鋁陽(yáng)極氧化過(guò)程機(jī)理

  以鋁和鋁合金制品為陽(yáng)極置于電解質(zhì)溶液中。利用電解質(zhì)作用，使其表面形成氧化膜的過(guò)程，稱之為鋁和鋁合金制品陽(yáng)極氧化處理。（導(dǎo)讀：陽(yáng)極氧化處理_陽(yáng)極氧化膜生成的一般原理 http://315488.cn/Article/yangjiyanghuachuli_y_1.html）陽(yáng)極氧化膜的成長(zhǎng)過(guò)程包含著相輔相成的兩個(gè)方面：(1)膜的電化學(xué)生成過(guò)程;(2)膜的化學(xué)溶解過(guò)程。兩者缺一不可，而且必須使膜的生成速度恒大于溶解速度，這樣才能獲得較厚的陽(yáng)極氧化膜。為此，所選擇的電解液性質(zhì)及工藝規(guī)范都必須具備這些條件。

  在陽(yáng)極氧化過(guò)程中，由于電位差的作用，帶電質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于固體壁發(fā)生電滲液流。電滲液流的存在，是陽(yáng)極氧化膜得以增長(zhǎng)的一個(gè)必要條件。

  鋁及鋁合金在硫酸溶液內(nèi)陽(yáng)極氧化時(shí)，氧化膜形成的機(jī)理如下。

  通電以后，陽(yáng)極和陰極上便發(fā)生如下式的反應(yīng)：
 

  于是，作為陽(yáng)極的鋁或鋁合金中的鋁元素被陽(yáng)極反應(yīng)生成的氧所氧化，形成氧化鋁膜〔應(yīng)該指出，這里所指的氧化不僅指分子態(tài)的(O2)，還包括原子氧(O)以及離子氧(O^2)〕。通常在反應(yīng)式中都以分子氧為代表。在陽(yáng)極上生成的氧不是全部都與鋁作用生成氧化膜，還有一部分以氣體形式從陽(yáng)極逸出。

  按反應(yīng)式，開(kāi)始在鋁表面形成了一層薄而致密的氧化膜后(這過(guò)程實(shí)際上可認(rèn)為是在通電的幾秒鐘內(nèi)就完成了)，一部分膜由于和硫酸起反應(yīng)而發(fā)生溶解：
 

  于是，使致密的氧化膜變得多孔。隨之電解液又滲入到空隙(針孔)中同露出的鋁作用生成一層新的氧化膜，使整個(gè)氧化膜好像得到了修補(bǔ)一樣，又變得完整了，接著新的、完整的氧化膜又發(fā)生溶解，出現(xiàn)了新的空隙(針孔)，于是被暴露出的金屬鋁又被電解溶液氧化成氧化鋁而得到“修補(bǔ)”。如此循環(huán)，不斷地靠金屬表面處生成新的氧化膜，也不斷地創(chuàng)造出多孔的外層膜，結(jié)果生成了由厚而多孔的外層和薄而致密的內(nèi)層所組成的氧化膜。陽(yáng)極氧化處理過(guò)程中，內(nèi)層膜(完整的膜，也稱阻擋層、活性層、介電層)的厚度差不多是隨著時(shí)間而改變的，總保持在0.014~0.05um，而多孔外層膜在一定的處理時(shí)間內(nèi)則是隨著時(shí)間而加厚的。陽(yáng)極氧化膜的成長(zhǎng)歸納如下：

  (1)新膜是在舊膜下面的金屬表面上直接生長(zhǎng)起來(lái)；

  (2)孔隙是氧化膜生長(zhǎng)中心，孔隙的存在對(duì)氧化膜生長(zhǎng)具有決定的意義；

  (3)在一系列彼此孤立的孔隙內(nèi)，新生成的氧化膜向四面八方擴(kuò)展，彼此匯合，最后便生成了一層厚度均勻的覆蓋層。

  陽(yáng)極氧化膜的結(jié)構(gòu)

  陽(yáng)極氧化膜的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
 

  陽(yáng)極氧化膜由兩層組成，多孔的厚的外層是在具有介電性質(zhì)的致密的內(nèi)層上成長(zhǎng)起來(lái)的，后者稱為阻擋層(也稱活性層)。用電子顯微鏡觀察研究可知，膜層的縱橫面兒乎全部呈現(xiàn)與金屬表面垂直的管狀孔，它們貫穿膜外層，直至氧化膜與金屬界面的阻擋層。以各孔隙為主軸，周圍是致密的氧化鋁構(gòu)成的一個(gè)蜂窩六棱體，稱為晶胞，整個(gè)膜層是由無(wú)數(shù)個(gè)這樣的晶胞組成。阻擋層是由無(wú)水氧化鋁所組成，薄而致密，具有高的硬度，有阻止電流通過(guò)的作用。氧化膜多孔的外

  層主要是由非晶型的氧化鋁Al2O3及少址水合氧化鋁y-Al2O3·H2O所組成，此外，還含有電解液的陽(yáng)離子。當(dāng)電解液為硫酸時(shí).膜層中硫酸鹽含量在正常情況下為13%~17%,氧化膜的大部分優(yōu)良特征都是由多孔外層的厚度及孔隙率所決定的，它們都與陽(yáng)極氧化條件密切相關(guān)。多孔層結(jié)構(gòu)的厚度取決于通電的電量。

  陽(yáng)極氧化膜層的晶胞是以針孔為中心的密實(shí)六棱柱蜂窩結(jié)構(gòu)。針孔(孔隙)的直徑為0~50nm，由一個(gè)孔形成的一個(gè)氧化膜柱體可以稱為一個(gè)“細(xì)胞”。隨著陽(yáng)極氧化膜柱體的不斷變化(生長(zhǎng))，電阻也逐漸增大，當(dāng)膜的生長(zhǎng)速度等于膜的溶解速度時(shí)，膜厚也就不變了。最大膜厚將取決于所采用的電解液成分及電解工藝條件。



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