内容发布更新时间 : 2024/5/4 18:46:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

物化设计性试验报告——铝的阳极氧化及着色

铝的阳极氧化和着色

——添加柠檬酸对氧化膜性能的影响

摘 要：铝的阳极氧化膜性能受到诸多因素的影响，主要包括电流密度、硫酸浓度、氧化时间、添加剂等。本文主要探讨了其它因素选择文献最优值的情况下，添加柠檬酸对铝的阳极氧化的影响。 关键词：铝 阳极氧化 氧化膜 柠檬酸

Abstract：Anodic aluminum oxide film properties affected by many factors, including current density, sulfuric acid concentration, oxidation time, additives and other factors. This paper discusses the literature of other factors that select the optimal value of the case, the addition of citric acid on anodic oxidation of aluminum.

Keywords：Aluminum Anodizing Oxide film Citric acid

1 研究进展

铝由于其比重小，加工性能好，导电、热性能优良，塑性好，抗大气腐蚀能力强，易于成形，价格便宜等优点在轻工，建材，航天等领域广泛应用。

铝在空气中可自然形成一层氧化膜，起到一定的防护作用，但这种在空气中自然形成的膜性能并不足以真正地保护铝基体。因而人们研究了各类方法以制得性能优良的氧化膜，阳极氧化法是其中最为常用的一种。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能、很高的耐蚀性，同时还具有较强的吸附性，可对其进行着色处理获得诱人的装饰外观。

铝阳极氧化的方法可以根据是电解液的不同分为硫酸法、草酸法、铬酸法、磷酸法、有机酸法和混合酸法等。阳极氧化使用的电源从开始时的直流电，发展到交流电、交直流叠加、方波脉冲电源等。用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化，是最为经典的方法，此法具有工艺简单、溶液稳定、操作简便和成本低等优点。硫酸具有强导电性，所以氧化时所需的电压低，而且它对新生成的氧化膜有较强的溶解作用，不宜长时间通电，通电10-15min即可获得厚度为5-20μm的氧化膜，膜的硬度高、孔隙多、吸附力强、易着色，将孔隙封闭后有较高的抗蚀能力。 用硫酸配电解液直流电进行阳极氧化时，铝的阳极氧化膜性能受到诸多因素的影响，主要包括电流密度、硫酸浓度、氧化时间、添加剂等。随着工业的发展，传统的阳极氧化法已不能满足人们的需要，因此改善阳极氧化铝膜的性能成为当今研究领域的一个焦点，添加剂法是其中最简单易行的方法。本文探讨了柠檬酸添加剂对氧化膜的性能的影响。

1

物化设计性试验报告——铝的阳极氧化及着色

2 实验部分 2.1 实验原理

2.1.1铝的阳极氧化

铝制品作阳极，以硫酸等酸为电解液进行阳极氧化，形成较厚的Al2O3氧化膜：

阴极：2H＋＋2e－→H2↑ 阳极：Al＋3e－→Al3＋

Al3＋＋3H2O→Al(OH)3＋3H＋ Al(OH)3→Al2O3＋3H2O

由于酸的作用，生成的氧化膜的最弱点会发生局部溶解（Al2O3＋6H＋=2Al3＋

＋3H2O），出现的孔隙使得铝与电解液接触，又重新氧化生成氧化膜。随着氧化时间的延长，膜不断溶解与修补，氧化反应不断纵深发展，从而使制品表面生成薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。要使Al2O3氧化膜顺利形成，必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，因此在铝的阳极氧化过程中，要控制好氧化条件。

2.1.2铝氧化膜的绝缘性

铝是良导体，铝阳极氧化膜是高电阻的绝缘膜。绝缘击穿电压大于30V/m,特殊制备的高绝缘膜甚至达到大约200V/m。本实验通过万用电表测电阻的方法来得到氧化膜的绝缘性。

2.1.3铝氧化膜的耐蚀性

铝阳极氧化膜可以有效保护铝基本不受腐蚀，阳极氧化膜显然比自然形成的氧化膜性能更好，膜厚和封孔质量直接影响使用性能。耐腐蚀性是通过在氧化膜表面滴加K2Cr2O7与HCl的混合液，观察是否有气泡及K2Cr2O7溶液是否变绿来判断。

2.1.4铝氧化膜的着色

由于氧化膜表面是由多孔层构成且比表面积大，具有很高的化学活性，因而可以对氧化膜进行表面着色。

①浸渍着色（翠绿着色）

氧化膜对翠绿色有机着色液的物理吸附和化学吸附，其化学吸附是指氧化铝与有机着色液官能团发生络合反应。

②电解着色（CuSO4电解液）

以已经阳极氧化好的铝片为阴极，铅网为阳极，电解CuSO4溶液： 阴极：Cu2＋＋2e－→Cu 阳极：H2O－2e－→1/2O2+2H+

已经氧化好的铝片作为阴极，电解时生成致密均匀的Cu附着在其表面，形

2

物化设计性试验报告——铝的阳极氧化及着色

成紫红色铜膜。

本实验采用浸渍着色（翠绿着色）。 2.1.5氧化膜的封闭处理

氧化膜的表面多孔，在这些孔隙中可以吸附染料也可以吸附结晶水。可以用沸水法将着色好的铝片进行封闭处理，其原理是利用无水Al2O3发生水化作用：

Al2O3＋H2O=Al2O3·H2O Al2O3＋3H2O=Al2O3·3H2O

由于氧化膜表面和孔壁的Al2O3水化结果，使氧化物体积增大，将孔隙封闭。

2.2 实验方案设计

2.2.1 探讨因素

固定电解液的硫酸浓度为20%、电流密度为15mA/cm2、通电时间为15min、室温条件的情况下，探究添加柠檬酸对阳极氧化膜的影响，柠檬酸量：1g/L；2g/L；3g/L三个用量。

2.2.2 表征手段

①绝缘性和耐腐蚀性测定：对三个添加了不同用量的柠檬酸进行阳极氧化过的铝片分别用万用表测其电阻。然后，用胶头滴管吸取1滴K2Cr2O7与HCl的混合液滴到铝片上，观察是否有气泡产生及重铬酸钾颜色变化。

②翠绿着色：对三个添加了不同用量的柠檬酸进行阳极氧化过的铝片分别进行翠绿着色10min，并作封闭处理；

③氧化膜厚度测定：对三个添加了不同用量的柠檬酸进行阳极氧化过的铝片分别作氧化膜厚度测定，测定公式为：

（mi-ms）×104 δ= ρA

式中，δ为膜的厚度，μm；mi为成膜后铝片的质量，g；ms为退膜后铝片的质量，g；ρ为氧化膜的密度，2.7g/cm3；A为膜表面积，cm2。

2.2.3 所需仪器药品 （1）电极与试剂

①电极：铝片（1cm×3.7cm，9片），铅网；

②铝片表面预处理试剂：氢氧化钠溶液（3mol/L），硝酸溶液（2mol/L）； ③电解液：硫酸溶液； ④着色试剂：翠绿着色液； ⑤溶膜液；

3