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                    7075鋁型材
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                  5. 鋁型材陽極氧化膜形成機理

                      鋁型材陽極氧化的電解液一般為硫酸、草酸等具有中等溶解能力的酸性溶液。將鋁型材作為陽極,鉛板作為陰極,通以直流電,電極反應為水的電解反應,生成初生態的氧離子,由于氧離子具有很強的氧化能力,在強大的外電場力作用下,會從電解液/金屬界面上向內擴散,與鋁作用形成氧化物并放出大量的熱。反應多余的氧則在陽極以氣體狀態析出。

                      由于在酸性溶液中氧化膜的生成和溶解是同時進行的,只有當膜的生成速度大于膜的溶解速度時,膜才不斷增厚。其形成過程可利用陽極氧化測得的電壓一時間曲線進行分析,如圖所示。

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                      整個陽極氧化的電壓一時間曲線大致可以分為三段

                     

                    ①   一段:無孔層形成通電開始的幾至十幾秒時間內,電壓隨時間急劇上升至最大值,該值稱為臨界電壓(或形成電壓)。說明在陽極上形成了連續的、無孔的薄膜層(阻擋層)。此膜具有較高的電阻,因此隨著膜層的加厚,電阻加大,槽電壓急劇直線上升。無孔層的出現阻礙了膜層的繼續加厚,其厚度與形成電壓成正比,與氧化膜在電解液中的溶解速度成反比。在普通硫酸陽極氧化時,采用13~18V槽電壓,則無孔層厚度約為0.01~0.05μm。該段的特點是氧化膜的生成速度遠大于溶解速度。臨界電壓受電解液溫度的影響很大,溫度高,電解液對膜層的溶解作用強,無孔層薄,臨界電壓較低。

                     ?、诘诙危耗た椎某霈F陽極電位達到最高值以后,開始下降,其下降幅度為最大值的10%~l5%。這是由于電解液對膜層的溶解作用,使氧化膜最薄的局部產生孔穴,電阻下降,電壓也隨之下降。氧化膜有了孔隙之后,電化學反應可繼續進行,氧化膜繼續生長。

                     ?、鄣谌危憾嗫讓拥脑龊翊硕蔚奶卣魇茄趸瘯r間大約20s后,電壓開始趨于平穩。此時,阻擋層生成速度與溶解速度達到平衡,其厚度保持不變,但氧化反應并未停止,氧化膜的生成與溶解仍在每個孔穴的底部繼續進行,使孔穴底部向金屬內部移動,隨著時間的延長,孔穴加深形成孔隙和孔壁。由于孔隙內電解液的存在,導電離子便可在此暢通無阻,因此在多孔層的建立過程中,電阻值的變化并不大,電壓也就無明顯的變化,反映在特性曲線上是平穩段。多孔層的厚度取決于工藝條件,主要因素為溫度。在陽極氧化過程中,由于各種因素的影響,使溶液溫度不斷提高,對膜層的腐蝕作用也隨之加大,不僅孔底,也使孔口處膜層及外表面膜層的腐蝕速度加大,因此多孔層厚度增長變慢。當孔口膜層的腐蝕速度與孔底處的成膜速度相等時,多孔層的厚度就不會再繼續增加,該平衡到來的時間越長,則氧化膜越厚。

                      在氧化膜的生長過程中,電滲起著重要的作用,使電解液在膜孔內不斷循環更新。電滲產生的原因可解釋為:在電解液中水化了的氧化膜表面帶負電荷,而在其周圍的溶液中緊貼著帶正電荷的離子(如由于氧化膜的溶解而存在大量的Al3+,因電位差的影響,帶電質點相對于固體壁發生電滲作用,即貼近孔壁帶正電荷的液層向孔外部流動,而外部新鮮的電解液沿孔的中心軸流入孔內,促使孔內的電解液不斷更新,從而使孔加深擴大。

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