铝的阳极氧化与表面着色(华师版)

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1、华南师范大学实验报告学生姓名：学号：专业：化学年级班级：2008级化教4班课程名称：物理化学实验实验项目：铝的阳极氧化与表面着色实验时间：2010年10月27日实验指导老师：孙艳辉实验评分：铝的阳极氧化与表面着色摘要：铝的阳极氧化膜性能受到诸多因素的影响，主要包括电流密度、电解液浓度、氧化时间、添加剂等。本文主要探讨了其它因素选择文献最优值的情况下，氧化时间对铝的阳极氧化的影响。Abstract：Anodicaluminumoxidefilmpropertiesaffectedbymanyfactors,includingcurrentdensity,Electroly

2、tesolutionconcentration,oxidationtime,additivesandotherfactors.Thispaperdiscussestheliteratureofotherfactorsthatselecttheoptimalvalueofthecase,theoxidationtimeonanodicoxidationofaluminum.1.研究进展对铝阳极氧化膜的应用最初是希望它能具有良好的耐蚀性、耐磨性和电绝缘性等，至30年代中期，人们开始对铝氧化膜的多孔结构产生兴趣，并实现了有色物质在多孔膜中析出。到60年代才正式将铝型材的电解着

3、色用于生产，使得彩色铝合金型材获得了广泛的应用。最近10年来，铝阳极氧化技术取得了许多新成就，例如采取了一些可以使铝阳极氧化速度加快的新措施，有的可使速度提高2~3倍。又如提出了常温下氧化的新技术，解决了耗费大量能量的降温要求。还有采用脉冲阳极氧化新工艺，可使氧化膜质量大大提高。此外，使用交流电氧化可获得效率高、成本低、节约电能等一系列优点，但由于膜层较薄(小于10μm)、颜色发黄、硬度低等问题影响其广泛应用。最近通过加入添加剂，使膜层质量达到了直流电氧化的水平，这些新进展使铝阳极氧化工艺得到了明显的更新和改造。相信在新的世纪里，这方面的工作还会取得新的突破。不过从80

4、年代后期开始，最使人感兴趣的有关铝阳极氧化技术问题，则是针对铝氧化膜的多孔性来开发研究制备具有各种功能性的膜材料。由于氧化铝膜孔的孔径只有十几至几十纳米，可以在种种纳米材料的需求中发挥重要的作用。也就是说，在膜的纳米级微孔上大作文章,将会使铝阳极氧化技术在21世纪中焕发青春，成为与高新技术配套的很有发展前途的新事物。2.实验部分2.1实验原理2.1.1铝阳极氧化原理（1）将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化，可形成较厚的氧化膜，膜的主要成分是Al2O3，其反应历程比较复杂。现在以Al为阳极，Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质介绍其反应原理。电解

5、时的电极反应为：阴极：阳极：(氧化膜形成)阳极上的Al被氧化，且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时，由于阳极反应生成的H+和电解质H2SO4中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：（2）成膜机理：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，生成极薄而又非常致密的膜，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

6、新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。（3）影响因素：a.氧化时间：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；在一定的氧化时间内随时间而增厚。b.电解液浓度：要使Al2O3氧化膜顺利形成，并达到一定厚度，必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，这要通过控制一定的氧化条件来实现。如果是在强酸电解液中，阳极上的金属离子不断地从金属本体溶解，根本不能形成氧化膜；若在弱酸中，阳极产物在电解液中不

7、溶解，则氧化膜很快形成并覆盖金属，电阻增大，使电化学反应不能正常进行不能形成所需厚度的氧化膜，所以要严格控制硫酸的浓度。(4)对膜的质量要求：铝的阳极氧化和着色工艺要求形成的膜既有一定厚度，又要在膜上有均匀的孔隙，以保证电流的通过及将来着色。这是一个既有膜的生长又伴随有膜的溶解的电极过程。由于膜的不断生长与加厚，致使电阻不断增加，从而使膜的生长速率渐缓，此时膜的形成速率与膜的溶解速率达到动态平衡，膜的厚度就不会变化了。2.2.2氧化膜着色原理（1）着色目的：氧化膜的表面是由多孔层构成的，其比表面积大，具有很高的化学活性。利用这一特点，在阳