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铝及铝合金阳极氧化工艺浅谈

发布日期:2019-12-29 16:57:47 作者:铝氧化 点击:

1、引言
   铝为面心立方结构,有较好的导电性和导热性,仅次于Au、Ag、Cu,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。
    铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;但铝的粉末与空气混合则极易燃烧;熔融的铝能与水猛烈反应,高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性,但纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。
    铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性,良好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝减小15%,且能挤压成形,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。因为在铝中加入3%~5%(质量分数)的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20%~25%,密度仅2.5t/m3的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可使飞机的重量减少5t多,而载客人数不减少。
    将铝及其合金置于适当的电解液中作为阳极进行通电处理,此处理过程称为阳极氧化。经过阳极氧化,铝表面能生成厚度为几个至几百微米的氧化膜。这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状的,比起铝合金的天然氧化膜,其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。采用不同的电解液和工艺条件,就能得到不同性质的阳极氧化膜。
    早在1896年,Pollak就提出了在硼酸或磷酸溶液中直流电解,可得到“堡垒”型氧化膜的专利。到20年代,这个工艺在工业上用于制造电解电容。
    阳极氧化最初的商业应用是铬酸阳极氧化。G D Bengough和J M Stuart在研究铝上镀铬时,因接错线发现了铝表面生成了阳极氧化膜。当时的电解液的组成是250g/L铬酸,2.5g/L硫酸。后来人们进一步研究发现,这种氧化膜可以被墨水或染料染色,氧化膜厚度为3~5μm,工作电压约50V。这种工艺首先用于飞机制造业,用于油漆的底层,防止裂纹和提高耐蚀性。
1927年,日本的Kujirai和Ueki首先采用草酸电解液阳极氧化,可以得到15mm以上的氧化膜,但工作电压比硫酸阳极氧化高。这种工艺先在日本普及,后来传到德国,逐步被欧洲人采用,用于店面和建筑物的装饰。
1927年,Gower、Stafford O’Brien和Partners4发表了硫酸阳极氧化的专利,氧化的电流密度为0.7~1.3A/dm2,这种电流密度一直延用到现在。硫酸阳极氧化与草酸和铬酸阳极氧化相比,工作电压更低,电解液成本更小,操作更简单,氧化膜装饰性更强,所以这种工艺很快得到完善和普及。目前95%以上的阳极氧化是在硫酸中进行的,阳极氧化如果没有特别指明,通常是指硫酸阳极氧化。

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