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阳极氧化铝的优点以及氧化时需把控的细节

明星机械2018-12-05 12:56:36



以铝板为阳极置于电解质溶液中,利用电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为铝板的阳极氧化处理。


其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料,如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时,在阴极上,放出氢气;在阳极上,析出的氧不仅是分子态的氧,还包括原子氧(O)和离子氧,通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化,形成无水的氧化铝膜,生成的氧并不是全部与铝作用,一部分以气态的形式析出。


阳极氧化铝板有: 加工性好、 耐候性好、 金属感强、防火性高、抗污性强、适用性强等优点。




加工性好:


阳级氧化铝板装饰性强,硬度适中,可轻易折弯成型,进行连续性高速冲压,方便直接加工成产品,无需再进行复杂的表面处理,大大减短产品生产周期和降低产品生产成本。



耐候性好:


标准厚度氧化膜(3μm)的阳极氧化铝板室内使用长期不变色,不腐蚀,不氧化,不生锈。加厚氧化膜(10μm)的阳极氧化铝板可使用于室外,可长期暴露于太阳光线下不变色。所以手机外壳颜色可以做的越来越丰富啦。



金属感强:


经阳极处理的铝板表面硬度高,达宝石级,抗刮性好,表面无油漆覆盖,保留铝板金属色泽,突出现代金属感,提高产品档次和附加值。



防火性高:


纯金属制品,表面无油漆和任何化工物质,600度高温不燃烧,不产生有毒气体,符合消防环保要求。抗污性强:不留手印,不会有污点痕迹,容易清洗,不产生腐蚀斑点。



适用性强:


用途广,适用于金属铝天花板,幕墙板,铝塑面板,防火板,蜂窝铝板,铝单板,电器面板,橱柜面板,家具面板等。


阳极氧化铝板氧化电解溶液的选择



阳极氧化膜生长的一个先决条件是,电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。



阳极氧化铝板氧化的种类



阳极氧化按电流形式分为:直流电阳极氧化,交流电阳极氧化,脉冲电流阳极氧化。按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性子分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。



阳极氧化铝板氧化膜结构、性质



阳极氧化膜由两层组成,多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上上成长起来的,后者称为阻挡层(也称活性层)。


用电子显微镜观察研究,膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔,它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体,称为晶胞,整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。


阻挡层是又无水的氧化铝所组成,薄而致密,具有高的硬度和阻止电流通过的作用。阻挡层厚约0.03-0.05μm,为总膜后的0.5%-2.0%。氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成,此外还含有电解液的阳离子。


当电解液为硫酸时,膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的,它们都与阳极氧化条件密切相关。



阳极氧化需要做好的细节
1
铝材的选择


铝材成分差别及杂质的含量将直接影响着阳极氧化膜的外观质量。

当铝材的合金成分一定时,影响外观质量的主要因素是有害杂质,如铜、硅、铬、铁、锌、锰等金属元素。这些金属元素在铝材中的含量越少,经阳极氧化后的光洁光亮度就越好;反之,就越差。


各种牌号的高纯铝及纯铝,其氧化膜的透明度和光洁、光亮度随着杂质含量的增加而逐渐变差。L04,L03高纯铝,其表面的光洁光亮度可达到镜面状态,且膜层无色透明。在高纯铝镁合金的牌号中,LT66的表面同样可以达到无色透明的镜面状的光洁光亮度。LT66-1较次于LT66,LT66-2又次于LT66-1。



2
硫酸浓度的选择


氧化膜的成长速度与电解液中硫酸浓度有密切关系。膜的增厚过程取决于膜的溶解和生长速度比:通常随着硫酸浓度的增高,氧化膜的溶解速度也增大;反之,浓度降低溶解速度也减小。因此,采用稀硫酸有利于膜的成长。



3
电解液温度的选择


与硫酸浓度变化的影响基本相同。溶液温度升高,氧化膜的溶解速度升高,膜的生长速度减少,氧化膜的厚度必然减少。


同时,温度的变化对氧化膜的厚度和耐磨性也会产生严重的影响。一般温度控制在18--20℃时获得的氧化膜多孔、吸附性能好、富有弹性、抗盐雾能力较好,所以在夏季室温高,要注意控制温度。



4
电压和阳极电流密度的影响


铝制件通电氧化时,开始时很快在铝制件表面生成一层薄而致密的氧化膜;随之电阻增加电压急剧升高,阳极电流密度逐渐减小。电压继续升高至一定值时,氧化膜因受电解液的溶解作用在较薄弱部位开始被电击穿,促使电流通过,氧化过程继续进行。



5
杂质不利于阳极表面


合金中含铜、硅等元素时,随着氧化过程的进行,同样由于在电解液中的阳极溶解作用,使合金元素Cu2+, Si2+不断集聚。当Cu2+含量达0.02g/L时,氧化膜上会出现暗色条纹或黑色斑点。


电解液中可能存在的杂质是Cl-、F-, N03-和Al3+, Cu2+、Fe2+等离子。当Cl-,F-、N03-等阴离子杂质含量高时,氧化膜的孔隙率大大增加,氧化膜表面变得粗糙和疏松。


这些杂质在电解液中的允许含量为Cl- <0.05g/L, F- < 0.01 g/L。当超过这极限值,制品表面会发生穿孔而报废。这些阴离子杂质来自配制电解液和清洗工序中的水源,因此必须严格控制水质。



6
电解液混浊度的负面影响


阳极氧化时,电解液的混浊度对氧化膜表面光亮度影响极大。

通常,硫酸氧化膜是透明的,它的主要成分是Al2O3。多孔状的氧化膜具有极大的吸附性能,利用这一特点将铝和铝合金表面进行各种色彩图案花纹的装饰。


若在电解液中含有各种不透明的固态混浊物,也被吸附填充到膜孔中去,会使氧化膜透明度下降,膜层的反光率受到阻挡,从而影响氧化膜的光亮度。


混浊物来源于铝制件前处理不良和清洗水质不净,或由于阴阳极反应剧烈与溶液的对流作用使杂质不易沉淀于缸底,被分散悬浮在电解液中,电解液透明度较差,甚至不透明并带有一定的色泽。因此,对那些外观要求较高的铝制品,在氧化过程中,必须对电解液进行连续过滤。



7
封闭处理的必要性


由于阳极氧化膜的多孔结构和强吸附性能,表面易被污染,尤其处在腐蚀性环境中,腐蚀介质进入孔内易引起腐蚀。


因此,经阳极氧化后的皮膜不管着色与否,均需进行封闭处理,以提高氧化膜的抗蚀、绝缘和耐磨等性能、以及减弱它对杂质或油污的吸附。




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