阳极氧化_阳极氧化工艺_阳极氧化原理

  铝阳极氧化过程机理

  以铝和铝合金制品为阳极置于电解质溶液中。利用电解质作用，使其表面形成氧化膜的过程，称之为铝和铝合金制品阳极氧化处理。（导读：阳极氧化处理_阳极氧化膜生成的一般原理 http://www.hswj66.com/Article/yangjiyanghuachuli_y_1.html）阳极氧化膜的成长过程包含着相辅相成的两个方面：(1)膜的电化学生成过程;(2)膜的化学溶解过程。两者缺一不可，而且必须使膜的生成速度恒大于溶解速度，这样才能获得较厚的阳极氧化膜。为此，所选择的电解液性质及工艺规范都必须具备这些条件。

  在阳极氧化过程中，由于电位差的作用，带电质点相对于固体壁发生电渗液流。电渗液流的存在，是阳极氧化膜得以增长的一个必要条件。

  铝及铝合金在硫酸溶液内阳极氧化时，氧化膜形成的机理如下。

  通电以后，阳极和阴极上便发生如下式的反应：
 

  于是，作为阳极的铝或铝合金中的铝元素被阳极反应生成的氧所氧化，形成氧化铝膜〔应该指出，这里所指的氧化不仅指分子态的(O2)，还包括原子氧(O)以及离子氧(O^2)〕。通常在反应式中都以分子氧为代表。在阳极上生成的氧不是全部都与铝作用生成氧化膜，还有一部分以气体形式从阳极逸出。

  按反应式，开始在铝表面形成了一层薄而致密的氧化膜后(这过程实际上可认为是在通电的几秒钟内就完成了)，一部分膜由于和硫酸起反应而发生溶解：
 

  于是，使致密的氧化膜变得多孔。随之电解液又渗入到空隙(针孔)中同露出的铝作用生成一层新的氧化膜，使整个氧化膜好像得到了修补一样，又变得完整了，接着新的、完整的氧化膜又发生溶解，出现了新的空隙(针孔)，于是被暴露出的金属铝又被电解溶液氧化成氧化铝而得到“修补”。如此循环，不断地靠金属表面处生成新的氧化膜，也不断地创造出多孔的外层膜，结果生成了由厚而多孔的外层和薄而致密的内层所组成的氧化膜。阳极氧化处理过程中，内层膜(完整的膜，也称阻挡层、活性层、介电层)的厚度差不多是随着时间而改变的，总保持在0.014~0.05um，而多孔外层膜在一定的处理时间内则是随着时间而加厚的。阳极氧化膜的成长归纳如下：

  (1)新膜是在旧膜下面的金属表面上直接生长起来；

  (2)孔隙是氧化膜生长中心，孔隙的存在对氧化膜生长具有决定的意义；

  (3)在一系列彼此孤立的孔隙内，新生成的氧化膜向四面八方扩展，彼此汇合，最后便生成了一层厚度均匀的覆盖层。

  阳极氧化膜的结构

  阳极氧化膜的结构如图3-1所示。
 

  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可知，膜层的纵横面儿乎全部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的一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层是由无数个这样的晶胞组成。阻挡层是由无水氧化铝所组成，薄而致密，具有高的硬度，有阻止电流通过的作用。氧化膜多孔的外

  层主要是由非晶型的氧化铝Al2O3及少址水合氧化铝y-Al2O3·H2O所组成，此外，还含有电解液的阳离子。当电解液为硫酸时.膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%~17%,氧化膜的大部分优良特征都是由多孔外层的厚度及孔隙率所决定的，它们都与阳极氧化条件密切相关。多孔层结构的厚度取决于通电的电量。

  阳极氧化膜层的晶胞是以针孔为中心的密实六棱柱蜂窝结构。针孔(孔隙)的直径为0~50nm，由一个孔形成的一个氧化膜柱体可以称为一个“细胞”。随着阳极氧化膜柱体的不断变化(生长)，电阻也逐渐增大，当膜的生长速度等于膜的溶解速度时，膜厚也就不变了。最大膜厚将取决于所采用的电解液成分及电解工艺条件。



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