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铝及铝合金阳极氧化【解读】

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铝及铝合金阳极氧化

阳极氧化(anodic oxidation),金属或合金的电化学氧化。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下,由于外加电流的作用下,在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的过程。阳极氧化如果没有特别指明,通常是指硫酸阳极氧化。为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷,扩大应用范围,延长使用寿命,表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环,而阳极氧化技术是目前应用最广且最成功的。

 

铝及铝合金阳极氧化指在铝及铝合金表面镀一层致密氧化铝为了防止进一步氧化,其化学性质与氧化铝相同。但是与一般的氧化膜不同,阳极氧化铝可以用电解着色加以染色。

 

发展历史

专利技术

1936年意大利人Caboni最早提出了阳极氧化膜的电解着色专利技术,德国人Elssner 进一步改进了这个方法,在1940 年申请了专利。这使电解着色工艺成为工艺化的基础。但是当时正处于第二次世界大战的纷乱之中,而战争后的混乱也使这项工艺发明被忽略了相当一段时间。 电解着色的工业化1960 年浅田太平改进并注册了电解着色专利。该专利的特征是,利用交流电为电源,着色溶液采用Co、Ni、Cu、Ag、Se 的盐类,以及他们的含氧盐作为主成分。浅田已经明确鉴别出电解着色工艺过程的几个阶段。包括金属离子进入阳极氧化膜的微孔中,由于电解还原转化成着色的物质等。全球技术转让权由ALCAN公司获得,通过它所属的铝实验室有限公司以高标名称Anolok-1 向全世界很多国家转让推广这个技术,从此二次电解着色法得到普及。二十世纪六十年代中期至七十年代中期的10年间掀起了电解着色法的研究高潮,每年有数百篇的专利文献被发表,研究涉及到元素周期表上几乎所有的可溶性金属盐。

主要性能

阳极氧化可显著改善铝合金的耐蚀性能,提高铝合金的表面硬度和耐磨性,经过适当的着色处理后具有良好的装饰性能。铝及其合金阳极氧化膜着色技术可分为3 种:化学染色、电解着色及电解整体着色。化学染色是利用氧化膜层的多孔性与化学活性吸附各种色素而使氧化膜着色,根据着色机理和工艺可分为有机染料着色、无机染料着色、色浆印色、套色染色和消色染色等。电解着色是将阳极氧化后的铝及其合金在含有金属盐的水溶液中进行交流电解,在氧化膜多孔层的底部沉积金属、金属氧化物或金属化合物,由于电沉积物对光的散射作用而呈现各种色彩。电解整体着色指铝及其合金在阳极氧化的同时被着色,其特点是氧化与着色一步完成,着色膜具有良好的耐光性、耐热性、耐蚀性及耐磨性。电解整体着色又分为自然发色、电解发色和电源发色法,其中电解发色占主导,自然发色次之,电源发色正在开发中。

发展前景

经过40 年的开发研究,电解着色不断向深度和广度发展。由一般的防护-装饰用途发展具有特殊物理化学性质的功能膜;由单盐着色发展到混合盐着色;由单一均匀色发展到多彩色、多感色等等。当前使多孔氧化铝膜朝着功能化方向发展的研究主要从两方面着手,一个是利用它的多孔结构,研制新型的超精密分离

染色后的阳极氧化铝

膜;另一个是通过在其纳米级微孔中沉积各种性质不同的物质,如金属半导体、高分子材料等,来制备新型的功能材料。

(1)近年来利用电解着色沉积磁性金属或磁性合金如铁、钴、镍及合金,这种电解着色膜具有磁性。能够用于数据储存或其他磁记录。在微电子工业得到广泛应用。
(2)电解沉积超硬质和自润滑的电解着色膜。由于铝本身相当软,而阳极氧化提供了一个表面硬化的方法。低剪应力的金属填充在阳极氧化铝的微孔中,就是一个提供自润滑性能的有效方法。在机械工程上有十分重要的使用价值。
(3)电解着色膜作太阳能的吸收板。为了更加有效地利用太阳能,要求太阳能吸收膜的材料在太阳光放射谱域有较高的吸收率,而在热放射谱域的放射率要尽可能地小。例如 :在磷酸溶液制得的氧化铝膜的纳米级微孔中电沉积Ni,制成了对太阳能具有选择性吸收的功能性膜。通过测定反射率,发现这种膜具有较理想的选择性吸收特性。实验结果表明,向膜孔中分别电沉积Fe、Ni 等金属均能使膜的耐热性比由其他材料制备的选择性吸收膜明显的增强。但其耐蚀性还不够理想,可望通过封孔或在膜表面涂敷耐蚀性涂层以及改变周边环境条件等方法加以改进。
(4)在光电方面的应用。主要是通过在多孔膜微孔中填充荧光物质来制备光电元件,采用浸泡与热处理相结合的方法,在多孔膜内引入Tb3+制得的功能化膜,在外加电场的作用发出绿色光。这种功能化多孔膜所能获得的高的发光强度,表明多孔膜的功能化将成为研制光电元件的又一新途径。而且由于多孔膜的孔径极为细小,更可进一步开发出超微细发光元件。电解着真黑色,还可以作光学仪器,相机消光及其他装饰用途。
(5)抗菌性氧化铝膜:抗菌性氧化铝膜是将抗菌成分浸透到膜的孔中并在膜孔中析出,从而使之具有抗菌性作用。人们早就知道,银、铜、锌等金属离子具有抗菌作用,通过用含有这些金属离子的热水进行封孔处理就能具有抗菌性。最近,备受关注的抗菌物质是TiO2。TiO2 通过紫外线的作用,在表面生成活性氧类,而此活性氧显示出抗菌作用。除了抗菌作用之外,它还有脱臭、防尘、分解室内挥发性有机化合物(VOC)的作用等,所以又开发了通过在铝建材表面涂覆涂料,而获得具有防污性的产品。目前,主要是涂覆含TiO2 涂料的方法,也正在开发在阳极氧化膜孔中析出TiO2 的方法。4,还可以进行一些电化学测试分析,比如极化曲线测测氧化膜的耐蚀性,交流阻抗测测氧化膜的电阻。
 

阳极氧化的作用

防护性
装饰性
绝缘性
提高与有机涂层的结合力
提高与无机覆盖层的结合力
开发中的其它功能

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