不同氧化电压下所得阳极氧化膜的SEM,温度为37℃,氧化时间为25minx经过阳极氧化处理后,阳极氧化膜表面出现了纳米级的孔洞,且孔洞呈规则生长;随着氧化电压的增大,阳极氧化膜的孔径越来越大。当氧化电压为5V时,阳极氧化膜的孔径在几纳米左右;当氧化电压为22V时,阳极氧化膜表面由一个个六边形的“晶胞”组成,每个晶胞的中心都有一个圆孔,其孔径为20nm左右。这主要是 由于氧化电压越大,阻挡层越厚,而多孔层的产生和增长是 建立在阻挡层不断向铝基体延伸的基础上,阻挡层越厚,则连带产生的多孔层也越厚。氧化电压增大时,溶解阻挡层的能力越大,从而在相同的时间内,阳极氧化膜产生的孔径越大。
阳极氧化膜的厚度与氧化电压的关系曲线。当增大氧化电压时,阳极氧化膜的生长速率加快,可以缩短氧化时间,减少膜层的溶解量。此过程膜层的生成量大于溶解量,故膜层会随氧化电压的增大而增厚。当氧化电压为20v时,膜厚增至21.5μm;但当氧化电压超过一定限值时,电解液的发热量较大,热量来不及传递出去,使膜层内的温升加快,加速氧化膜的溶解。故氧化电压超过20V时,膜厚降至11.3μm。随着氧化电压的增大,阳极氧化膜的硬度先增加后降低;当氧化电压为20V时,阳极氧化膜的硬度较大,为1600MPa。一方面,随着氧化电压的增大,阳极氧化膜的厚度增加,硬度随之增加。另一方面,在氧化电压增大的同时,阳极氧化膜的孔洞尺寸也将增大,硬度随之降低。因此,硬度随氧化电压的变化规律由上述两个相互矛盾的影响因素共同决定。起初,膜厚对阳极氧化膜的硬度起主要作用,硬度随膜厚的增加而增大;当氧化电压超过22V后,孔洞尺寸对阳极氧化膜的硬度起主要作用,因而随着氧化电压的继续增大,硬度将下降。
提供铝合金硫酸阳极氧化氧化膜质量方法:
第一点:金属表面处理 对不同的铝合金,如铸造成型、压延成型或机械加工成型或经热处理焊接等工序,要根据实际情况选择适宜的前处理方法。比如,浇铸成型的铝合金表面,其非 机加工表面一般应采用喷砂或喷丸除净其原始氧化膜、粘砂等。对硅含量较高的铝合金(尤其是 铸铝)应经过含有5%左右氢氟酸的硝酸混合酸溶液浸蚀活化,才能有效地保持良好的活化表面,确保氧化膜质量。不同材质的铝合金,裸铝和纯零件或大小规格不同的铝和铝合金零件,一般不宜同槽氧化处理。
对于搭接、点焊或铆接的铝合金组合件,对于在阳极氧化过程中易形成气袋不易排除的铝合金制件,从质量考虑 ,一般不允许采用硫酸阳极氧化工艺。
第二点: 装挂夹具材料必须确保导电良好,一般选用硬铝合金棒,板材要保证有一定弹性和强度。拉钩宜选用铜或铜合金材料。已使用过的专用或通用工夹具如阳极氧化处理时再次使用,必须彻底退除其表面氧化膜,确保良好接触。工夹具既要保证足够导电接触面积,又要尽量减少夹具印痕。如果接触面太小,会导致烧损熔蚀阳极氧化零件。
第三点: 硫酸阳极氧化溶液的温度必须严格控制,较佳温度范围是 15~25℃。硫酸阳极氧化工艺过程中需采用压缩空气搅拌,并应配备制冷装置。在无制冷装置的情况下,在硫酸电解液中加入1.5%~2.0%的丙三酸或草酸、乳酸等羧酸,可以使阳极氧化溶液温度范围超过35℃而避免或减少氧化膜的疏松或粉化。—些工艺试验和生产实践已证实,在硫酸阳极氧化电解液中加入适量羧酸或丙三醇可有效减少反应热效应的不良影响,可以在不降低氧化膜厚度和硬度的条件下提高阳极氧化电解液的温度允许上限,在保证质量的前提下,提高生产效率。另外,控制温度恒定的条件下,也要注意有效控制阳极电流密度,才能更好地保证氧化膜质量。
第四点: 硫酸阳极氧化电解液所使用的水质及电解液中的有害杂质必须严格控制。配制硫酸阳极氧化溶液不宜用自来水,尤其不能用浑浊的含Ca2+,Mg2+,SiO32-及Cl-含量高的自来水。一般情况下,水中Cl-浓度达25mg/L时就会对铝合金的阳极氧化处理产生有害影响。Cl-(包括其它卤族元素)可破坏氧化膜生成,甚至根本形不成氧化膜。硫酸阳极氧化应选用软化水、去离子水或蒸馏水,电解液中的Ccl-≤15mg/L,总矿物质≤50mg/L。
结论
(1)氧化铝厂在只改变氧化电压的情况下,随着氧化电压的增大,阳极氧化膜的孔径逐渐增大。膜厚在20V之前逐渐增大,但当氧化电压超过20V时,膜厚又减小,故在20V时膜厚达到较大值(为21.5μm)。阳极氧化膜的硬度随氧化电压的增大先增大后减小,在20V时达到较大值(为1600MPa)。
(2)随着氧化电压的增大,阳极氧化膜的耐蚀性增强;但当氧化电压超过20V时,阳极氧化膜的耐蚀性反而降低。当氧化电压为SV时,阳极氧化膜的耐蚀性较好,但此时其硬度和膜厚都太小。综合考虑 ,20V为氧化电压的较佳值。
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