阳极氧化介绍.doc

陽極氧化

定義: 陽極氧化（anodic oxidation）：金屬或合金的電化學氧化。

原理
將金屬或合金的製件作為陽極，採用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性 、增強耐磨性及硬度，保護金屬表面等。例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置於相應電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進行電解。陽極的鋁或其合金氧化 ，表面上形成氧化鋁薄層 ，其厚度為5～20微米 ，硬質陽極氧化膜可達60～200微米 。陽極氧化後的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達250～500千克／平方毫米，良好的耐熱性 ，硬質陽極氧化膜熔點高達2320K ，優良的絕緣性 ，耐擊穿電壓高達2000V ，增強了抗腐蝕性能 ，在ω＝0.03NaCl鹽霧中經幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合製造發動機氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀豔麗的色彩。有色金屬或其合金（如鋁、鎂及其合金等）都可進行陽極氧化處理，這種方法廣泛用於機械零件，飛機汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建築裝飾等方面.

其他類型
補充：除金屬外，其他物質在陽極所引起的氧化作用，也稱為“陽極氧化”
補充：在現實工藝中，針對鋁合金的陽極氧化，比較多，可以應用在日常生活中，以為這種工藝的特性，使鋁件表面產生堅硬的保護層，可用於生產廚具等日用品。但鑄造鋁的陽極氧化效果不好，表面不光良，還只能是黑色。鋁合金型材就要好一點。

陽極化處理（Anodizing）
　　金屬材料在電解質溶液中，通過外施陽極電流使其表面形成氧化膜的一種材料保護技術。又稱表面陽極氧化。金屬材料或製品經過表面陽極化處理後，其耐蝕性、硬度、耐磨性、絕緣性、耐熱性等均有大幅度提高。實施陽極化處理最多的金屬材料是鋁。鋁的陽極氧化一般在酸性電解液中進行，以鋁為陽極。在電解過程中，氧的陰離子與鋁作用產生氧化膜。這種膜初形成時不夠細密，雖有一定電阻，但電解液中的負氧離子仍能到達鋁表面繼續形成氧化膜。隨著膜厚度增大，電阻也變大，從而電解電流變小。這時，與電解液接觸的外層氧化膜發生化學溶解。當鋁表面形成氧化物的速度逐漸與化學溶解的速度平衡時，這一氧化膜便可達到這一電解參數下的最大厚度。鋁的陽極氧化膜外層多孔，容易吸附染料和有色物質，因而可進行染色，提高其裝飾性。氧化膜再經熱水、高溫水蒸氣或鎳鹽封閉處理後，還能進一步提高其耐蝕性和耐磨性。除鋁外，工業上採用表面陽極化處理的金屬還有鎂合金、銅和銅合金、鋅和鋅合金、鋼、鎘、鉭、鋯等。
陽極氧化板是在鋁板表面處理！形成一層三氧化二鋁保護層！抗氧化！耐磨！辨別方式：用測電器（電阻電壓表）進行表面測試！其金屬表面不導電！（不要被商家用電池電珠試驗蒙蔽眼睛，用電池電珠中間用鐵塊也測不出是否導電）
兩種板面相比：氟碳滾塗色彩相對豐富（陽極氧化板只有銀色）但耐磨度和抗氧化度，陽極氧化板是絕對超過氟碳滾塗板的！
陽極保護自然腐蝕電位
　　當某種金屬浸入電解質溶液時，金屬表面與溶液之間就會建立起一個電位，腐蝕電化學中把這個電位稱為自然腐蝕電位。不同的金屬在一定溶液中的電位是不一樣的。而同一種金屬的電位元由於其各部分之間存在著電化學中不均一性而造成不同的部位間產生一定電位差值，正是這種電位差值導致了金屬在電解質溶液中的電化學腐蝕。
極化
向浸在電解質溶液中的金屬施加直流電，金屬的自然腐蝕電位會發生變化，這個現象稱為極化。所通電流為正電流時。金屬作為陽極其電位向正方向變化的過程稱作陽極極化；反之，通過的電流為負電流時，金屬作為陽極其電位向負方向變化的過程稱為陰極極化。
極化曲線
　　把電位元與電流密度之間對應的關係畫成曲線叫做極化曲線。具有鈍性傾向的金屬在進行陽極極化時，如果電流達到足夠的數值，在金屬表面上能夠生成一層具有很高耐蝕性能的鈍化膜而使電流減少，金屬表面呈鈍態。繼續施較小的電流就可以維持這種鈍化狀態，鈍態金屬表面溶解量很小從而防止了金屬的腐蝕，這就是陽極保護的基本原理。
　　圖為典型的鈍性金屬陽極保護曲線，曲線中表現出四個特性：

表現出四個特性區域
a. 活化區（曲線中AB段）
　　施加陽極電流時，金屬表面發生如下反應：Fe-->Fe2++2e此區處於活性溶解狀態，且電位越正
　　，電流密度越大，電流密度的大小反應出腐蝕的快慢。當電流密度超過峰值點後，電流急劇下降，這
　　個峰值點對應稱為致鈍電流密度，對應的電位稱為致鈍電位。
b. 活化—鈍化區（BC段）
　　金屬處於由活化狀態向鈍化狀態的突變過程中，金屬開始發、鈍化，電流急劇下降，在金屬表
　　面可能生成二價到三價的不穩定氧化物。
c. 穩定鈍化區（CD段）
　　不銹鋼中金屬元素發生氧化反應，生成高價氧化物（膜），這種氧化物溶解量很小，即腐蝕速
　　率很低，這正是陽極保護所需要的電位元控制區，對應的電流密度稱為維鈍電流密度，可由控制儀的
d. 過鈍化區（DF段）
　　當電位高於穩定鈍化區，電流又出現增大現象，鈍化膜轉化成可溶性的氧化物而遭受破壞，金
　　屬腐蝕重新加劇，這區域稱為過鈍化保護區。陽極保護酸冷器的工作原理是把與硫酸接觸的全部表
　　面作為陽極，另外設置一根或幾根陰極，形成電流回路。向冷卻器施加一定的電流，使其產生陽極
　　極化，通過致鈍電位，然後進入穩定鈍化區並維持其電位在這個區域，依靠在鈍化區新形成的鈍化
　　膜降低冷卻器在硫酸中的腐蝕。

陽極工藝:除油--水洗--水洗--陽極反應--水洗--封閉--烘烤

陽極氧化DIY鋁合金硬質處理

陽極氧化DIY鋁合金零件長時間後，會出現一些氧化，表面黯淡了許多！！”“鋁的東西噴漆不牢靠，一刮就掉！！”“能否讓鋁的零件看上去向不銹鋼一樣有質感？或者鍍上顏色？？”其實陽極表面處理並不少見，許多廠家出的鋁質狗配件多數採用此技術，常見的有GB-Tech/G& G等等。還有自行車車架、棒球棍、SureFire電筒鋁合金陽極初解：鋁合金經硬質陽極氧化處理，表面可形成厚度３０～５０μｍ和硬度約５００ＨＶ左右的膜層，具有優異抗蝕和耐磨性能。鋁合金硬質陽極氧化處理後的應用範圍十分廣泛，涉及紡織、自行車、照相機、氣動元件、手術器械、光學儀器等各行業，適用於缸套、活塞、齒輪、葉輪、導軌、軸承、模具工程構件。下面就到了如何在家中進行陽極處理
一、條件：必定是鋁或是鋁的合金才能陽極。
二、設備：瓦盆（陶盆、瓦缸也可以，只要耐酸性溶液腐蝕，能放得下零件就行）
三、電源：9.6V---12V的電池或直流變壓器
四、溶液：濃度為12%硫酸（H2SO4）溶液。（例如：100毫升的溶液中，硫酸占12毫升，水88毫升）! L2 ]- J8 M" p9 V
五、不銹鋼板2塊（100mmX100mmX300mm的尺寸）
六、導線若干
1、需要陽極氧化的零件先要徹底除油（包括指紋、手汗、髒東西等等）例如用微溫的洗衣粉水擦洗後用清水徹底沖洗，晾乾。3 w& x4 p4 U" @8 t+ E# t
2、往玻璃缸中灌入體積為88%的自來水，然後再一面用玻璃棒攪拌一面緩慢的加入體積為12%的濃硫酸，注意一定不要先放硫酸再放水，因為濃硫酸與水會產生高熱，這樣水會炸沸的！！！很危險！！！溶液的量已能淹沒過零件為准。估計需要數小時才會冷卻至室溫，溶液溫度在10攝氏度以下時陽極硬度很高，超過20攝氏度效果不好，切記！！！
3、把不銹鋼板焊上導線，或穿孔用不銹鋼絲穿過使其導電，並串聯起來。浸沒溶液中並處於瓦盆兩側（貼著盆壁）接通直流電源的負極。
4、把已經除油並乾燥的零件用不銹鋼絲接通直流電的正極。浸沒於溶液當中。
5、靜待60分鐘，大功告成！！！
A、如果原先零件已經充分完美的拋光（如鍍鉻一樣），陽極後會呈現不銹鋼的質感，而且表面耐刮傷！！
B、如果想呈現槍灰或是霧黑的質感，陽極前就要先進行噴沙處理，陽極剛結束用鑷子夾出（防油污）置入黑色或灰色“礦物染料”（化工店有售）溶液中。想顏色深些就泡久一點。總之泡什麼色就得什麼色！！！
最後用溫熱機器潤滑油全部擦拭表面，使其封閉鈍化，此法可保持永久的色澤不變。其實所謂陽極就是使鋁件接通正極（陽極），通過酸性溶液的導電作用，使其表面產生一系列的反應，增加表面硬度、耐腐蝕度。並且改造表面物理結構，使其容易吸附染料。
以上均為本人多次實際操作過的方法，百試百靈！！今後弟兄們的鋁質零件表面“毀容啦”就不再需要找噴漆工啦！！希望多提寶貴意見！！針對專業人士的需求，作如下回復：
1、送電伊始，電流密度為0.5A/dm2，在25分鐘內分5~8次逐漸把電流密度提高到2.5A/dm2，最終電流密度依零件尺寸、表面積、材料具體成份、達到要求而定，一般在1~5 A/dm2為佳
2、電壓一般為8~12V最終電壓依零件尺寸、表面積、材料具體成份而定。
3、使用陽極氧化草酸為電解液的產品顏色依鋁合金成分和陽極時各種條件有關，可承銀白、黃銅色、黃褐色的氧化膜。建議使用12%（V/V）的硫酸溶液，價格低廉、溶液穩定，可得淺銀灰、銀白色氧化膜，不影響後期染色的成色，就算不染色也有不銹鋼的質感！！！！！！
4、電流的預設曲線，因材料成分、欲達效果等因素而異，清查閱中國化學工業出版社1992版《鋁及鋁合金工業陽極氧化控制設備設計》
陽極氧化鋁
簡介
　陽極氧化鋁是指在鋁及鋁合金表面鍍一層緻密氧化鋁為了防止進一步氧化，其化學性質與氧化鋁相同。但是與一般的氧化膜不同，陽極氧化鋁可以用電解著色加以染色。
製備原理
陽極氧化鋁的製備原理是陽極效應（又名陽極化處理）。
反應機理
　　陽極效應是熔鹽電解特有的現象，而以電解鋁生產表現猶為明顯。生產中當陽極效應發生時，電解槽電壓急劇升高，達到20～50V，有時甚至更高。它的發生對整個電解系列產生很大影響，使電流效率降低，影響電解的各技術指標，且使鋁的產量和品質降低，破壞了整個電解系列的平穩供電。在處理的方法上，不外

乎有兩種：用效應棒（木棒）熄滅，或降低陽極，增加氧化鋁的下料量，以達到熄滅陽極效應的目的。到目前還未發現有更好的處理方法。
陽極氧化鋁卷板
　　陽極效應的發生是由於隨著電解過程的進行，電解質中含氧離子逐漸減少，當達到一定程度後，則有氟析出且與陽極炭作用生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解時又析出細微的炭粒，這些炭粒附在陽極表面上，阻止了電解質與陽極的接觸，使電解質不能很好地濕潤陽極，就像水不能濕潤塗油的表面一樣，使電解質-陽極間形成一層導電不良的氣膜，陽極過電壓增大，引起陽極效應。當加入新的氧化鋁後，在陽極上又析出氧，氧與炭粉反應，逐漸使陽極表面清靜，電阻減小，電解過程又趨於正常。
危害
　　在生產方面當陽極效應發生時，電解質的溫度急劇升高，由正常值的940℃～955℃急速升高到980℃～990℃，爐幫熔化變薄，增加了側部炭塊被侵蝕的可能性。電壓的急劇升高，使系列電流波動，影響電解槽的產量。電耗增加。生產中陽極效應的熄滅方法是：將效應棒即（大約2～3米直徑2～4cm的樹枝）插入鋁液中使木棒燃燒排除陽極底掌的氣體薄膜，清潔陽極底部，實際是在燃燒鋁液，整個過程大約持續3～5分鐘，而此時電解的電化學過程是停止的，這也就是電解職工常說的"效應時間不產鋁，而且還要跑電耗的"原因所在。因此造成鋁液的嚴重損失。以300KA中間下料預焙槽為例：效應係數0.3次/槽日，效應時間5min,電流效率93%，一個陽極效應少產原鋁：300×0.3355×5÷60=8.4kg，噸鋁電耗增加158kwh。 這種能量在生產中大多轉化為熱能，使電解槽極距間溫度急劇升高，進而向陽極四周傳導，使的電解槽溫度升高，引起電解質中氟化鋁的大量揮發。因此傳統的陽極效應法已不能適應當今現代電解槽生產。
　　在環境方面鋁電解生產中，陽極效應還伴隨著對大氣臭氧層有破壞性的PFCs(CF4·C2F6)氣體的產生。當今西方發達國家對鋁電解的環保要求極為嚴格。

車間生產工藝
　　1. 機械拋光；
　　2. 化學處理去掉某些合金表面的銅成分；
　　3. 清洗去油(對於已經陽極化的零件，若需要重新陽極化，氏用堿或者專用藥劑去掉原來的陽極化表層)；
　　4. 放入稀硫酸中作為陽極進行通電，生成表面氧化層(是多孔性的，為白色半透明薄膜)；
　　5. 染色；
　　6. 固定（加熱或者用鉻酸鹽溶液使表面氧化層的孔封閉）。

鋁合金陽極氧化膜著色的意義和發展史
1. 電解著色的發明
　　1936年義大利人Caboni最早提出了陽極氧化膜的電解著色專利技術，德國人Elssner 進一步改進了這個方法，在1940 年申請了專利。這使電解著色工藝成為工藝化的基礎。但是當時正處於第二次世界大戰的紛亂之中，而戰爭後的混亂也使這項工藝發明被忽略了相當一段時間。 電解著色的工業化1960 年淺田太平改進並註冊了電解著色專利。該專利的特徵是，利用交流電為電源，著色溶液採用Co、Ni、Cu、Ag、Se 的鹽類，以及他們的含氧鹽作為主成分。淺田已經明確鑒別出電解著色工藝過程的幾個階段。包括金屬離子進入陽極氧化膜的微孔中，由於電解還原轉化成著色的物質等。全球技術轉讓權由ALCAN公司獲得，通過它所屬的鋁實驗室有限公司以高標名稱Anolok-1 向全世界很多國家轉讓推廣這個技術，從此二次電解著色法得到普及。二十世紀六十年代中期至七十年代中期的10年間掀起了電解著色法的研究高潮，每年有數百篇的專利文獻被發表，研究涉及到元素週期表上幾乎所有的可溶性金屬鹽。
2.陽極氧化技術的意義
　　陽極氧化可顯著改善鋁合金的耐蝕性能，提高鋁合金的表面硬度和耐磨性,經過適當的著色處理後具有良好的裝飾性能。鋁及其合金陽極氧化膜著色技術可分為3 種：化學染色、電解著色及電解整體著色。化學染色是利用氧化膜層的多孔性與化學活性吸附各種色素而使氧化膜著色，根據著色機理和工藝可分為有機染料著色、無機染料著色、色漿印色、套色染色和消色染色等。電解著色是將陽極氧化後的鋁及其合金在含有金屬鹽的水溶液中進行交流電解，在氧化膜多孔層的底部沉積金屬、金屬氧化物或金屬化合物,由於電沉積物對光的散射作用而呈現各種色彩。電解整體著色指鋁及其合金在陽極氧化的同時被著色，其特點是氧化與著色一步完成,著色膜具有良好的耐光性、耐熱性、耐蝕性及耐磨性。電解整體著色又分為自然發色、電解發色和電源發色法,其中電解發色占主導，自然發色次之,電源發色正在開發中。
3.陽極氧化的發展
　　經過40 年的開發研究，電解著色不斷向深度和廣度發展。由一般的防護－裝飾用途發展具有特殊物理化學性質的功能膜；由單鹽著色發展到混合鹽著色；由單一均勻色發展到多彩色、多感色等等。當前使多孔氧化鋁膜朝著功能化方向發展的研究主要從兩方面著手，一個是利用它的多孔結構，研製新型的超精密分離

染色後的陽極氧化鋁
膜；另一個是通過在其納米級微孔中沉積各種性質不同的物質，如金屬半導體、高分子材料等，來製備新型的功能材料。
　　（1）近年來利用電解著色沉積磁性金屬或磁性合金如鐵、鈷、鎳及合金，這種電解著色膜具有磁性。能夠用於資料儲存或其他磁記錄。在微電子工業得到廣泛應用。
　　（2）電解沉積超硬質和自潤滑的電解著色膜。由於鋁本身相當軟，而陽極氧化提供了一個表面硬化的方法。低剪應力的金屬填充在陽極氧化鋁的微孔中，就是一個提供自潤滑性能的有效方法。在機械工程上有十分重要的使用價值。
　　（3）電解著色膜作太陽能的吸收板。為了更加有效地利用太陽能，要求太陽能吸收膜的材料在太陽光放射譜域有較高的吸收率，而在熱放射譜域的放射率要盡可能地小。例如 ：在磷酸溶液制得的氧化鋁膜的納米級微孔中電沉積Ni，製成了對太陽能具有選擇性吸收的功能性膜。通過測定反射率，發現這種膜具有較理想的選擇性吸收特性。實驗結果表明，向膜孔中分別電沉積Fe、Ni 等金屬均能使膜的耐熱性比由其他材料製備的選擇性吸收膜明顯的增強。但其耐蝕性還不夠理想，可望通過封孔或在膜表面塗敷耐蝕性塗層以及改變周邊環境條件等方法加以改進。
　　（4）在光電方面的應用。主要是通過在多孔膜微孔中填充螢光物質來製備光電元件，採用浸泡與熱處理相結合的方法，在多孔膜內引入Tb3+制得的功能化膜，在外加電場的作用發出綠色光。這種功能化多孔膜所能獲得的高的發光強度，表明多孔膜的功能化將成為研製光電元件的又一新途徑。而且由於多孔膜的孔徑極為細小，更可進一步開發出超微細發光元件。電解著真黑色，還可以作光學儀器，相機消光及其他裝飾用途。
　　（5）抗菌性氧化鋁膜：抗菌性氧化鋁膜是將抗菌成分浸透到膜的孔中並在膜孔中析出，從而使之具有抗菌性作用。人們早就知道，銀、銅、鋅等金屬離子具有抗菌作用，通過用含有這些金屬離子的熱水進行封孔處理就能具有抗菌性。最近，備受關注的抗菌物質是TiO2。TiO2 通過紫外線的作用，在表面生成活性氧類，而此活性氧顯示出抗菌作用。除了抗菌作用之外，它還有脫臭、防塵、分解室內揮發性有機化合物（VOC）的作用等，所以又開發了通過在鋁建材表面塗覆塗料，而獲得具有防汙性的產品。目前，主要是塗覆含TiO2 塗料的方法，也正在開發在陽極氧化膜孔中析出TiO2 的方法。4，還可以進行一些電化學測試分析，比如極化曲線測測氧化膜的耐蝕性，交流阻抗測測氧化膜的電阻。