阳极氧化技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三讲 表面改性技术,（阳极氧化技术）,1,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,2,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。,阳极（铝件）：H,2,O-2e O+H,+,2Al+3O 2Al,2,O,3,阴极（铅板）：2H,+,+2e H,2,同时伴随酸对铝和氧化膜的化学溶解反应：,2Al+6H,+,2Al,3+,+3H,2,Al,2,O,3,+6H,+,2Al,3+,+3H,2,O,3,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0.01-0.015m；,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；,4,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。,5,第二节 阳极氧化膜的结构和特点,膜层组成与结构,阻挡层,多孔层,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。,6,膜层特点,厚度范围：5-20m（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。,7,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：,8,9,李慕勤，等.材料表面工程技术，北京：化学工业出版社，2010.,10,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.,11,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.,12,其它金属的阳极氧化工艺,13,第四节 工艺参数对硫酸阳极氧化的影响,硫酸浓度,14,15,16,17,18,19,20,硫酸浓度太高，膜层中SO,3,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。,21,槽液温度,22,23,24,25,氧化电压,电压高，膜层孔少径大；反之，孔多径小。,用电压和时间控制氧化膜厚度时，如果槽液温度出现大的波动，电流密度就会发生较大变化，使得膜层厚度难以控制。,26,27,28,氧化电流密度,29,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.,30,31,电流密度要根据对,氧化膜质量要求,和,以下几点,确定：,32,33,34,氧化时间,35,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,36,37,第五节 膜厚及其均匀性的控制,阳极氧化膜厚控制,38,阳极氧化膜均匀性控制,39,40,第六节 阳极氧化膜着色简介,着色的作用,耐磨,装饰,耐蚀,着色方法,电解着色,整体着色,吸附着色,41,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。,42,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。,43,1）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.,44,2）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.,45,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。,46,李慕勤，等.材料表面工程技术，北京：化学工业出版社，2010.,47,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45%、甲酸0.55%，三相交流44士2伏，,电流密度22.5A/d，温度302。,48,2）,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:,H2SO4 1020%，,COOHCOOH2H2O 12%，,电压1020V，电流密度13A/d，,温度1530，时间30分钟。,49,3）,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。,50,5）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，能抑制氧化膜的溶解，从而可在常温下进行氧化。与普通的硫酸氧化法相比，膜层厚度可提高2倍。,推荐工艺配方为:,H2SO4 150160g/l,CH3CH(OH)COOH 18ml/l,CH2OHCHOHCH2OH 12ml/l,电流密度 0.812A/d,电压 1218伏,温度 1822,51,