铝件加工_铝制品_铝合金的阳极氧化膜

  铝在室温大气中形成的自然氧化膜，其厚度只有5nm〔即50)以下的级别，通常氧化膜一旦被破坏立即会自行修复，（导读：影响阳极氧化膜生长和质量的因素 http://www.hswj66.com/Article/yingxiangyanghuamosz_1.html）。铝阳极氧化膜的一个重要的优点是，其分子体积在化学计量上是金属铝的1.5倍，这就是铝氧化膜处于压应力的状态，具有保护性氧化膜的技术前提。随着环境温度的升高，或者由于环境湿度的增加，自然氧化膜的厚度随之增加。表1表示不同条件下的各种氧化膜的厚度，其中包括化学氧化膜及阳极氧化膜。不言而喻，保护性氧化膜的厚度愈厚，则金属铝的耐环境腐蚀性越强。掺人铝合金阳极氧化膜的主要合金化元素是镁，在340℃以上镁从合金本身扩散，镁向外扩散与氧朝里扩散之间相互竞争。当铝合金中的镁含量较高(质量分数达到4%)时，靠近金属的阳极氧化铝与外层的阳极氧化镁可能形成双层膜。

 

  铝在低温下生成的氧化膜的结构虽然有些变化，但基本上可以认为是非晶态化合物，而高温生成的氧化膜可能是晶态的阳极氧化铝，即450℃以上生成Y-AL203，而熔融状态生成高温相a-Al203。在大气中生成的氧化膜一般也是由两层组成，内层氧化膜是靠近金属的非晶态的紧密层(也称阻挡层)，其极限厚度只取决于环境的温度，而与环境的成分(如空气，氧气或湿空气)无关;而外层膜的厚度一般比内层膜的厚度要厚一些，是由更具渗透性的经基氧化物所组成。图1-1表示铝的自然氧化膜的断面示意图，图示形象地说明了自然氧化膜的厚度，包括紧密无孔的内层—阻挡层，以及比内层稍厚的疏松的外层。自然氧化膜的形成可以看成两个相反的作用过程，即形成阻挡层的作用与破坏膜的作用之间的动力学平衡的结果。笼统地说，如果破坏作用不存在，譬如在干燥的空气中，则自然氧化膜可能只由阻挡层组成，并且很快就达到极限厚度。假如破坏作用太强，则氧化膜的水解过程大于形成过程，此时阻挡层非常薄而外层比较厚。实际情况总是处在上述两种极端情况之间，随着两种相反作用达到的平衡，自然氧化膜的厚度，一般处在20~200nm之间。
 

  氧化膜由于机械损伤或化学浸蚀而发生破坏，在大部分情形下可以立即自行修复，其修复能力的大小取决于环境的湿度，这就是氧化膜的自愈性。越来越多的证据表明，氧化膜中预先存在缺陷，可能是氧化膜破坏的成核位置。铝合金在溶液中继续发生缺陷同时又再钝化，而浸蚀性离子(如氯离子)阻碍再钝化过程，使得缺陷成为氧化膜破坏的成核中心位置。氧化膜的破坏的结果就是铝腐蚀的开始。

  铝的氧化膜存在不同的形态，其中拜尔体(bayerite)、勃姆体(boehm-ite)是最常见的两种形态。在比较低的温度下，生成的形态多数是拜尔体，即三氢阳极氧化铝A1(OH)3。而在比较高的温度时，则生成以勃姆体A1O(OH)为主体的形态。有时候生成的形态还可能更加复杂一些，氢阳极氧化铝的时效过程中首先生成非晶态，还有三水铝石(gibbsite)和水铝矿(hydrargillite)等形态存在，尤其在碱金属离子存在的时候氧化膜的形态更加复杂。

  铝的自然氧化膜热力学稳定性的条件可以用电位·pH图表示。如图1-2所示，铝在pH值4一8.5之间处于钝态，即铝被氧化膜所保护。但是电位一pH图的钝态范围随温度有些变化，这可能与存在的特殊形态氧化膜有关系，也可能随着生成铝的可溶性络合物或不溶性盐的物质的不同而变化。

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