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鋁型材陽極氧化膜的形成過程及組成
內容來源:http://www.meikew.com/    作者:武將    發布日期:2020-11-02 08:52    閱讀次數:125 次 點擊收藏

1:陽極氧化膜的形成過程

鋁型材陽極氧化的成膜機理較為復雜;鋁型材的陽極氧化主要發生在堿性電解質溶液中,電流密度大,電壓高,而且伴隨著火花放電現象的發生;火花放電發生時,由于陽極氧化局部溫度高達1000℃,產生的可促進化學、電化學反應的激發態物質很多,涉及很多物理過程和化學過程;同時由于鋁型材的溶解以及溶液中的電解質可能進入膜層,鋁型材的陽極氧化過程非常復雜;

 

鋁型材圍欄

由于鋁型材化學活性很高,在空氣中極易氧化,在進行鋁型材表面處理時,即生成了一層由氫氧化鎂、氧化鎂或碳酸鎂、亞硫酸鎂等組成的薄膜;所以,鋁型材的陽極氧化過程實際上是一個陽極氧化膜取代自氧化薄膜的過程;一般的陽極氧化在陽極上有兩個基本過程,即析出氧和生成膜;

 

陽極反應:

2OH^-H2O+O+2e

O+Mg+H2OMgO

O+Mg+H2OMgOH2

MgMg^2+2e

2OH^-+Mg^2+MgOH2

陰極反應:

2H^++2eH2

 

在鋁型材氧化過程中,氧化電壓、氧化膜厚度隨時間的變化而呈現不同階段的變化,陽極氧化過程中槽電壓和膜厚的變化大致可分為4個階段;

(1)開始陽極氧化至電火花出現之前的階段:該階段中槽電壓隨時間增加按線性規律迅速升高,膜的厚度也線性增加;

(2)電火花萌生至多個小火花在鋁型材表面快速游動的階段:該階段中槽電壓隨時間的延長而緩慢增加,膜厚的增加也較緩慢;

(3)出現中等電火花的階段:槽電壓和膜厚迅速升高;

(4)出現大的電火花直至結束的階段:槽電壓出現波動,并隨時間延長而增大,但基本維持在一定范圍內,膜厚增加速度減??;

 

2:氧化膜組成與微觀結構

鋁型材的陽極氧化膜層也是由基底上生長的致密層和與溶液直接接觸的多孔的疏松層組成;氧化膜的組成主要是氧化鎂;此外,根據氧化液組成的不同,氧化膜的組成也有所不同,如:鋁酸鹽電解液中氧化,氧化膜中含有Al2O3MgAl2O4等;而硅酸鹽電解液中氧化,氧化膜組成中就會含有Mg2SiO4等物質;

 

鋁型材陽極氧化膜的微觀形貌會受電解質種類與濃度、基體、時間、溫度、電流密度等條件影響;總的來看,鋁型材陽極氧化膜微觀形貌均具有熔融狀、多孔狀、微裂紋的特征;

①熔融狀形貌是由于強烈火花放電使鋁型材表面瞬間溫度達1000℃以上,陽極氧化產物被周圍的低溫溶液“淬冷”而形成的;在熔融狀產物周邊常附著有“球狀顆?!毖趸?,可能是由于在鋁型材熔融過程中顆粒氧化物被氣泡帶出從微孔中噴射而形成;

②多孔狀形貌是由于強烈的火花放電、高電壓、大量氣泡析出、氧化膜非均勻生長而成;有的鋁型材氧化膜孔隙率甚至高達40%;微孔既是陽極氧化放電通道,也是熔融狀氧化物不斷排出于氧化膜表面的通道;多數微孔呈圓形或橢圓形,是火花放電的結果,會隨陽極氧化而不斷擴大;有的微孔呈不規則的隙縫,是火花放電產物堆積的結果,會隨著陽極氧化而不斷減??;

③微裂紋形貌是由于陽極氧化膜受到熱應力和拉應力而形成;一是熔融狀氧化物受低溫電解液快速凝固過程所產生的過大熱應力影響,造成氧化膜微裂;二是鋁型材陽極氧化膜大多含有Ago,MgO的金屬與氧化物體積之比(P/B)約為0.79,小于1,這導致膜層受到拉應力,鋁型材表面不能形成完整的氧化膜,從而形成網狀微裂紋;當陽極氧化時氧化膜離子電流取決于陽離子時,應力產生除了取決于金屬與氧化物體積之比,還與膜層增長速度、溫度變化量有關;

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