《阳极氧化技术》PPT课件.ppt

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1、第三讲第三讲 表面改性技术表面改性技术（阳极氧化技术）（阳极氧化技术）主要内容主要内容l l阳极氧化机理阳极氧化机理l l阳极氧化膜的结构和性质阳极氧化膜的结构和性质l l阳极氧化工艺阳极氧化工艺l l工艺参数对阳极氧化的影响工艺参数对阳极氧化的影响l l膜厚及其均匀性的控制膜厚及其均匀性的控制l l阳极氧化膜着色简介阳极氧化膜着色简介l l阳极氧化新工艺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阳极氧化：是将零件作为阳极放入特定的电解质溶液阳极氧化：是将零件作为阳极放入特定的电解质溶液阳极氧化：是将零件作为阳极放入特定的电解质溶液 中，在外加电流

2、的作用下，使表面形成具中，在外加电流的作用下，使表面形成具中，在外加电流的作用下，使表面形成具中，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。有保护性氧化膜的表面处理方法。有保护性氧化膜的表面处理方法。有保护性氧化膜的表面处理方法。阳极（铝件）：H2O-2e O+H+2Al+3O 2Al2O3阴极（铅板）：2H+2e H2同时伴随酸对铝和氧化膜的化学溶解反应：2Al+6H+2Al3+3H2Al2O3+6H+2Al3+3H2Oab段：阻挡层形成。通电瞬间段：阻挡层形成。通电瞬间迅速形成致密氧化膜，其厚度迅速形成致密氧化膜，其厚度与电压成正比，一般与电压成正比，一般0.01-0

3、.015m；铝阳极氧化特性曲线与铝阳极氧化特性曲线与氧化膜生长示意图氧化膜生长示意图bc段：膜孔的出现。阻挡层形段：膜孔的出现。阻挡层形成的同时电解液对其产生溶解成的同时电解液对其产生溶解作用。某些部位溶解较多，被作用。某些部位溶解较多，被电压击穿，出现空穴，此时电电压击穿，出现空穴，此时电阻减小，电压下降；阻减小，电压下降；cd段：多孔层增厚。电压降段：多孔层增厚。电压降到到c点趋于平衡，随氧化进行，点趋于平衡，随氧化进行，电压稍有增加，说明阻挡层电压稍有增加，说明阻挡层不断被溶解，空穴逐渐变为不断被溶解，空穴逐渐变为孔隙而形成多孔层，电流通孔隙而形成多孔层，电流通过膜孔又会生成新的阻挡层。

4、过膜孔又会生成新的阻挡层。此时阻挡层生成和溶解速度此时阻挡层生成和溶解速度达到动态平衡，故阻挡层厚达到动态平衡，故阻挡层厚度不再变化，只有多孔层不度不再变化，只有多孔层不断增厚，当多孔层溶解和生断增厚，当多孔层溶解和生成速度达到动态平衡时，氧成速度达到动态平衡时，氧化膜厚度稳定。化膜厚度稳定。第二节 阳极氧化膜的结构和特点l l 膜层组成与结构膜层组成与结构阻挡层多孔层阻挡层：致密无孔的非晶氧阻挡层：致密无孔的非晶氧 化铝，硬度高。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

5、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。贯通到阻挡层，孔壁为较致密的氧化物。l l 膜层特点膜层特点厚度范围：厚度范围：5-20m（常规氧化膜）；（常规氧化膜）；250-300 m（硬质氧化膜）（硬质氧化膜）1）硬度高：常规膜）硬度高：常规膜100-300HV，硬质膜在铝合金上达，硬质膜在铝合金上达400-600HV，在纯铝上，在纯铝上1500HV.2）吸附性强：易于吸附涂料、粘结剂和染料等）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）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）绝热耐热性能好

6、：低的热导率0.419-1.26W/(mK),耐热耐热 温度可达温度可达1500。5）结合强度高：基体金属直接参与成膜反应，故结合牢固。）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）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。或润滑油进行封闭处理。l l 硫酸阳极氧化工艺（以硫酸作为电解液）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：表面整平工艺流程：表面整平除油除油浸蚀或抛光浸蚀或抛光阳极阳极 氧化氧化着色处理着色处理封闭处理封闭处理干燥干燥优点：优点：李慕勤，等.材料表面

7、工程技术，北京：化学工业出版社，2010.l l 铬酸阳极氧化工艺铬酸阳极氧化工艺优点：氧化膜不透明，为浅灰色或乳白色，厚度仅优点：氧化膜不透明，为浅灰色或乳白色，厚度仅2-5微米，微米，孔隙率低，所以工件仍能保持原来的精度和表面光洁孔隙率低，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。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。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.l l 草酸阳极氧化工艺草酸阳极氧化工艺优点：氧化膜较厚优点：氧化膜较厚8-60微米，硬度和耐蚀性高，孔隙率低，电微米，硬度

8、和耐蚀性高，孔隙率低，电 绝缘性好。绝缘性好。缺点：成本高（为硫酸阳极氧化的缺点：成本高（为硫酸阳极氧化的3-5倍），溶液有毒且稳定性倍），溶液有毒且稳定性 差。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l l 硫酸浓度硫酸浓度硫酸浓度太高，膜硫酸浓度太高，膜层中层中SOSO3 3含量升高，含量升高，导致膜层松散；导致膜层松散；另外对膜层溶解加另外对膜层溶解加剧，使膜层外层孔剧，使膜层外层孔径变大，使封孔困径变大，使封孔困难。难。l l 槽液温度槽液温度l l 氧化电压氧化电压电压高，膜层孔少径大；电压高，膜层孔

9、少径大；反之，孔多径小。反之，孔多径小。用电压和时间控制氧化膜厚度时，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，使得膜层密度就会发生较大变化，使得膜层厚度难以控制。厚度难以控制。l l 氧化电流密度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：l l 氧化时间氧化时间时间增加，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l l 阳极氧化膜

10、厚控制阳极氧化膜厚控制l l 阳极氧化膜均匀性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的作用耐磨耐磨装饰装饰耐蚀耐蚀着色方法着色方法电解着色电解着色整体着色整体着色吸附着色吸附着色l l 整体着色法整体着色法概念：采用特定成分的铝合金或在特殊的电解液中概念：采用特定成分的铝合金或在特殊的电解液中概念：采用特定成分的铝合金或在特殊的电解液中概念：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阳极氧化时，获得氧化膜的同时而着上不同阳极氧化时，获得氧化膜的同时而着上不同阳极氧化时，获得氧化膜的同时而着上不同 颜色，又称为自然着色法。颜色，又称为

11、自然着色法。颜色，又称为自然着色法。颜色，又称为自然着色法。缺点：能耗大，成本高，废水处理困难，色泽不鲜缺点：能耗大，成本高，废水处理困难，色泽不鲜缺点：能耗大，成本高，废水处理困难，色泽不鲜缺点：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。艳，逐渐被电解着色取代。艳，逐渐被电解着色取代。艳，逐渐被电解着色取代。l l 吸附着色法吸附着色法概念：将阳极氧化后的铝制品浸渍到带有染料的溶概念：将阳极氧化后的铝制品浸渍到带有染料的溶概念：将阳极氧化后的铝制品浸渍到带有染料的溶概念：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液中，使多孔层外表面吸

12、附各种染料而呈现液中，使多孔层外表面吸附各种染料而呈现液中，使多孔层外表面吸附各种染料而呈现 出染料的颜色。出染料的颜色。出染料的颜色。出染料的颜色。缺点：由于染料存在于多孔层表层，故耐光性、耐缺点：由于染料存在于多孔层表层，故耐光性、耐缺点：由于染料存在于多孔层表层，故耐光性、耐缺点：由于染料存在于多孔层表层，故耐光性、耐 晒性、耐磨性较差。晒性、耐磨性较差。晒性、耐磨性较差。晒性、耐磨性较差。分类：分类：分类：分类：无机盐着色无机盐着色无机盐着色无机盐着色和和和和有机染料着色。有机染料着色。有机染料着色。有机染料着色。1 1 1 1）无机盐着色）无机盐着色）无机盐着色）无机盐着色特点：耐晒

13、性好，但色种少，色调不鲜艳，与基体结合差。特点：耐晒性好，但色种少，色调不鲜艳，与基体结合差。特点：耐晒性好，但色种少，色调不鲜艳，与基体结合差。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 2 2 2）有机染料着色）有机染料着色）有机染料着色）有机染料着色特点：色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。特点：色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。特点：色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。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。在建筑装特点

14、：耐晒性、耐磨性和耐候性均良好。在建筑装特点：耐晒性、耐磨性和耐候性均良好。在建筑装特点：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。饰铝型材上应用广泛。饰铝型材上应用广泛。饰铝型材上应用广泛。l l 电解着色法电解着色法概念：铝制品阳极氧化后，再在含金属盐的电解液概念：铝制品阳极氧化后，再在含金属盐的电解液概念：铝制品阳极氧化后，再在含金属盐的电解液概念：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中进行交流电解，则在多孔层孔隙底部沉积中进行交流电解，则在多孔层孔隙底部沉积中进行交流电解，则在多孔层孔隙底部沉积 金属或金属化合物而显色。金属或

15、金属化合物而显色。金属或金属化合物而显色。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）草酸草酸-甲酸混合液交流快速氧化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。2）混合酸氧

16、化混合酸氧化 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。3）瓷质氧化瓷质氧化 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

17、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 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 5）常温快速阳极氧化）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/lCH2OHCHOHCH2OH 12ml/l电流密度 0.812A/d电压 1218伏温度 1822