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  1、 阳极氧化原理阳极氧化原理及常见故障分析及常见故障分析讲师：熊小云讲师：熊小云一、氧化目的一、氧化目的：使产品有耐腐蚀、耐使产品有耐腐蚀、耐 磨性的效果，并且有一定磨性的效果，并且有一定 的装饰性，从而实现用户的装饰性，从而实现用户 的需求。的需求。二、氧化种类：1、化学氧化化学氧化：A.定义定义：将铝及其合金置于某种适当的化学药液中进行化学反应的过程称化学氧化。B.性质性质：氧化膜较薄(厚度为0.5-4um)多孔有良好的吸附能力,质软不耐磨、抗蚀性低于阳极氧化膜，一般作为涂装的底层（如白色钝化、金黄色钝化）。2、电化学氧化：A.定义：将铝及其合金置于某种适当的电解液中作为阳极，在外电流作用下

  2、，使其表面生成氧化膜的过程称为阳极氧化，又称电化学氧化。B、阳极氧化膜的性质（与化学氧化膜、阳极氧化膜的性质（与化学氧化膜相比）：相比）：氧化膜结构的多孔性氧化膜结构的多孔性;氧化膜的耐磨性氧化膜的耐磨性;氧化膜的抗蚀性；氧化膜的抗蚀性；氧化膜的电绝缘性；氧化膜的电绝缘性；氧化膜的绝热性；氧化膜的绝热性；氧化膜的结合力；氧化膜的结合力；氧化膜的硬度高；氧化膜的硬度高；氧化膜的装饰性。氧化膜的装饰性。C、阳极氧化分类分类：硫酸阳极氧化；草酸阳极氧化；铬酸阳极氧化；磷酸阳极氧化；瓷质阳极氧化；硬质阳极氧化;微弧阳极氧化。D、阳极氧化机理、阳极氧化机理1、电极反应：、电极反应：阳极：阳极：H2O2E

  3、2H+O 2AL+33O AL2O3+1670.5J 阴极阴极:2H+2E H2膜的溶解：膜的溶解：AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2OE、H2SO4物理性质：物理性质：98.3%的浓的浓H2SO4，是无色粘稠状，是无色粘稠状液体液体,沸点沸点338度度,是一种难挥发性的酸是一种难挥发性的酸化学性质：化学性质：a.强酸性；强酸性；b.易与活泼金属反应；易与活泼金属反应；c.浓浓H2SO4具有吸水性，结合水后放具有吸水性，结合水后放出大量的热，常温下，出大量的热，常温下，浓浓H2SO4遇铁、遇铁、铝合金发生钝化。铝合金发生钝化。2、氧化膜的生长过程：总体上说包含两个方面：一是膜

  4、的生成过程；二是膜的电化学溶解过程.AL2O3.H2O多孔层阻挡层铝基体BACA.通电瞬间,氧和铝有很大亲和力,铝基材迅速形成一层致密无孔的阻挡层,其厚度取决于槽电压。B.由于氧化铝原子体积大，故发生膨胀，阻挡层变得凹凸不平，造成电流分布不均匀，凹处电阻小，电流大，凸处相反。C.凹处在电场作用下发生电化学溶解以及H2SO4的化学溶解，凹处逐渐变成孔穴，凸处变成孔壁，阻挡层向多孔层转移。D.多孔膜形成过程：1.阳极氧化初期，电流密度一般均超出临界电流密度，形成均匀的壁垒型膜；2.壁垒型膜逐渐成长。当电流密度低于临界值时，铝离子不能再形成新膜物质，膜的表面暴露在电解液中受到浸蚀；3.进一步阳极氧化

  5、，溶液对膜的浸蚀变得不均匀；4.形成的空洞之间有发展竞争。这种发展有“自催化”作用；5.发展较快的空洞(主空洞)在向膜深处和横向发展6.主空洞继续沿纵向和横向发展，相邻主空洞之间互相靠近，主空洞之间的小空洞停止生长；7.空洞停止横向发展，仅沿纵向深入，孔径固定。此时，空洞的产生及发展阶段结束，阳极氧化进入稳态阶段。三、硫酸阳极氧化：(一)特性：与草酸、铬酸相比、具有以下特点；1、溶液稳定；2、允许杂质含量范围大；3、电能消耗少；4、操作便捷；5、成本低；6、要求温度低，须冷冻.（二）工艺参数及操作条件：H2SO4：10%-20%160-200g/L AL 3+：3-15g/L温度：视详细情况

  6、而定 15-26电压：视详细情况而定 6V、8V、10V、13V、15V、17V时间：视具体情况而定 10分-50分搅拌：压缩空气搅拌电源：直流电/交流电 需要注意的几点：1、硫酸电解液的配制；A.根据槽体的容积和硫酸浓度计算所需硫酸量B.在槽内加3/4体积纯水,并打风搅拌；C.将硫酸缓缓加入槽内，并补充纯水至规定体 积(注意切勿将水加入硫酸中）D.冷却至工艺条件温度；E.化验室取样分析,OK后即可投入生产 2、硫酸的纯度要求：最好用试剂，我们一般用CP（化学纯）硫酸。3、槽液维护、槽液维护A、对槽液要定时进行分析，一般只分析游离、对槽液要定期做多元化的分析，一般只分析游离硫酸和铝含量。槽液在使用的过程中，

  7、游离硫硫酸和铝含量。槽液在使用的过程中，游离硫酸浓度会逐渐下降，而铝含量上升，当游离酸浓度会逐渐下降，而铝含量上升，当游离硫酸浓度降到规定浓度下限，铝含量尚未升硫酸浓度降到规定浓度下限，铝含量尚未升到上限时，只需计量添加硫酸，但当铝含量到上限时，只需计量添加硫酸，但当铝含量超过规定上限时，应排放部分超过规定上限时，应排放部分（1/41/3）槽液，然后再计量添加硫酸）槽液，然后再计量添加硫酸和去离子水。排放的硫酸溶液可用耐酸泵抽和去离子水。排放的硫酸溶液可用耐酸泵抽入硫酸脱脂槽内二次利用。降低氧化槽内的入硫酸脱脂槽内二次利用。降低氧化槽内的铝含量也可用硫酸回收设备。铝含量也可用硫酸回收设备。B、槽

  8、液液面上的漂浮物和油、槽液液面上的漂浮物和油 污应及时清除，脱落在槽污应及时清除，脱落在槽 液中的铝工件和杂物应及液中的铝工件和杂物应及 时捞起。时捞起。C、氧化槽液沉淀物较少，一、氧化槽液沉淀物较少，一 般只需一年倒槽清底一般只需一年倒槽清底一 次，次，此时应刷洗或更换阴极板此时应刷洗或更换阴极板。(三)氧化膜的影响因素：硫酸浓度：硫酸浓度：当其他条件不变时，提高硫酸浓度，氧化膜的当其他条件不变时，提高硫酸浓度，氧化膜的生长速度减慢，这是由于生长中的氧化膜在较生长速度减慢，这是由于生长中的氧化膜在较浓的硫酸溶液中溶解速度加快的结果。若硫酸浓的硫酸溶液中溶解速度加快的结果。若硫酸浓度太低，导电

  9、性下降，其氧化时间就要延长；浓度太低，导电性下降，其氧化时间就要延长；硫酸的浓度升高，有利於多孔膜的生成，该膜硫酸的浓度升高，有利於多孔膜的生成，该膜的弹性好，吸附力强；易获得防护装饰性氧化的弹性好，吸附力强；易获得防护装饰性氧化膜，硫酸浓度多利用上限，即膜，硫酸浓度多利用上限，即20%的的H2SO4，为了获得硬而厚的耐磨氧化膜，应选用较稀，为了获得硬而厚的耐磨氧化膜，应选用较稀的硫酸溶液，通常利用的硫酸溶液，通常利用10%-15%的的H2SO4。2、温度：正常的情况下，电解液温度控制比较严格，有的需用保持在1范围内，溶液温度高，氧化膜溶解速度大，生成的速度减小，生成的膜疏松。若温度过低，氧化膜

  10、发脆易裂。当控制温度在18-22时，得到的氧化膜多孔，吸附性强，富有弹性，抗蚀性好，但耐磨性较差；n n槽液温度是阳极氧化一个重要工艺参数,为确保氧化膜的质量和性能要求恒定,一般需严控在选定温度(12)范围内,控制和冷却槽液温度有下列四种方法:冷冻机中的致冷剂与安装在氧化槽内的蛇形管连通直接冷却;用蛇形管间接冷却装置,即冷冻机冷却冷水池中的水,再用水泵将冷水打入氧化槽中蛇形管内冷却槽液;冷冻机中的致冷剂借助热交换器冷却槽液循环系统中的槽液;用槽液循环系统间接冷却装置,即冷冻机冷却冷水池中的水,再用冷水借助热交换器冷却槽液循环系统中的槽液.3、电压：A、电压高，氧化膜生长速度提高，孔隙增多，

  11、易染色，硬度和耐磨性提高。B、电压低，生成氧化膜的速度慢，膜层较致密。4、氧化时间：根据硫酸浓度，溶液温度、电压，膜厚而定，其它条件不变，时间越长，膜厚越厚，但达到一定厚度时，膜厚将不会增加（即膜的溶解速度与生长速度相等）。5、杂质离子影响：有几率存在的杂质离子：CL、F、NO3、AL3、CN2 、Fe 2 、Si 2 等 A、CL、F、NO3 等阴离子含量高时，氧化膜孔隙增加表面粗糙、疏松。CL0.05g/L F 0.01g/L B、AL3、CN2 、Si 2 主要影响氧化膜色泽，透明度和抗蚀性。5、杂质离子影响：有几率存在的杂质离子：CL、F、NO3、AL3、CN2 、Fe 2 、Si 2 等

  12、 A、CL、F、NO3 等阴离子含量高时，氧化膜孔隙增加表面粗糙、疏松。CL0.05g/L F 0.01g/L B、AL3、CN2 、Si 2 主要影响氧化膜色泽，透明度和抗蚀性。杂杂质质来源来源最大允最大允含量含量（g/Lg/L）对阳极氧化膜质对阳极氧化膜质 量的影响量的影响排除方法排除方法ClCl-水水0.050.05 在氧化膜上形在氧化膜上形成黑色腐蚀斑点，成黑色腐蚀斑点，严重时铝制品表严重时铝制品表面会发生穿孔而面会发生穿孔而报废。报废。用去离子水用去离子水或蒸馏水配制或蒸馏水配制槽液，并严格槽液，并严控清槽水质。控制清槽水质。F F-水水0.010.01同上同上同上同上ALAL3

  13、+3+铝基铝基体在阳体在阳极氧化极氧化过程中过程中溶解进溶解进入电解入电解液液1010 氧化膜透氧化膜透明度变差明度变差,染染色性能直线下降色性能直线下降,耐蚀性、耐耐蚀性、耐磨性下降，磨性下降，严重时会导严重时会导致工件烧蚀。致工件烧蚀。升温至升温至40504050,在在搅拌条件下加搅拌条件下加入硫酸铵入硫酸铵,变变成硫酸铝铵去成硫酸铝铵去除除,也可通过也可通过稀释或更换槽稀释或更换槽液的方法除去液的方法除去.CuCu2+2+合金合金铝中的铝中的CuCu溶解溶解进入电进入电解液解液0.020.02 氧化膜出氧化膜出现暗色条纹现暗色条纹或斑点或斑点 用电解处用电解处理法使铜在阳理法使铜在阳极上析出极上

  14、析出,平平时可用刷法阳时可用刷法阳极的方式减小极的方式减小累积累积FeFe3+3+合金铝合金铝中的中的FeFe溶溶解进入电解进入电解液解液2 2同上同上稀释或更换稀释或更换槽液槽液SiSi2+2+悬悬浮于电浮于电解液中解液中 合金铝合金铝中的中的SiSi溶溶解进入电解进入电解液解液 使电解变得浑使电解变得浑浊浊,并常常以粉状并常常以粉状吸附在工件上吸附在工件上过滤排除过滤排除6、Al3+含量含量：电解液中Al3+含量控制在0.55g/L时,有助于氧化膜的抗蚀性和耐磨性,Al3+含量在5g/L以下时，膜层对染色吸附能力变弱，Al3+含量在515g/L时，氧化膜吸附能力基本保持稳定，Al3+含量超

  15、出15g/L时，氧化膜会出现不规则现象，且皮膜色泽发黄，膜层性能直线下降。因此，为了染泽均匀，Al3+含量必须控制在512g/L之间。7、电流密度：、电流密度：电流密度越大，膜较硬，耐磨性电流密度越大，膜较硬，耐磨性好，但电流密度过高，则会因焦耳好，但电流密度过高，则会因焦耳热影响，使膜层溶解作用增加，电热影响，使膜层溶解作用增加，电流密度过高，膜层氧化时间过长，流密度过高，膜层氧化时间过长，膜疏松，硬度降低，对于需染色或膜疏松，硬度降低，对于需染色或电解着色的氧化膜，电流密度宜取电解着色的氧化膜，电流密度宜取1.5A/dm22.0A/dm2,装饰性阳极氧装饰性阳极氧化膜电流密度宜取化膜电流密

  16、度宜取0.50.8A/dm2;n8、搅拌影响：、搅拌影响：n 因氧化膜电阻较大因氧化膜电阻较大,在电流作在电流作用下产生很高的焦耳热用下产生很高的焦耳热,如不及时如不及时扩散扩散,工件易被烧损工件易被烧损,即使不烧烂即使不烧烂,生成的膜多疏松生成的膜多疏松,甚至粉化。一般甚至粉化。一般都会采用压缩空气搅拌采用压缩空气搅拌,用于搅拌电解用于搅拌电解液的压缩空气一定要经过油水分离器液的压缩空气一定要经过油水分离器净化净化,以免污染槽液以免污染槽液;n9、材质影响：、材质影响：n 所谓材质不仅仅指合金成分所谓材质不仅仅指合金成分,还包括组织状态还包括组织状态(热处理状态热处理状态)和表和表面加工状态。铝越纯面加工状态。铝越纯,生成氧化膜生成氧化膜透明光亮透明光亮,否则否则,氧化膜透明度和光氧化膜透明度和光亮度越低亮度越低,且抗蚀力越差且抗蚀力越差,组织状态组织状态或加工不同，形成氧化膜不均匀。或加工不同，形成氧化膜不均匀。注：铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极注：铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极,以铅板以铅板作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解，作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解，使其表面生成氧

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