阳极氧化_阳极氧化处理_铝阳极氧化的反应过程

  铝作为阳极氧化在电解溶液中通过电流，带负电的阴离子迁移到阳极表面失去电子放电，金属铝失去电子成为三价铝离子，从而都使得价态升高，用电化学语言称之为氧化反应。在水溶液中由于阴离子含有氧，则氧可能与铝化学结合生成氧化物，此时铝离于可能不再溶解在电解溶液中.这个反应的最终结果取决子许多因素，特别是电解质的本质、最终反应产物的性质、工艺操作条件(例如电流、电压、槽液温度和处理时间)等因素。

 

  在生成多孔型阳极氧化膜的情形下，阳极铝上首先生成附着性良好的非导电薄膜(阻挡层)，氧化物薄膜继续生长必定伴随着膜的局部溶解，这种溶解作用包括化学溶解和电化学溶解两部分，化学溶解发生在多孔型膜的所有面上，而电化学溶解取决于电场的方向，溶解电流基本上使得孔底的氧化膜溶解。随着阳极氧化膜原“壁垒膜”上微孔的加深，即氧化膜的厚度增加，使得氧化膜的生长速度逐渐受到阻滞。当氧化膜的生长速度降低到膜在电解溶液中的溶解速度时，则阳极氧化膜的厚度不再增长。电解溶液对于氧化膜的溶解能力和阳极氧化的工艺操作条件等因素控制着阳极氧化膜的结构，从而也制约着阳极氧化膜的性能，因此理解和掌握阳极氧化膜生长速度与氧化膜的溶解速度之间的平衡，是阳极氧化工艺的关键所在。在电解溶液中.阳极电流密度高、溶液温度低和酸浓度低有利于阳极氧化膜的生成，而阳极电流密度低、酸浓度高和温度高会加快和促进膜的溶解，不利于氧化膜的生长。

  铝的阳极氧化反应不像电镀层那样建立在金属的外表面(即金属/电解液界面)上，而是在氧化膜/铝界面向铝的内部生长。在阳极氧化过程中氧化膜的外表面与电解溶液相接触，这样氧化膜更加容易溶解在电解溶液中，阳极氧化的结果使氧化膜外表面受到电解溶液相当程度的腐蚀。氧化铝膜的溶解似乎使得铝部件的原厚度应该有所下降，但是生成的氧化物又补偿了这种下降.一般说来阳极氧化的结果使得铝部件的尺寸稍为增加，但是又与电镀层厚度的净增加完全不同。如图1-1和图1-2所示，可以直观形象地观察到这种厚度变化的彼此消长关系。

 

  在生成多孔型阳极氧化膜的情况，铝阳极氧化的过程仍然取决于铝合金与电解溶液的体系特征，即使在表1-1所列的第Ⅱ类电解溶液中，（导读：阳极氧化过程_铝阳极氧化按照电解溶液性质的分类 http://www.hswj66.com/Article/yangjiyanghuaguochen_1.html）它们生成的虽然都是多孔型膜，但是阳极氧化的具体规律也不完全相同。图1-2所示为铝在硫酸和草酸溶液中，以电流密度1.6A/dm^2，阳极氧化，基体金属铝和阳极氧化膜厚度随时间的变化。曲线T表示理论效率下的阳极氧化膜的增长。草酸溶液中在研究时间210min之内，阳极氧化膜厚度随着时间一直呈线性增加(见图1-2中曲线F。有继续线性增加的趋势)，阳极氧化膜的厚度以F。和K之差值表示。但是由于氧化膜的溶解作用，曲线F。的斜率低于理论曲线丁的斜率.这正好说明即使草酸溶液对于氧化膜的溶解作用很低，阳极氧化效率总不可能达到理论效率的。而在硫酸溶液中曲线F、开始时也呈线性增长，只是斜率低于草酸溶液的曲线，氧化时间到大约120min时氧化膜的生长受到抑制，阳极氧化膜已经达到了极限厚度(见图中曲线F.)，以后氧化膜厚度不再增加，但是试样厚度却在不断下降，在点S时试样的厚度已经下降到原

 

  始试样的厚度。图中符号X的区域表示在硫酸溶液中形成阳极氧化膜的工艺区间，在X区域之外不可能有效生成阳极氧化膜。

  为了更清楚和直观地反映阳极氧化过程中硫酸阳极氧化膜的生长与基体金属铝试样的关系，可参见图1-2所示在阳极氧化过程中阳极氧化时间对于阳极氧化膜形成的影响，从中可以看出阳极氧化膜的厚度和基体金属铝的厚度随时间的变化。对照图6-2中的曲线F，在硫酸溶液中阳极氧化，大约到180min，试样厚度达到相当于原始试样的厚度，以后中间金属铝的厚度继续减薄，直到大约300min以后，整片0.12mm厚的金属铝全部氧化成阳极氧化膜。此时试样内部已经不存在金属，由于铝阳极氧化膜是透明的，因此试样从铝箱变成过氧化状态的氧化铝透明箱。

  上述情形可以看出在阳极氧化过程中，阳极氧化膜的生成不仅受到硫酸溶液溶解能力较大的影响，而且受到其他一些因素的影响，如氧化物水解能力和氧化物生成过程中释放大量热量等。当氧化膜厚度超过一定值之后，铝阳极的过热现象比较突出，从而加速了氧化膜的化学溶解。由于膜溶解速度的加快，氧化膜生成速度与溶解速度之间发生新的平衡，阻止了阳极氧化膜的继续生长。

  铝在硫酸溶液中阳极氧化，金属铝的氧化膜形成过程和氧化膜溶解过程是相互对立而又密切关联的。金属铝作为阳极，阴极材料在工业上可以用A1,Pb等金属，实验室常采用Pt。铝阳极同时发生形成氧化铝膜和氧化铝溶解两个反应过程如下。

           成膜过程： 2Al+3H20→A1203+6H^+6e

           膜溶解过程： Al203+6H^-→2Al^3^++3H20

           阴极上发生水的分解析出氢气：

                  6H20+6e→3H2↑+60H^-

  在硫酸溶液中，实际上并不是单纯的氧化物形成和溶解反应，阴离子so^24-参与了铝的阳极氧化反应过程，最终生成含硫酸根的阳极氧化膜，大致成为AI2O3·AI(OH)2(SO)3

  在溶液阴离子参与的情况下，阳极氧化反应可能是下面这样的情况，即开始是铝的溶解：

  2AI+6H^2→2AP^2+3H2↑


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