阳极氧化技术.ppt

第三讲表面改性技术 阳极氧化技术 主要内容 阳极氧化机理阳极氧化膜的结构和性质阳极氧化工艺工艺参数对阳极氧化的影响膜厚及其均匀性的控制阳极氧化膜着色简介阳极氧化新工艺简介 第一节阳极氧化机理 阳极氧化 是将零件作为阳极放入特定的电解质溶液中 在外加电流的作用下 使表面形成具有保护性氧化膜的表面处理方法 ab段 阻挡层形成 通电瞬间迅速形成致密氧化膜 其厚度与电压成正比 一般0 01 0 015 m 铝阳极氧化特性曲线与氧化膜生长示意图 bc段 膜孔的出现 阻挡层形成的同时电解液对其产生溶解作用 某些部位溶解较多 被电压击穿 出现空穴 此时电阻减小 电压下降 cd段 多孔层增厚 电压降到c点趋于平衡 随氧化进行 电压稍有增加 说明阻挡层不断被溶解 空穴逐渐变为孔隙而形成多孔层 电流通过膜孔又会生成新的阻挡层 此时阻挡层生成和溶解速度达到动态平衡 故阻挡层厚度不再变化 只有多孔层不断增厚 当多孔层溶解和生成速度达到动态平衡时 氧化膜厚度稳定 第二节阳极氧化膜的结构和特点 膜层组成与结构 阻挡层 致密无孔的非晶氧化铝 硬度高 多孔层 带结晶水的非晶氧化铝 硬度低 由多孔六面柱体的胞状结构组成 每个单元中心有一小孔 孔一直贯通到阻挡层 孔壁为较致密的氧化物 膜层特点 厚度范围 5 20 m 常规氧化膜 250 300 m 硬质氧化膜 1 硬度高 常规膜100 300HV 硬质膜在铝合金上达400 600HV 在纯铝上1500HV 2 吸附性强 易于吸附涂料 粘结剂和染料等 3 绝缘性能好 高的绝缘电阻和击穿电压 4 绝热耐热性能好 低的热导率0 419 1 26W mK 耐热温度可达1500 5 结合强度高 基体金属直接参与成膜反应 故结合牢固 6 耐蚀性较好 不耐碱腐蚀 恶劣环境下 要用清漆 蜡或润滑油进行封闭处理 硫酸阳极氧化工艺 以硫酸作为电解液 第三节铝及铝合金阳极氧化工艺 工艺流程 表面整平 除油 浸蚀或抛光 阳极氧化 着色处理 封闭处理 干燥 优点 李慕勤 等 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 2010 铬酸阳极氧化工艺 优点 氧化膜不透明 为浅灰色或乳白色 厚度仅2 5微米 孔隙率低 所以工件仍能保持原来的精度和表面光洁度 因此该工艺适用于精密零件 缺点 膜层软 耐磨性较差 不易染色 李慕勤 等 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 2010 草酸阳极氧化工艺 优点 氧化膜较厚8 60微米 硬度和耐蚀性高 孔隙率低 电绝缘性好 缺点 成本高 为硫酸阳极氧化的3 5倍 溶液有毒且稳定性差 李慕勤 等 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 2010 其它金属的阳极氧化工艺 第四节工艺参数对硫酸阳极氧化的影响 硫酸浓度 硫酸浓度太高 膜层中SO3含量升高 导致膜层松散 另外对膜层溶解加剧 使膜层外层孔径变大 使封孔困难 槽液温度 氧化电压 电压高 膜层孔少径大 反之 孔多径小 氧化电流密度 朱祖芳 铝合金阳极氧化与表面处理技术 北京 化学工业出版社 2010 电流密度要根据对氧化膜质量要求和以下几点确定 氧化时间 时间增加 硫酸溶液对膜层溶解作用加剧 使膜孔壁变薄 从而耐磨性变差 第五节膜厚及其均匀性的控制 阳极氧化膜厚控制 阳极氧化膜均匀性控制 第六节阳极氧化膜着色简介 着色的作用 着色方法 整体着色法 概念 采用特定成分的铝合金或在特殊的电解液中阳极氧化时 获得氧化膜的同时而着上不同颜色 又称为自然着色法 缺点 能耗大 成本高 废水处理困难 色泽不鲜艳 逐渐被电解着色取代 吸附着色法 概念 将阳极氧化后的铝制品浸渍到带有染料的溶液中 使多孔层外表面吸附各种染料而呈现出染料的颜色 缺点 由于染料存在于多孔层表层 故耐光性 耐晒性 耐磨性较差 分类 无机盐着色和有机染料着色 1 无机盐着色 特点 耐晒性好 但色种少 色调不鲜艳 与基体结合差 李慕勤 等 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 2010 2 有机染料着色 特点 色泽鲜艳 颜色范围广 但耐晒性差 李慕勤 等 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 2010 特点 耐晒性 耐磨性和耐候性均良好 在建筑装饰铝型材上应用广泛 电解着色法 概念 铝制品阳极氧化后 再在含金属盐的电解液中进行交流电解 则在多孔层孔隙底部沉积金属或金属化合物而显色 李慕勤 等 材料表面工程技术 北京 化学工业出版社 2010 第七节阳极氧化新工艺简介 1 草酸 甲酸混合液交流快速氧化 采用草酸 甲酸混合液 是因为考虑到甲酸是一种强氧化剂 在这样的槽液中 甲酸起到对氧化膜内层加速溶解 从而使其成为多孔层的作用 这种槽液的导电率可以得到提高 即可提高电流密度 使氧化膜能快速生成 与纯草酸氧化法相比 这种溶液能使生产率提高37 5 减少电耗量 节约电力40 工艺配方为 草酸4 5 甲酸0 55 三相交流44士2伏 电流密度2 2 5A d 温度30 2 2 混合酸氧化 该法于1976年正式纳入日本国家标准 并为日本北星日轻家庭用品株式会社所采用 其特点是成膜快 膜的硬度 耐磨 耐腐蚀性能都比普通的硫酸氧化法高 膜层呈银白色 适用于印花 着色产品 我国铝制品行业赴日考察后 于1979年开始推荐使用 推荐工艺配方为 H2SO410 20 COOHCOOH 2H2O1 2 电压10 20V 电流密度1 3A d 温度15 30 时间30分钟 3 瓷质氧化 瓷质氧化主要以铬酸 硼酸 草酸钛钾为电解质 用高电压和较高温度作电解处理 其膜层外观像瓷器上的釉 有高度的抗腐蚀性能 耐磨性能良好 膜层可用有机或无机的染料染色 使外观有特殊的光泽和色泽 目前多应用于铝炊具 打火机 金笔等产品上 4 国防色氧化 国防色氧化主要应用在军用铝制品的装饰上 因而要求有特殊的防护作用 氧化膜呈军绿色 无光泽 耐磨耐用 防护性能良好 工艺是 首先进行草酸氧化 生成金黄色膜层后 再用高锰酸钾20g l 硫酸1g l的溶液进行阳极氧化处理而成 5 常温快速阳极氧化 通常 H2SO4氧化均需用降温设备 因而耗费大量电力 加入 羟基丙酸 丙三醇后 能抑制