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时间:2020-10-05
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1、阳极氧化原理及常见故障分析讲师:熊小云一、氧化目的:使产品有耐腐蚀、耐磨性的效果,并且有一定的装饰性,从而满足客户的需求。2、电化学氧化:A.定义:将铝及其合金置于某种适当的电解液中作为阳极,在外电流作用下,使其表面生成氧化膜的过程称为阳极氧化,又称电化学氧化。B、阳极氧化膜的性质(与化学氧化膜相比):①氧化膜结构的多孔性;②氧化膜的耐磨性;③氧化膜的抗蚀性;④氧化膜的电绝缘性;⑤氧化膜的绝热性;⑥氧化膜的结合力;⑦氧化膜的硬度高;⑧氧化膜的装饰性。C、阳极氧化分类:①硫酸阳极氧化;②草酸阳极氧化;③铬酸阳极氧化;④磷酸阳
2、极氧化;⑤瓷质阳极氧化;⑥硬质阳极氧化;⑦微弧阳极氧化。D、阳极氧化机理1、电极反应:阳极:H2O—2E→2H++[O]2AL+3[3O]→AL2O3+1670.5J阴极:2H++2E→H2↑膜的溶解:AL2O3+3H2SO4=AL2(SO4)3+3H2OE、H2SO4物理性质:①98.3%的浓H2SO4,是无色粘稠状液体,沸点338度,是一种难挥发性的酸②化学性质:a.强酸性;b.易与活泼金属反应;c.浓H2SO4具有吸水性,结合水后放出大量的热,常温下,浓H2SO4遇铁、铝合金发生钝化。2、氧化膜的生长过程:总体上说包含两个
3、方面:一是膜的生成过程;二是膜的电化学溶解过程.AL2O3.H2O多孔层阻挡层铝基体BACA.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一层致密无孔的阻挡层,其厚度取决于槽电压。B.由于氧化铝原子体积大,故发生膨胀,阻挡层变得凹凸不平,造成电流分布不均匀,凹处电阻小,电流大,凸处相反。C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解,凹处逐渐变成孔穴,凸处变成孔壁,阻挡层向多孔层转移。D.多孔膜形成过程:1.阳极氧化初期,电流密度一般均超出临界电流密度,形成均匀的壁垒型膜;2.壁垒型膜逐渐成长。当电流密度低于临界值
4、时,铝离子不能再形成新膜物质,膜的表面暴露在电解液中受到浸蚀;3.进一步阳极氧化,溶液对膜的浸蚀变得不均匀;4.形成的空洞之间存在发展竞争。这种发展有“自催化”作用;5.发展较快的空洞(主空洞)在向膜深处和横向发展6.主空洞继续沿纵向和横向发展,相邻主空洞之间互相靠近,主空洞之间的小空洞停止生长;7.空洞停止横向发展,仅沿纵向深入,孔径固定。此时,空洞的产生及发展阶段结束,阳极氧化进入稳态阶段。三、硫酸阳极氧化:(一)特性:与草酸、铬酸相比、具有以下特点;1、溶液稳定;2、允许杂质含量范围大;3、电能消耗少;4、操作方便;5、成
5、本低;6、要求温度低,须冷冻.(二)工艺参数及操作条件:H2SO4:10%-20%160-200g/LAL3+:3-15g/L温度:视具体情况而定15℃-26℃电压:视具体情况而定6V、8V、10V、13V、15V、17V时间:视具体情况而定10分-50分搅拌:压缩空气搅拌电源:直流电/交流电注意事项:1、硫酸电解液的配制;A.根据槽体的容积和硫酸浓度计算所需硫酸量B.在槽内加3/4体积纯水,并打风搅拌;C.将硫酸缓缓加入槽内,并补充纯水至规定体积(注意切勿将水加入硫酸中)D.冷却至工艺条件温度;E.化验室取样分析,OK后
6、即可投入生产2、硫酸的纯度要求:最好用试剂,我们通常用CP(化学纯)硫酸。3、槽液维护A、对槽液要定期进行分析,一般只分析游离硫酸和铝含量。槽液在使用过程中,游离硫酸浓度会逐渐下降,而铝含量上升,当游离硫酸浓度降到规定浓度下限,铝含量尚未升到上限时,只需计量添加硫酸,但当铝含量超过规定上限时,应排放部分(1/4~1/3)槽液,然后再计量添加硫酸和去离子水。排放的硫酸溶液可用耐酸泵抽入硫酸脱脂槽内二次利用。降低氧化槽内的铝含量也可用硫酸回收设备。B、槽液液面上的漂浮物和油污应及时清除,脱落在槽液中的铝工件和杂物应及时捞起。C、氧
7、化槽液沉淀物较少,一般只需一年倒槽清底一次,此时应刷洗或更换阴极板。(三)氧化膜的影响因素:①硫酸浓度:当其他条件不变时,提高硫酸浓度,氧化膜的生长速度减慢,这是由于生长中的氧化膜在较浓的硫酸溶液中溶解速度加快的结果。若硫酸浓度太低,导电性下降,其氧化时间就要延长;硫酸的浓度升高,有利於多孔膜的生成,该膜的弹性好,吸附力强;易获得防护装饰性氧化膜,硫酸浓度多利用上限,即20%的H2SO4,为了获得硬而厚的耐磨氧化膜,应选用较稀的硫酸溶液,通常利用10%-15%的H2SO4。2、温度:一般情况下,电解液温度控制比较严格,有的需用保
8、持在±1℃范围内,溶液温度高,氧化膜溶解速度大,生成的速度减小,生成的膜疏松。若温度过低,氧化膜发脆易裂。当控制温度在18-22℃时,得到的氧化膜多孔,吸附性强,富有弹性,抗蚀性好,但耐磨性较差;槽液温度是阳极氧化一个重要工艺参数,为确保氧化膜的质
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