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铝阳极氧化工艺基本原理课件


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脱脂
• 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
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碱蚀剂
• 碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化 钠溶液中进行表面清洗的过程,通常也称为碱腐蚀 或碱洗。其作用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赃物; 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。
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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。
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铝阳极氧化膜优点
(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
铝阳极氧化工艺基本原理
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1
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。
• 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。
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铝合金基本常识
• 第一位数:主要添加合金元素(如1050、5052、6063等) 。
1:纯铝 2:主要添加合金元素为铜 3:主要添加合金元素为锰或锰与镁 4:主要添加合金元素为硅 5:主要添加合金元素为镁 6:主要添加合金元素为硅与镁 7:主要添加合金元素为锌与镁 8:不属於上列合金系的新合金
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2
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。
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阳极氧化的种类
• 按电流形式分为:直流电阳极氧化,交流电阳极氧 化,脉冲电流阳极氧化。
• 按电解液分有:硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺 基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。
• 按膜层性子分有:普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质 膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层。
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阳极氧化膜结构
中和(除渍)
• 铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或 热的清水洗中都不溶解,但却能溶于酸性溶液中, 所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰 和残留碱液,以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗, 这种过程称为中和、除渍或出光处理。
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基本组成
• 工艺过程是制品在300-400g/L硝酸溶液中,室温 下浸洗。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰,可用 硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液,于室温下处 理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L 和氧化铬5-15g/L的溶液中于室温下进行。各道工 序间的水清洗,目的在于彻底除去制品表面的残 留液和可溶于水的反应产物,使下道工序槽液免 遭污染
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基本组成
• 一般采用氢氧化钠,有的另外还添加调节剂(NaF、 硝酸钠),结垢抑制剂(葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒 石酸盐、阿拉伯胶、糊精等)、多价螯合剂(多磷 酸盐)、去污剂。
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化学抛光
• 两酸(磷酸、硫酸)\(磷 酸、硝酸)
• 三酸(磷酸、硫酸、硝 酸)
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普通氧化常用参数范围
电流密度 电解液组成
A/dm2
硫酸,10%20%
1~2
电压 V10~20温度 /度18~22
时间 min
10~30
颜色 透明
膜厚 μm
5~30
特点
易着色, 耐腐蚀
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氧化膜厚度计算
• 阳极氧化生成的氧化膜厚度从理论上可按法拉第第 二定律推导的公式进行计算。 σ= Kit 式中σ为阳极氧化膜厚度(μm),i为电流密度 (A/dm2),t 为氧化时间(min),K为系数。
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阳极化处理
• 以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中,利用 电解作用,使其表面形成氧化铝薄膜的过程,称为 铝及铝合金的阳极氧化处理。
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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。
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