硫酸阳极氧化添加草酸等添加剂的影响(摘要).docx

摘要：本文研究在硫酸电解液中加入草酸、硫酸镍等添加剂对铝阳极氧化的影响。测定了氧化膜的厚度、硬度分别对氧化时间、电流密度，槽液温度的关系曲线。结果表明添加草酸对改善操作条件和提高氧化膜的质量有较明显的效果。前言近年来，铝制品广泛用于建材、家用电器、交通运输以及日用五金等方面。为了提高铝制品的防腐能力并使外形美观，通常需要先进行阳极氧化然后着色。在各种着色方法中交流电解着色所得的着色膜耐用性好，耐气候性佳，特别适合于建筑铝材。阳极氧化是电解着色的前一工序，阳极氧化膜的性能对电解着色影响很大。因此在我们进行电解着色的研究工作中，提高阳极氧化膜的质量也是其中试验内容之一。为适应着色的要求，一般采用硫酸阳极氧化工艺，并且采用较高浓度的硫酸溶液。如此获得的氧化膜具有较多的孔隙，较强的吸附能力，但是硬度并不高。为了进一步提高氧化膜的硬度和其他性质，以及改善操作条件，我们研究在硫酸电解液中加入添加剂对氧化膜性质及操作条件的影响。关于在硫酸阳极氧化法中采用草酸作为添加剂，国内外已有报道。12在硫酸电解液中加入草酸后生成氧化膜的厚度比在相同条件下不加草酸所得的氧化膜要厚些，槽温控制范围也宽些。最近日本报道，使用硫酸镍添加剂能改善氧化膜性能，加速阳极氧化速度3。考虑到草酸、硫酸镍的来源较易，我们选择这两种化合物作为研究对象，同时也对琥珀酸等几种有机物进行初步试验。本文主要研究在硫酸电解液中加有添加剂时，电流密度、氧化时间、槽温等因素对氧化膜的厚度和硬度的影响。实验选用用L2型铝材作为阳极氧化工件。无添加剂时，硫酸阳极氧化的配方及工艺条件: H2SO4(g/l) 200 温度() 1820 阳极电流密度(A/d) 1.5 氧化时间(分) 30试验的添加剂:琥珀酸、-萘磺酸、氨基磺酸、磺基水杨酸、草酸和硫酸镍等六种，在加有添加剂时，分别地改变电流密度、氧化时期、槽液温度，研究这些因素对氧化膜厚度和硬度的影响。用XJL-01型立式金相显微镜测定氧化膜的厚度。用71型显微硬度计测定膜的硬度。为了易于测定氧化膜的硬度，在含有SnSO4的着色液中稍加着色(交流电解)然后测定硬度。每次着色条件相同，因而仍可比较添加剂对氧化膜硬度的影响。结果与讨论一、 添加剂及其浓度通过测定氧化膜的厚度和硬度来挑选合适的添加剂。测定结果列在表I。表1不同添加剂对氧化膜的厚度及硬度的影响槽温:1820，电流密度:1.5A/d，氧化时间:30分从表1可知，在一般氧化条件下所有添加剂对膜厚无明显影响，但都能增加膜的硬度，其中草酸的效果最明显。因此着重研究添加草酸对硫酸氧化法的影响。硫酸镍的效果虽不显著，但如前所述，日本使用它有不少好处，故也有必要对它进一步试验。对于草酸的用量，测定其对氧化膜厚度的影响，如图1所示。从图可见，在电流密度为1.5A/d时，添加758g/l草酸，膜厚无大变化，在2.0A/d时膜厚稍有上升的趋势。因此宜采用较低的草酸浓度。二、 氧化时间膜厚与氧化时间的关系如图2所示。从图可见，在无添加剂，添加硫酸镍、添加草酸的情况下，膜厚均随氧化时间线性增加。图1膜厚与草酸浓度的关系 槽液温度1820氧化时间30分1 1.5A/d2 2.0A/d图2膜厚与氧化时间的关系槽液温度18201 200g/1H2SO41.5A/d2 添加22g/1H2C2O42.0A/d3 添加8.0g/1NiSO41.5A/d膜的硬度随氧化时间的变化如图3所示。无论有否添加剂，在60分钟范围内，它们的硬度均随氧化时间而增加。图3硬度与氧化时间的关系槽液温度18201 200g/1H2SO4，电流密度1.5A/d2 添加8.0g/1 NiSO4，电流密度1.5A/d3添加22g/1H2C2O4，电流密度20A/d三、 电流密度在一定槽温和氧化时间下，添加草酸、硫酸镍对膜厚的影响分别如图4曲线2、3所示。结果表明，无论添加草酸或硫酸镍，膜厚均随电流密度上升而增加，并且它们的膜厚与无添加剂的相比差别不大。如果在较高电流密度下氧化不会影响膜的质量(主要是硬度)，则宜采用较高的电流密度来进行氧化，以提高氧化速度。图5表明氧化膜硬度与电流密度的关系。电流密度从1.0A/d上升到2.5A/d，添加草酸或硫酸镍所得膜的硬度均不断增加。电流密度达到2.0A/d后，添加草酸所得膜的硬度都大于无添加剂的或添加了硫酸镍的。无添加剂时，当电流密度超过2.0A/d，膜的硬度反而随电流密度上升而下降。由于电流密度较高，氧化膜孔内热效应加大，促使膜溶解，引起膜的硬度降低，这是可能的。但是，有了添加剂后可能会减少这方面的影响。图4膜厚与电流密度的关系1 200g/I H2SO42 添加7.2g/I H2C2O43 添加8.0g/I NiSO4槽液温度1820氧化时间30分图5硬度与电流密度的关系槽液温度1820，氧化时间30分1 200g/I H2SO42 添加22g/I H2C2O43 添加8.0g/I NiSO4在电流密度为1.5A/d附近，添加草酸所得膜的硬度反而低于无添加剂的，这可能因为添加草酸的量较多(22g/l H2C2O4)，使氧化膜溶解加快所致。事实上单纯草酸阳极氧化工艺中所用草酸的浓度一般也是22-24g/l H2C2O4。因此添加草酸的量不宜过多。添加7.2g/l H2C2O4，在电流密度1.5A/d(其他条件相同)下，所得膜的硬度为340公斤/毫米2(见表1)，比添加22g/l H2C2O4的高得多。但是在电流密度达到2.5A/d时，即使草酸浓度为22g/l，其硬度也有近340公斤/毫米2(见图5曲线2)。因此在添加草酸时可采用较高的电流密度。四、 槽液温度添加7.2g/l H2C2O4，测得膜厚与槽液温度的关系如图6曲线2所示。在25附近膜厚达到最高值，在此温度以后膜厚随温度上升下降较快，但相对于无添加剂的情况(曲线1)，约从20开始，其膜厚都较大。无论有无添加剂温度高于40时，膜的溶解速度大于生成速度，氧化膜是难于形成的。从膜厚来看，添加7.2g/l HC2O4时氧化温度可选择25左右。图6膜厚与槽液温度的关系电流密度1.5A/dm，氧化时间30分1 200g/l H2SO42 添加7.1g/l H2C2O4膜的硬度与槽液温度的关系见图7。从1035，添加7.2g/l H2C2O4所得膜的硬度均高于无添加剂的，而在15至25范围内硬度的差值最大。由此看来，添加少量草酸可使氧化温度提高到25左右，并且膜厚与硬度均增加。结果表明，在硫酸电解液中添加适量草酸，并在较高电流密度下进行氧化对氧化膜的膜厚、硬度均有较好的效果。因此我们选择如下工艺条件，硫酸200g/l，草酸7g/l，温度25，电流密度2.5A/d，进行阳极氧化。膜厚和硬度都增加，而且着色膜的色泽也很好。对于其他添加剂，有待以后进一步试验。图7硬度与槽液温度的关系电流密度1.5A/d，氧化时间30分1 200g/1 H2SO42 添加7.2g/1 H2C2O4结论1.在一般硫酸阳极氧化法条件下，添加琥珀酸、-萘磺酸、氨基磺酸、磺基水杨酸、硫酸镍、草酸，对氧化膜膜厚无大影响，但硬度却有所增加，其中以草酸的效果最明显。2.在硫酸电解液中添加7g/l左右草酸时，氧化膜的厚度和硬度在试验范围内随电流密度上升、氧化时间延长而增加。电流密度为2-2.5A/d时，氧化膜的硬度比没有添加草酸时显著增