铝的阳极氧化和着色实验报告

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1、物理化学实验报告学生姓名：叶晓婷学号：20092401122专业：化学年级，班级：200904课程名称：物化实验组员：王军、徐泽欢实验项目：铝的阳极氧化与表面着色——电流密度对氧化膜性能的影响指导老师：马国正老师铝的阳极氧化和着色——电流密度对氧化膜性能的影响摘要：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、硫酸浓度、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，电流密度对铝的阳极氧化的影响。关键词：铝阳极氧化氧化膜Abstract：Anodicaluminumoxidefilmpropertiesaffectedbymany

2、factors,includingcurrentdensity,sulfuricacidconcentration,oxidationtime,additivesandotherfactors.Thispaperdiscussestheliteratureofotherfactorsthatselecttheoptimalvalueofthecase,thecurrentdensityonanodicoxidationofaluminum.Keywords：AluminumAnodizingOxidefilm1研究进展铝作为自然界中比较活泼的金属，在空气中能

3、形成一层厚度为0.01一0.1的氧化膜，这层天然的氧化膜为非晶态，薄而多孔，机械强度低[1]。它虽然对铝具有一定的防护能力，但远远满足不了人们对铝及其合金在装饰，防护与功能性应用等方面的要求。因此，铝在电解液中的阳极氧化处理工艺得到了不断的发展。自从Keller[2]通过电镜得到氧化铝多孔膜结构模型开始，铝的阳极氧化膜的使用价值越来越高。最近，由于其良好的结构特性，在很多领域又有了新的用途。阳极氧化是利用电解作用使金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。金属表面形成的致密的氧化物具有阻止金属与空气的接触，达到保护金属的目的。近几十年来，铝阳极氧化技术有了很多新的突

4、破，在硬质阳极氧化方面，通过在电解液中添加有机酸或多元醇川或利用脉冲电流与直流叠加[3]8等方法，提高氧化膜的耐蚀性和耐磨性。在复合阳极氧化方面，通过在电解液中添加具有特殊性能的微粒，象磁性物质，导电体和超硬粉体[4]，从而提高了氧化膜的耐蚀获得具有良好耐蚀性，耐和硬度。进入70年代后期，人们由最初追求胜及电绝缘性的氧化膜而转向以多孔膜为基础的各类功能性膜材料的应用研究。铝在酸性条件下阳极氧化，形成具有特殊结构的氧化膜。这种膜孔径均一，孔径范围窄，孔隙率高，孔道严格垂直于表面，具有大的表面积，其良好的排列方向性，表现出不同寻常的物理，化学特性，兼具深层膜和筛

5、网膜的特点。这种特殊的孔结构能够满足过滤的要求，使其成为一种新的制膜方法。该膜属于无机膜，较目前普遍使用的有机膜具有较高的耐热性，耐有机溶剂，机械强度高等特点，具有良好的应用前景。目前，国外己经生产出性能优良的阳极氧化铝膜，Alca可Anotec公司生产的Anopore膜就是利用该法生产出来的，但其具体工艺过程仍属商业机密，且价格昂贵。国内阳极氧化铝膜的研究刚刚起步，且处于基础研究阶段。用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化时，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、硫酸浓度、氧化时间、添加剂等。随着阳极氧化的进行，A12O3膜不断变厚，此时，其特

6、性由半导体逐步转变为绝缘体。如果按隧道效应理论进行分析，当变为绝缘体后，电荷无法穿透氧化膜，此时，电极反应会停止，电流应为0。而实际上，电极并未停止，这是因为，OH’在固体氧化膜内存在着离子迁移的缘故。随着浓度的增加，膜厚逐渐增加。这是由于电解液中H十浓度的增加，加速A13+在溶液与Al基体界面的迁移，使更多的Als+与02一或OH-结合，生成氧化膜。铝在阳极氧化时，电流密度对氧化膜的生长关系很大：在相同条件下，一定范围内提高电流密度，有利于氧化膜的生长，其膜厚随电流密度的增大而增大；提高电流密度有利于氧化膜的生长，但电流密度增大的同时，电流效率下降，微孔内

7、的热效应加大，促使膜的孔隙率也增大，导致氧化膜的硬度和比耐蚀性下降。在工业生产上，铝的阳极氧化通常采用的电流密度为1.5-2.0A/dm2。2实验部分2.1实验原理2.1.1铝的阳极氧化铝制品作阳极，以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化，形成较厚的Al2O3氧化膜：阴极：2H＋＋2e－→H2↑阳极：Al＋3e－→Al3＋Al3＋＋3H2O→Al(OH)3＋3H＋Al(OH)3→Al2O3＋3H2O由于酸的作用，生成的氧化膜的最弱点会发生局部溶解（Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O8），出现的孔隙使得铝与电解液接触，又重新氧化生成氧化膜。随着氧化时间的延长，膜

8、不断溶解与修补，氧化反应不断纵深发展，从而使制品表面