需變形的零件，也適合鋁鑄件，不需封閉處理;
配方6制取鉻酸鹽膜轉化工藝，適用于轉化膜后需涂裝處理的鋁薄板卷材。
7.1.2.1鋁及鋁合金陽極氧化膜形成機理
鋁及鋁合金陽極氧化的電解液一般為具有中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等。將鋁件作為陽極，鉛板作為陰極，通以直流電，電極反應為水的放電，生成初生態原子氧[O]。由于[O]具有很強的氧化能力，在強大的外電場力作用下，會從電解液/金屬界面上
向內擴散，與鋁作用形成氧化物并放出大量的熱。反應多余的氧則在陽極以氣體狀態析出。
由于在酸性溶液中氧化膜的生成和溶解是同時進行的，只有當膜的生成速度大于膜的溶解速度時，膜才不斷增厚。其形成過程可利用陽極氧化測得的電壓一時間曲線進行分析，如圖7-1所示。
整個陽極氧化的電壓一時間曲線大致可以分為三段。
①第一段：無孔層形成通電開始的幾至十幾秒時間內，電壓隨時間急劇上升至最大值，該值稱為臨界電壓(或形成電壓)。說明在陽極上形成了連續的、無孔的薄膜層(阻擋層)。此膜具有較高的電阻，因此隨著膜層的加厚，電阻加大，槽電壓急劇直線上升。無孔層的出現阻礙了膜層的繼續加厚，其厚度與形成電壓成正比，與氧化膜在電解液中的溶解速度成反比。在普通硫酸陽極氧化時，采用13～18V槽電壓，則無孔層厚度約為0.Ol～0.Ol5μm。該段的特點是氧化膜的生成速度遠大于溶解速度。臨界電壓受電解液溫度的影響很大，溫度高，電解液對膜層的溶解作用強，無孔層薄，臨界電壓較低。
②第二段：膜孔的出現陽極電位達到最高值以后，開始下降，其下降幅度為最大值的10%～l5%。這是由于電解液對膜層的溶解作用，使氧化膜最薄的局部產生孔穴，電阻下降，電壓也隨之下降。氧化膜有了孔隙之后，電化學反應可繼續進行，氧化膜繼續生長。
③第三段：多孔層的增厚此段的特征是氧化時間大約20s后，電壓開始趨于平穩。此時，阻擋層生成速度與溶解速度達到平衡，其厚度保持不變，但氧化反應并未停止，氧化膜的生成與溶解仍在每個孔穴的底部繼續進行，使孔穴底部向金屬內部移動，隨著時間的延長，孔穴加深形成孔隙和孔壁。由于孔隙內電解液的存在，導電離子便可在此暢通無阻，因此在多孔層的建立過程中，電阻值的變化并不大，電壓也就無明顯的變化，反映在特性曲線上是平穩段。多孔層的厚度取決于工藝條件，主要因素為溫度。在陽極氧化過程中，由于各種因素的影響，使溶液溫度不斷提高，對膜層的腐蝕作用也隨之加大，不僅孔底，也使孔口處膜層及外表面膜層的腐蝕速度加大，因此多孔層厚度增長變慢。當孔口膜層的腐蝕速度與孔底處的成膜速度相等時，多孔層的厚度就不會再繼續增加，該平衡到來的時間越長，則氧化膜越厚。
在氧化膜的生長過程中，電滲起著重要的作用，使電解液在膜孔內不斷循環更新·。電滲 產生的原因可解釋為：在電解液中水化了的氧化膜表面帶負電荷，而在其周圍的溶液中緊貼著帶正電荷的離子(如由于氧化膜的溶解而存在大量的Al3+，因電位差的影響，帶電質點相對于固體壁發生電滲作用，即貼近孔壁帶正電荷的液層向孔外部流動，而外部新鮮的電解液沿孔的中心軸流入孔內，促使孔內的電解液不斷更新，從而使孔加深擴大，如圖7—2所示。沉積不同。
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