七、铝的电化学氧化法

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1、七、铝的电化学氧化法在工业生产中，采用电化学氧化主要的电解液有三种：硫酸、草酸、和铬酸。根据电解条件的不同，在这些电解液里，可以获得不同厚度的、具有不同机械和物理—化学性能的氧化膜。电化学铝氧化机理：以硫酸为例，硫酸在水溶液中以离子状态存在：H2SO4↔2H+SO42-水本身也有一部分离解为H+和OH-。在外加电压的作用下，阳离子[H+]移向阴极并在阴极还原发生氢气。H++e↔H→H2↑阴离子[OH-]和[SO42-]移向阳极。在氧化工艺条件下，保持只有OH-的放电，而未达到SO4-放电电位，这是因为OH-容易失去

2、电子的缘故。所以在阳极OH-失去电子生成水和新生态氧；2OH--2e→H2O+[O]在这一过程中，从反应式可以看出硫酸是没有消耗的，而新生态氧[O]则是由H2O分子离解除的OH-放电产生的。新生态氧的氧化能力很强，可以和AL反应生成Al2O3的氧化膜：2Al+3[O]→Al2O3（阳极）由于硫酸对金属铝和氧化膜都有溶解作用，所以在氧化过程中，还存在在以下二个化学反应：2Al+3H2SO4→Al2（SO4）3+3H2↑Al2O3+3H2SO4→Al2（SO4）3+3H2O↑从以上可知，而整个电解反应中，存在着电化学反

3、应和化学反应两个过程。电化学反应是膜的生产过程，化学反应式膜的溶解过程。只有当生成速度大于溶解速度时氧化膜才能生长，并保持一定厚度。在通电时，与电解接触的表面首先形成无孔，而绝缘一层薄膜（内层）本来膜不会再生长，因为该膜将底金属与电解液隔绝，但在内层形成的同时，膜就开始溶解而呈不均一性。某些薄的地方电阻较小，电流就集中在这里，把膜击穿，使电解液能通过膜孔而继续与底金属作用，而生成新的内层。原来的内层，由于电解液的溶解作用，生成多孔性的外层。内层的生成和溶解在整个氧化过程中是不断进行的：当膜在一定厚度时，膜的溶解速度

4、小于生成速度，以致使膜不断增厚，因此阳极氧化所取得膜是整片玻璃状的无水氧化铝（Al2O3）组成的，其厚度始终变化不大，一般在0.01~0.1微米之间。而膜的外层较软，是由氧化铝（Al2O3*H2O）组成，多孔，孔呈毛细管形圆锥状，其小孔所占的区域占膜总体积约10~15%，这些小孔就是染色时吸附染料的地方。阳极氧化处理方法和类型：1.硫酸氧化工艺：硫酸氧化法目前广泛应用在防护装饰性的阳极氧化处理方面。硫酸氧化法工艺有以下优点：(1)膜层较厚，表面色泽为透明无色，吸附能力好，有利于染着各种鲜艳的色彩。(2)本工艺操作简

5、单，电能消耗较小，不需要高压电源。(3)生成效率高，氧化时间短。(4)槽液毒性小，槽液价格便宜。(5)溶液温度，生产操作易掌握。(6)适用范围广，故在工业上得到广泛应用。它的缺点：(1)氧化温度一般控制在15~25℃，在氧化过程中，由于产生大量的热量，使电解液温度很快升高，因此在生产中必须有冷却装置。(2)不适合松孔度大的铸件，点焊件或铆接的组合件。表9硫酸氧化工艺配方与操作条件直流电氧化交流电氧化硫酸浓度克/升150~250100~150溶液温度℃15~2515~25所需电压伏特12~2518~30电流密度安培/

6、分米20.5~23~4氧化时间分40~6020~40硫酸氧化液配置方法：先计算电解槽的容积和所需硫酸量，加入3/4容积的蒸馏水或去离子水，然后打开搅拌设备，将所需的硫酸在强力的搅拌下缓缓加入槽液中，然后加水至规定容积，冷却至工艺规范，化学分析电解液后试生产。硫酸规格最好采用试剂硫酸或电池硫酸，如用工业硫酸配制，配制后可加入1毫升／升双氧水。配制硫酸氧化液时不可将水加入硫酸中，否则会引起爆炸。硫酸氧化液中成份作用及操作条件影响：（1）硫酸浓度的影响：硫酸浓度对氧化膜有一定的影响。通常采甩15～20％的硫酸组成电解液，

7、在浓的溶液里，膜的溶解速度快，但在实际生产中，开始氧化时膜的成长速度，在浓溶液中要比稀溶液快，随着时间的延长，浓溶液中的成长速度要比稀溶液成长速度缓慢，一般在高浓度硫酸中氧化膜层的溶解速度越快，孔隙率高，透明度好，容易染色，但膜的硬度，耐磨性等较差。在稀的硫酸液中所获得的氧化膜，坚硬耐磨，反光性能好，但孔隙率低只适宜染成淡色。当硫酸浓度不同时，生成的氧化膜的质量和电解时间的关系如图（10）所示。交流电氧化由于一半时间处于阴极半周期，所以氧化液的硫酸浓度通常控制在100-150克/升之间，膜的透明度要比直流电氧化差、

8、如图：硫酸浓度对氧化膜成长速度的影响图中1.5%硫酸曲线2.20%硫酸曲线(2)电解液温度的影响槽温太低氧化膜发脆，槽温高会使氧化膜疏松。工作温度对氧化膜厚度影响如图：（11）所示。从图中可见：温度升高，氧化膜厚度减小，例温度由20℃升高到50℃时，膜的厚度减少90%以上，这是由于温度升高加速了膜的溶解所致。在氧化过程中是放热过程，铝和氧进行化合反应；2A+