試驗(yàn)二鋁的陽極氧化和電解著色

1、鋁的陽極氧化和電解著色原理鋁及其合金在大氣中其外表會(huì)自然形成一層厚度為40 50 A薄的氧化膜。后者雖然能使金屬稍微有些鈍化，但由于它太薄，孔隙率大，機(jī)械強(qiáng)度低，不能有效地防止金屬腐蝕。用電化學(xué)方法即陽極氧化處理后，可以在其外表上獲得厚達(dá)幾十到幾百微米的氧化膜。后者的耐蝕能力很好。硫酸陽極氧化法所得的氧化膜厚度在5 - 20微米之間，硬度較高，孔隙率大，吸附性強(qiáng)，容易染色和封閉。而且具有操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、本錢低等特點(diǎn)，故應(yīng)用最為廣 泛。當(dāng)把零件掛在陽極上，陰極用鉛棒，通入電流后，發(fā)生如下反響陰極上2H+ + 2e t H2 T陽極上Al-3e t Al3+- 2-6OH t 3H2O+3O2Al

2、 + 3O t Al 2O3 + 399 卡硫酸還可以與Al、Al 2O3發(fā)生反響2Al + 2H 2SO4 t AbSO43 + 3H2 TAI2O3 + H2SO4 T AL2SO43 + 3H3O鋁陽極氧化膜的生長(zhǎng)是在“生長(zhǎng)和“溶解這對(duì)矛盾中發(fā)生和開展的。通電后的最初數(shù)秒鐘首先生成無孔的致密層 叫無孔層，或阻擋層，它雖只有0.01 0.015m,可是具有 很高的絕緣性。硫酸對(duì)膜產(chǎn)生腐蝕溶解。由于溶解的不均勻性，薄的地方孔穴電阻小，離子可通過，反響繼續(xù)進(jìn)行，氧化膜生長(zhǎng)，又伴隨著氧化膜溶解。循環(huán)往復(fù)?？刂埔欢ǖ墓に?條件特別是硫酸濃度和溫度可使膜的生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位。必須注意，氧化膜的生成和成長(zhǎng)

3、過程是由于氧離子穿過無孔層與鋁離子結(jié)合成氧化膜的，與電鍍過程恰恰相反，電極反響是在氧化膜與金屬鋁的交界處進(jìn)行，膜向內(nèi)側(cè)面生長(zhǎng)。鋁陽極氧化膜的生長(zhǎng)和溶解規(guī)律可用其電壓一時(shí)間曲線來說明。見圖一、圖二。A區(qū)：在最初10秒鐘內(nèi)曲線直線上升，電壓激劇增高，說明生成了無孔層電阻增大，這時(shí)成膜占主導(dǎo)，阻礙了反響繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)外電壓高時(shí)，O2-能穿過薄的地方繼續(xù)反響。故無孔層的厚度取決于電壓，即電壓高時(shí)，無孔層相應(yīng)增厚，反之亦然。B 區(qū):陽極電位到達(dá)最高值開始下降，說明無孔層到達(dá)極限一定電壓下，由于硫酸腐蝕溶解造成孔穴，電阻下降，電壓降低。圖1.氧化膜生長(zhǎng)階段示意圖1 鋁；2 無孔層；3多孔層C區(qū)：20秒鐘后，

4、電壓穩(wěn)定，這時(shí)膜在不斷增厚多孔層，無孔層那么生長(zhǎng)和溶解到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡， 溶解和生成在孔穴底部進(jìn)行，時(shí)間延長(zhǎng)孔穴變成孔隙，遂形成一定厚度的氧化膜。硫酸氧化膜，多孔隙，有很強(qiáng)的化學(xué)活性，利用這一特點(diǎn)，人們?cè)阡X陽極氧化膜上進(jìn)行 染色或電解著色，到達(dá)耐蝕和裝飾雙重目的。有機(jī)染色是將氧化制品放入有機(jī)染色槽中，利用氧化膜的化學(xué)和物理吸附作用，將染料分子吸附于氧化膜微孔中而成色。有機(jī)染色色種多，艷麗是其優(yōu)點(diǎn)，但耐磨，耐曬，耐光性 能差，只適合于室內(nèi)裝飾和日用五金制品之裝飾。電解著色是將氧化制品浸入含有金屬鹽的水溶液中，通入低壓交流電，由于氧化膜的阻擋層具有整流作用，金屬離子在鋁陰極的阻擋層上復(fù)原成金屬膠態(tài)粒子

5、，由于金屬鹽種類不同，或由于金屬沉積量不同，膠態(tài)粒子大小和粒度分布不同，對(duì)光波產(chǎn)生選擇性吸收和散射作用而顯示出不同顏色。電解著色膜耐曬、耐熱、耐光、耐磨性好、耐蝕性高，廣泛用作建 筑鋁材，交通車輛等室內(nèi)防護(hù) 一裝飾。鋁陽極氧化膜無論著色與否，用于何場(chǎng)合，都必須進(jìn)行封孔處理，以到達(dá)防蝕，抗沾污等目的。常用的封孔法有沸水法和常溫法兩類。沸水法是將鋁制品浸入純水中煮沸約30分鐘，氧化膜與水反響生成Al 2O3H2O，體積膨脹而將孔封閉。當(dāng)水溫低于 30°C時(shí)，可能生成Al 2O33H2O，這是不穩(wěn)定的，可塑性的水 化物，耐蝕性差，所以沸水法一定要在95100°C下進(jìn)行。為節(jié)省能源

6、，提高封閉質(zhì)量和速度，八十年代研制出常溫快速封閉劑，它是利用金屬可在常溫下迅速達(dá)的水能作用，氧化膜的水化作用以及形成外表絡(luò)合物等三種作用的綜合,到封之目的，其速度可提高 1倍。質(zhì)量亦明顯提高，GKG - F封閉劑已在國(guó)內(nèi)普及應(yīng)用。儀器與裝置圖4.電解著色裝置圖Na3PO410 20 g/LOP-10 乳化劑 1 3 g/L時(shí)間5 10分鐘溫度90 110oCU交流電源1K"口變壓器; 狄交流電壓表0-30V：3、交流電流表02山4、對(duì)碾石墨、不銹鋼板均可;5、試片：已氧化過的鋁片；6、議槽*步驟1. 純鋁片經(jīng)過化學(xué)除油一熱水洗一冷水洗一化學(xué)拋光一熱水洗一冷水洗一存放于盛蒸 餾水的容器

7、中?；瘜W(xué)除油配方：Na2CO310 20 g/LNa2SiO310 20 g/L溫度 60 30oC化學(xué)拋光液：H3PO4 ( d=1.70 ) 300mlH2SO4 ( d=1.34 ) 120ml2030秒HNO3 d=1.46 80ml/L2. 按圖三接好線路，將 200g/L H2SO4溶液倒入氧化槽鐘，掛上鉛陰極；3. 取兩塊鋁試片，計(jì)算面積，掛入陽極。一定要夾緊，通電后始終保持1 A/dm2,氧化15分鐘；4. 氧化后的鋁片清洗干凈放入蒸餾水中不要用手摸試片，然后取1片放入以下溶液中 進(jìn)行染色；茜素黃0.3g/L，茜素紅0.5g/L，溫度5070°c，時(shí)間為1 3分，隨后

8、冷水沖洗，在煮沸 的蒸餾水中封閉 510分鐘；5. 取另一試片用冷風(fēng)吹干， 然后將腐蝕液1 2滴滴在試片已氧化和未氧化的部位， 記錄液滴從橙色變成綠色的時(shí)間， 以此判斷天然和陽極氧化膜的耐蝕性能，變色越慢，耐蝕性越好。鹽酸50 ml重鉻酸鉀6 g蒸餾水75 ml6. 重復(fù)步驟3，氧化25分鐘，取出后水洗，放入蒸餾水中；7. 按圖四接為線路，掛入已氧化的鋁試片和對(duì)極，選用兩種電壓分別對(duì)兩試片進(jìn)行電 解著色；電解著色液組成和條件：NiSO4 7H2O 30g/LH2BO330g/LH2SO415 20g/LSn SO42H2O 5 6g/LGKU-1pH : 1溫度2030oC穩(wěn)定劑15g/L交流電壓915伏,電壓，時(shí)間與色調(diào)大致上有如下關(guān)系:9伏3分淺青銅5分青銅色10伏3分青銅5分深青銅11伏5分咖啡色8分古銅12伏4分咖啡色5分古銅15伏10分黑色5分古銅8. 電解著色，清洗后常溫封 GKC-F 25ml/L pH 66.5 溫度3035°C 封閉10分鐘;考前須知1. 陽極氧化時(shí)掛具與試片必須接觸良好，每次操作前，接觸點(diǎn)的氧化膜必須去除掉,2. 氧化后的試片不得用熱水洗和用手摸