铝阳极氧化

化学术语

以铝或铝合金制品为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理，利用电解作用使其表面形成氧化铝薄膜的过程, 称为铝及铝合金的阳极氧化处理。经过阳极氧化处理，铝表面能生成几个微米———几百个微米的氧化膜。比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。

原理介绍

铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时, 将发生以下的反应：

在阴极上, 按下列反应放出 H2：2H + + 2e → H2

在阳极上, 4OH - 4e → 2H2O + O2, 析出的氧不仅是分子态的氧 (O2), 还包括原子氧(O), 以及离子氧(O-2), 通常在反应中以分子氧表示。

作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化, 形成无水的Al2O3膜： 2Al + 3[O] = Al2O3 + 1675.7KJ 应指出, 生成的氧并不是全部与铝作用, 一部分以气态的形式析出。

阳极氧化的种类阳极氧化早就在工业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多, 归纳起来有以下几种分类方法：

按电流型式分有：直流电阳极氧化、交流电阳极氧化、以及可缩短达到要求厚度的生产时间，膜层既厚又均匀致密, 且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。

按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以有机磺酸溶液的自然着色阳极氧化。

按膜层性质分有：普通膜、硬质膜(厚膜)、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。

直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍, 这是因为它具有适用于铝及大部分铝合金的阳极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透明、吸附能力强极易着色；处理电压较低,耗电少；处理过程不必改变电压周期, 有利于连续生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小, 货源广, 价格低等优点。

近十年来, 我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材, 它们的表面处理生产线都是采用这种方法。

阳极结构

阳极氧化膜的结构阳极氧化膜由两层组成, 外层称为多孔层，较厚、疏松多孔、电阻低。内层称为阻挡层(亦称活性层)，较薄、致密、电阻高。多孔的外层是在具有介电性质的致密的内层上成长起来的。总体而言，阳极氧化膜是六角柱体的列阵，每一个柱体都要一个充满溶液的星型小孔，形似蜂窝状结构，孔壁的厚度是孔隙直径的两倍。

(1) 阻挡层阻挡层是由无水的AI2O3所组成, 薄而致密, 具有高的硬度和阻止电流通过的作用。(2) 多孔的外层氧化膜主要是由非晶型的AI2O3及少量的r-AI2O3.H2O还含有电解液的阴离子组成。

氧化膜的孔径在100nm~200nm之间，氧化膜厚度10微米左右，孔隙率20%左右，孔距300~500nm之间。氧化膜的截面图表明氧化膜孔基本上是管状结构，氧化膜发生溶膜反应基本上是在孔的底部发生的。而一般的硫酸直流阳极氧化膜的孔径是20nm左右，如果是12微米的氧化膜，那是多深的细管状结构啊！假设这是一个直径1m的井，那么它的井深将有600m深。

氧化膜的绝大部分优良特性,如抗蚀、耐磨、吸附、绝缘等性能都是由多孔外层的厚度及孔隙率所决定的,然而这两者却与阳极氧化条件密切相关, 因此可通过改变阳极化条件来获得满足不同使用要求的膜层。膜厚是阳极氧化制品一个很主要的性能指针, 其值的大小直接影响着膜层耐蚀、耐磨、绝缘及化学着色能力。在常规的阳极氧化过程中, 膜层随着时间的增加而增厚。在逹到最大厚度之后, 则随着处理时间的延长而逐渐变薄, 有些合金如AI-Mg、AI-Mg-Zn合金表现得特别明显。因此, 氧化的时间一般控制在逹最大膜厚时间之内。

（2）阳极氧化膜的性质与应用阳极氧化膜具有较高的硬度和耐磨性、强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。由于这些特异的性能, 使之在各方面都获得了广泛的应用。

主要用途有：（1）提高零件的耐磨、耐蚀性、耐气候腐蚀。（2）氧化生成的透明膜，可以着色制成各种彩色膜。（3）作为电容器介质膜。（4）提高与有机涂层的结合力。作涂装底层。（5）作电镀、搪瓷的底层。（6）正在开发的其它用途，太阳能吸收板、超高硬质膜、干润滑膜、触媒膜、纳米线、在多孔膜中沉积磁性合金作记忆元件。

封闭工艺

铝氧化膜是多孔性膜，无论有没有着色处理，在投入使用前都要进行封闭处理，这样才能提高其耐蚀性和耐候性。处理的方法有三类，即高温水化反应封闭、无机盐封闭和有机物封闭等。

（1）高温水封闭

这种方法是利用铝氧化膜与水的水化反应，将非晶质膜变为水合结晶膜：

水化反应在常温和高温下都可以进行，但是在高温下特别是在沸点时，所生成的水合结晶膜是非常稳定的不可逆的结晶膜，因此，最常用的铝氧化膜的封闭处理就是沸水法或蒸汽法处理。

（2）无机盐封闭

无机盐法可以提高有机着色染料的牢度，因此在化学着色法中常用。

①醋酸盐法

②硅酸盐法

（3）有机封闭法

这是对铝氧化膜进行浸油、浸漆或进行涂装等，由于成本较高并且增加了工艺流程，因此不大采用，较多的还是用前述的两类方法，并且以第一种高温水合法为主流。

牺牲阳极