阳极氧化基本介绍.pptx

铝材阳极氧化的基本介绍,一.铝合金基本常识,第一位数：主要添加合金元素(如1050、5052、6063等)。1000：纯铝2000：主要添加合金元素为铜3000：主要添加合金元素为锰或锰与镁4000：主要添加合金元素为硅5000：主要添加合金元素为镁6000：主要添加合金元素为硅与镁7000：主要添加合金元素为锌与镁8000：不属於上列合金系的新合金,二.铝的物理特性,（1）、铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝的密度为2.7g/cm3。（2）、塑性高：铝及铝合金延展性好，可以通过挤压、轧制成各种型状的材料；（3）、导电好。仅次于金、银、铜。（4）、耐腐蚀。易生成氧化膜后具有很好的耐腐蚀性，一般在空气中不反应。（5）、易表面处理。如阳极氧化、电镀、电泳、喷涂等，提高了铝的装饰性和保护效果。,三.铝的化学特性,（1）、铝的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；（2）、铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔融的铝能与水猛烈反应，高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属；（3）、铝是两性的，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。（4）、铝在大气中具有良好的耐蚀性，但纯铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。,阳极氧化的原理：将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄层，阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，良好的耐热性，优良的绝缘性，耐击穿电压，增强了抗腐蚀性能，氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。,四.什么是阳极氧化,五.铝阳极氧化作用,使产品增加：（1）、耐蚀性；（2）、硬度和耐磨性，铝基体的硬度为HV100，普通阳极氧化膜的硬度约HV300，硬质氧化膜可达HV500。（3）、装饰性，不尽可保护抛光表面的光泽，也可染色、着色，获得和保持丰富多彩的外观。（4）、电绝缘性。（5）、透明性。（6）、功能性,六.阳极氧化的原理,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。电极反应：阳极：H2O2E2H+O2AL+33OAL2O3+1670.5J阴极:2H+2EH2膜的溶解：AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O,七.阳极氧化的种类,按电流形式分为：1.直流电阳极氧化2.交流电阳极氧化，3.脉冲电流阳极氧化。,按电解液分有：1.硫酸阳极氧化2.草酸阳极氧化3.铬酸阳极氧化4.磷酸阳极氧化5.瓷质阳极氧化6.硬质阳极氧化7.微弧阳极氧化,按膜层性子分有：1.普通膜2.硬质膜（厚膜）3.瓷质膜4.光亮修饰层5.半导体作用的阻挡层,八.阳极氧化膜结构,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。,普通氧化常用参数范围,九.氧化膜成长机理,在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化时间的延长，膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。其内层（阻挡层、介电层、活性层）厚度至氧化结束基本都不变，位置却不断向深处推移；而外层在一定的氧化时间内随时间而增厚。,A.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一层致密无孔的阻挡层,其厚度取决于槽电压。B.由于氧化铝原子体积大，故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平，造成电流分布不均匀，凹处电阻小，电流大，凸处相反。C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解，凹处逐渐变成孔穴，凸处变成孔壁，阻挡层向多孔层转移。,十.阳极氧化制程,铝材,脱脂,水洗,化抛,活化,染色,封孔,铝原材,脱脂后铝材表面,化抛后铝材表面,阳极氧化,多孔层铝表面,去一次膜多孔层铝表面,去二次膜多孔层铝表面,脱脂目的：除去加工产品表面油污杂质及产品表面的刮伤、金属毛剌、金属氧化物等，给阳极氧化着色打好基础，使其光泽达到客户的要求。,脱脂方法：铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。脱脂槽：洗洁精槽、冷脱槽、热脱槽、纯硝酸槽、稀片碱槽。,十.一脱脂的目的和方法脱脂步骤,十.二.一化抛的目的和方法步骤,化抛目的是在磷酸基溶液浸泡工件，以消除工件表面的机械缺陷，减小表面粗糙度，并提高其表面光泽。影响因素：a.化抛液成分；b.化抛液浓度；c.化抛温度；d.化抛时间；操作步骤：a.将工件置于化抛槽中浸泡;b.将工件在化抛槽中轻轻旋转;c.将工件从化抛槽中快速取出，并用热水洗;d.水洗,十.二.二中和的目的和方法步骤,中和的目的是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污脏物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其它操作条件，可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。,Al2O3+NaOHAl3+other;Al+NaOHNaAlO2+H2,化学反应公式,影响因素：a.碱液浓度；b.铝离子浓度；c.操作温度；d.操作时间；操作方法：a.将待处理的工件置于中和槽上方；b.将工件放入中和槽；c.设定中和时间；d.中和时间到时迅速将工件移出中和槽并转入水洗槽,十.三阳极氧化的目的和方法步骤,阳极氧化工艺获得的铝氧化膜外观无色透明，厚硬度高，孔隙多，吸附型强，有利于染色，经封闭处理后，具有较高的抗腐蚀能力。阴半极反应：2H+2eH2阳半极反应：4OH4e2H2O;Al+O2Al2O3;Al2O3+H22Al3+3H2O影响因素：a.电解液浓度;b.电解液温度;c.电压;电流密度；d：氧化时间,阳极氧化的原理图解,硫酸阳极氧化：(一)特性：与草酸、铬酸相比、具有以下特点；1、溶液稳定；2、允许杂质含量范围大；3、电能消耗少；4、操作方便；5、成本低；6、要求温度低，须冷冻.,（二）工艺参数及操作条件：H2SO4：10%-20%160-200g/LAL3+：3-15g/L温度：视具体情况而定15-26电压：视具体情况而定6V、8V、10V、13V、15V、17V时间：视具体情况而定10分-50分搅拌：压缩空气搅拌电源：直流电/交流电,注意事项：1、硫酸电解液的配制；A.根据槽体的容积和硫酸浓度计算所需硫酸量B.在槽内加3/4体积纯水,并打风搅拌；C.将硫酸缓缓加入槽内，并补充纯水至规定体积(注意切勿将水加入硫酸中）D.冷却至工艺条件温度；E.化验室取样分析,OK后即可投入生产2、硫酸的纯度要求：最好用试剂，我们通常用CP（化学纯）硫酸。,十.四活化的目的和方法步骤,阳极氧化后，在着色之前，可用酸液处理将氧化膜活化，所有有机酸/无机酸及酸性盐都可以作为活化剂，由于酸溶液对氧化铝的化学溶解作用，氧化膜孔的孔壁从外向内溶解，使孔径扩大，同时可以通过控制活化时间的长短，得到孔径大小不同的氧化铝膜，达到扩孔，增加孔隙率，从而提高吸附染料能力的效果。影响因素：a.活化剂种类；b.活化剂浓度；c.活化温度；d.活化时间,十.五染色的方法和注意事项,染色的方法：铝阳极氧化膜的化学着色是基于多孔膜层有如纺织纤维一样的吸附染料能力而得以进行的。一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03m，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030m，着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积，而且与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。,染色注意事项：a.氧化膜必须有足够的厚度，具体厚度要依染色的色调而定，如果暗色要求较厚的膜层；而鲜艳的色泽需要较薄的膜层。-可通过控制氧化时间来控制膜的厚度。b.氧化膜必须要有足够的孔隙和吸附能力。-可通过控制电流密度来控制膜的孔隙，控制活化过程来控制膜的孔径，从而控制膜的吸附能力。c.氧化膜应均匀，膜层本身的颜色适应于染色处理-选择合适的电解液,染色方法：1整体发色阳极氧化2有机和无机染料染色3电解着色4干涉着色5多色电解着色,常用染色方法：电解着色：是金属微粒沉积在阳极氧化膜多孔层的底部。随机分布的金属微粒对光线的反射，得到棕色，随着沉积金属微粒的增加，颜色由稻草黄到棕色，直至黑色。,封孔处理目的是：把阳极氧化膜的微孔封闭并将微孔内染料固定，是染色工艺整体的一个部分。封孔处理方法是：封孔处理最简单的是在沸水中处理，只要进行的适当，就能保证染色膜表现出应有的色泽牢固度，而且还可使工件具有防止脂印，色斑及油脂所染的能力。阳极氧化过的表面只有经过充分的封孔才能使它失去对接触物影响的能力。影响因素：a.封孔液组成；b.封孔液PH值；c.封孔温度；d.封孔时间,十.五封孔的目的方法和注意事项,封孔的原理：新鲜的阳极氧化膜在沸水或接近沸点的热水中处理一定的时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易退去，这一过程就是封闭，也称封孔。用热蒸汽也能封闭，但耗能大，应用不及热水广泛。1931年，公布了重铬酸钾溶液封闭，封闭后的阳极氧化膜呈浅黄色，有特别高的耐蚀性，广泛应用于3C产品和飞机制造业。,铝材氧化外观检查关键参数：（1）粗糙度：表面粗糙度是指加工表面具有较小间距和微小峰谷的不平度检测设备：粗糙度仪（2）膜厚:阳极氧化的膜层厚度检测设备：粗糙度仪（3）光泽度：用数字表示物体表面接近镜面的程度检测设备：光泽仪（4）色差:两种颜色的差别。色差值表示颜色的差别大小，用E标示检测设备：色差仪,铝材