铝的阳极氧化和着色华南师范大学物化实验

铝的阳极氧化实验报告铝的阳极氧化及表面着色——甘油添加剂对氧化膜性能的影响摘要：本实验探讨了在铝的阳极氧化实验中，不同浓度的甘油添加剂下铝形成的氧化膜的性能，包括着色、耐腐蚀性、绝缘性以及氧化膜的厚度。

得出了随着甘油添加剂浓度的增大，铝表面的氧化膜厚度增加以及在添加剂浓度为5mL/L时着色效果最好等的结论。

关键词：铝的阳极氧化氧化膜甘油添加剂Abstract：This study investigated the anodic oxidation of aluminum experiments, at different concentrations of glycerol additive of aluminum oxide film formation properties, including color, corrosion resistance, insulation and the thickness of oxide film. Obtained with the concentration of glycerol additive increases, the aluminum surface of the oxide film thickness and concentration of glycerol additive of 5mL/L and so when the conclusions of the best coloring.Keywords : the Anodic of Aluminum; Oxide film; the Glycerol Additive1研究进展近十年来，我国的铝氧化着色工艺技术发展较快，很多工厂已采用了新的工艺技术，并且在实际生产中积累了丰富的经验。

已经成熟和正在发展的铝及其合金阳极氧化工艺方法很多，可以根据实际生产需要，从中选取合适的工艺。

表面技术概论实验指导书之一实验一铝阳极氧化膜与着色技术实验一、实验目的1．了解转化膜与着色技术的实际意义。

2．了解铝的阳极氧化和着色的原理。

3．掌握铝阳极氧化膜与着色技术工艺方法。

二、实验原理表面转化膜与着色技术是材料表面工程技术中的重要分支之一，应用非常广泛。

转化膜技术是通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观的一类技术，其形成方法是：将金属工件浸渍于处理溶液中，通过化学或电化学反应，使被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应，在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。

转化膜以“基体金属发生溶解、参与反应”，形成的是“难溶的化合物膜层”及“不改变金属外观”区别于电镀层、化学镀层或有机涂层等其它表面处理层。

（一）铝的阳极氧化轻金属材料的阳极氧化属于表面转化膜技术中的分支之一。

轻金属材料重量轻、导电导热性好，但这些材料耐腐蚀性差，容易产生晶间腐蚀，耐磨性比较低。

通过阳极氧化处理，可在其表面生成一层厚度达几十到数百微米的氧化膜。

根据不同用途，阳极氧化膜可赋予表面防护、装饰性、耐磨性、绝缘、隔热、光学性能等。

铝在大气中会自然形成非晶态的氧化铝膜，厚度为4～5μm。

这层膜不致密，耐腐蚀性差。

人工形成阳极氧化膜是在一定的电解池中进行的。

将铝制件作为阳极，其它材料(如铅、铝等)作为阴极置于电解池(如以硫酸溶液作为电解液)中，通上直流电，这时可以观察到在阳极上和阴极上都有气体析出。

阳极析出氧气，阴极析出氢气。

而阳极上析出的氧大部分与铝作用生成了Al203(氧化膜) (见图1)。

氧化膜的生成是两个不同过程同时进行的结果：一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成从Al203，另一个是化学过程，生成的Al203膜被电解液溶解成为多孔层。

没有溶解过程，Al203膜就不能导电，反应不能继续。

其次，氧化膜的生成速度必须大于溶解速度，否则膜层不能增厚。

铝阳极氧化过程的电极反应可简单地描述如下：硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为阳极氧化一开始，铝表面立即生成一层致密的氧化膜。

铝的阳极氧化法表面修饰与着色一实验目的1．了解铝阳极氧化法表面修饰的基本原理及方法。

2．了解铝阳极氧化后氧化膜的质量检验方法，以及着色技术。

二实验原理铝及其合金在空气中都会在其表面自然生成一层极薄的氧化膜（0.01～0.5μm）。

这层氧化膜是无定形的，因此使表面失去原有的光泽，而且因氧化膜疏松多孔不均匀，它虽有一定的抗腐蚀作用，但不可能有效地防止铝及其合金遭受进一步的氧化、腐蚀。

用电化学方法在铝或铝合金表面生成较厚的致密氧化膜，该过程称为阳极氧化。

这种人工氧化膜经过适当处理（封闭）后，无定形氧化膜转化为晶形氧化膜，孔隙被消除，膜层硬度增高，耐磨性、抗腐蚀性、电绝缘性也大大提高，光泽度增强，能经久不变，还可经适当染色处理而得到理想的外观。

因此，铝的表面氧化处理在许多工程技术中得到广泛的应用。

工业上，铝阳极氧化采用的电解液主要有三种：硫酸、草酸和铬酸。

采用不同的电解液，可以获得不同厚度的具有不同机械性能和物理化学性能的氧化膜。

以铅（或石墨）为阴极、铝为阳极，在H2SO4溶液中进行电解，两极反应如下：阴极：6H+＋6e一= 3 H2↑阳极：2Al －6e－= 2Al3+2A13＋＋ 6H2O = 2Al(OH)3＋ 6H＋2Al(OH)3＝ A12O3＋3H2O电解过程中，H2SO4又可以使形成的A12O3膜部分溶解，所以氧化膜的生长依赖于金属氧化速度和A12O3膜溶解的速度。

要得到一定厚度的氧化膜，必须控制适当的氧化条件，使氧化膜形成速度大于溶解速度。

阳极氧化所得的膜是整片玻璃状的无水氧化铝（Al2O3），其厚度一般在0.01～0.1μm之间。

膜的外层较软，是由水合氧化铝（Al2O3·H2O）组成的，膜层空隙率高，吸附能力强，容易染色。

因此，把氧化后的铝制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色，可得到各种鲜艳的颜色，提高表面的美观度。

因氧化膜呈正电性，故应选用负电性而且易溶于水的阴离子染料。

物理化学实验报告学生姓名：学号：专业：化学年级，班级：课程名称：中级物化实验组员：实验项目：铝的阳极氧化与表面着色——电解液浓度对氧化膜性能的影响指导老师：孙艳辉一、研究进展近年来，铝的阳极氧化由于其氧化膜多孔的特性及良好的应用前景受到广泛的关注和深入研究。

目前，国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫酸阳极氧化,铬酸阳极氧化,草酸阳极氧化, 瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等，这些方法都有成熟的工艺规范[1]。

而且，大都采用二次氧化的方法[2]。

在电解液浓度的影响方面，张莹[2]等认为对于酸性电解液来说，随着其浓度的不断增大，氧化膜的极限厚度先增大而后减小，因此电解液的浓度应控制在一定的范围内。

张勇[3]等用磷酸做电解液时发现当磷酸的浓度为0. 4 mol/ L 时,生成的氧化膜厚度最大。

巩运兰[4]等用铬酸做电解液时发现随着铬酸浓度的增加，铝的氧化膜阻挡层厚度变薄。

二、实验部分1.实验原理1.1铝的阳极氧化将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化，可形成较厚的氧化膜，膜的主要成分是Al2O3，其反应历程比较复杂。

以Al为阳极，Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质为例，电解时的电极反应为：阴极：阳极：阳极上的Al被氧化，且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时，由于阳极反应生成的H+和电解质H2SO4 中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而又非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。

随着氧化时间的延长，膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。

华南师范大学实验报告学生姓名__________ 螯蚯_________ 学号114专业一化学(师范) 年级、班级2015级化师(4)班课程名称理化学实验实验类型■验证□设计□综合实验时间2018年3月15日实验指导老师. 李国良老小组成员黎昕114 朱海燕110铝的阳极氧化与表而着色一一草酸添加剂的影响一、前言1.实验背景铝作为自然界中比较活泼的金属，在空气中能形成一层厚度为一的氧化膜，这层天然的氧化膜为非晶态，薄而多孔，机械强度低⑷。

它虽然对铝具有一左的防护能力，但远远满足不了人们对铝及英合金在装饰，防护与功能性应用等方而的要求。

因此，铝在电解液中的阳极氧化处理工艺得到了不断的发展。

自从Keller匕：通过电镜得到氧化铝多孔膜结构模型开始，铝的阳极氧化膜的使用价值越来越髙。

最近，由于其良好的结构特性，在很多领域又有了新的用途。

阳极氧化是利用电解作用使金属制件表而形成氧化物薄膜的过程。

金属表面形成的致密的氧化物具有阻I匕金属与空气的接触，达到保护金属的目的。

近几十年来，铝阳极氧化技术有了很多新的突破，在硬质阳极氧化方而，通过在电解液中添加有机酸或多元醇川或利用脉冲电流与直流叠加⑸等方法，提高氧化膜的耐蚀性和耐磨性。

进入70年代后期，人们由最初追求胜及电绝缘性的氧化膜而转向以多孔膜为基础的各类功能性膜材料的应用研究。

铝在酸性条件下阳极氧化，形成具有特殊结构的氧化膜。

这种膜孔径均一，孔径范围窄，孔隙率高,孔道严格垂直于表而，具有大的表而积，其良好的排列方向性，表现出不同寻常的物理，化学特性，兼具深层膜和筛网膜的特点。

这种特殊的孔结构能够满足过滤的要求，使其成为一种新的制膜方法。

该膜属于无机膜，较目前普遍使用的有机膜具有较高的耐热性，耐有机溶剂，机械强度高等特点，具有良好的应用前景。

目前，国外己经生产出性能优良的阳极氧化铝膜，Alca可Anotec公司生产的Anopore膜就是利用该法生产岀来的，但其具体工艺过程仍属商业机密，且价格昂贵。

铝的阳极氧化与表面着色通电时间对氧化膜性能的影响姓名：叶秋耀学号：20092401073班别：09级化学4班实验时间：2012年4月11日指导老师：马国正【摘要】本实验中主要介绍了在固定铝的阳极氧化的其他最佳工艺条件下，探讨通电时间对氧化膜性能的影响。

并对氧化膜进行着色、氧化膜厚度测定、绝缘性和耐腐蚀性测定的表征。

【关键词】铝的阳极氧化氧化膜通电时间Abstract：This experiment explores the Energized time on the properties of oxide film in a fixed optimum condition of the anodized aluminum. And coloring oxide,oxide film thickness measurement,the insulativity measurement and characterization of corrosion resistance measurement.Keywords：the Anodic of Aluminum，Anodic Film，the Energized time1.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。

铝的阳极氧化，是指在一定的电解液中，以铝为阳极进行电解，从而使其表面形成氧化物薄膜的过秳。

通过铝阳极氧化法可以在铝表面上获得足够厚的氧化膜，且膜层具有硬度高、绝缘性好、耐蚀性强、吸附能力强等特点。

铝的阳极氧化染色实验报告【实验名称】铝的阳极氧化染色。

【实验目的】对铝进行阳极氧化，并进行染色处理。

【实验原理】以铝或铝合金制品为阳极，置于电解质溶液中进行通电处理，使其表面形成氧化膜，这样形成的氧化膜比在空气中自然形成的氧化膜耐蚀能力更好。

氧化膜具有较强的吸附性，利于进行染色处理。

经过阳极氧化后，铝制品的耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。

（1）阳极氧化原理以铝或铝合金制品为阳极，硫酸为电解质溶液进行通电处理，铝被氧化形成无水的氧化膜。

阴极：2H+ + 2e- = H2↑阳极：2Al + 3H2O – 6e- = Al2O3 + 6H+氧化膜在生成的同时，又伴随着氧化膜被溶解的过程。

Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O溶解出现的孔隙使铝与电解液接触，又重新氧化生成氧化膜，循环往复。

控制一定的工艺条件（硫酸浓度和温度等）可使氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，利于氧化膜的生成。

（2）着色原理铝的阳极氧化膜多孔隙，对染料有良好的物理吸附和化学吸附性能，在铝阳极氧化膜上进行浸渍着色或电解着色，可达到耐蚀和装饰目的。

无机盐着色：将制品依次浸入两种无机盐溶液中，两种无机盐在氧化膜孔隙内反应生成有颜色的无机盐并沉积在孔隙中。

有机染料着色：阳极氧化膜对染料有物理吸附作用，有机染料官能团与氧化膜也会发生络合反应。

有机染色色种多且色泽艳丽，但耐磨、耐晒、耐光性能差。

（3）封闭原理铝阳极氧化膜必须进行封闭处理。

沸水法是常用的封闭方法。

在沸水中，氧化膜表面及孔壁的无水氧化膜水化，形成非常稳定的水合结晶膜，从而达到封闭孔隙的目的。

Al2O3 + H2O = Al2O3·H2O此外还有蒸汽封闭法、盐溶液封闭法和填充有机物封闭法等。

本实验将铝以硫酸为电解质溶液进行阳极氧化，用硫代硫酸钠溶液和高锰酸钾溶液进行浸渍着色，用沸水法封闭。

【实验用品】铝片、铜片、氢氧化钠、硫酸、高锰酸钾、硫代硫酸钠、水、天平、量筒、烧杯、玻璃棒、水槽、直流电源、电流表、鳄鱼夹、导线、砂纸。

实验一铝阳极氯化与染色技术一、表而预处理无论采用何种方法加工的铝材及制品，表而上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或髙温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。

因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的淸洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。

（-）脱脂铝及铝合金表而脱脂有有机溶剂脱脂、表而活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。

几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。

在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。

表-1脱脂及主要工艺有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂，常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。

有机溶剂仅用于小批虽:小型的或极污秽的制品脱脂处理。

表面活性剂是一些在很低的浓度下，能显著降低液体表面张力的物质。

常用于脱脂的表而活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。

碱性脱脂溶液的配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳泄作用，溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。

汕脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘汕和相应的髙级脂肪酸。

电解脫脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。

在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀银钢板。

其在铝及铝合金表而处理中不常用。

乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液，并添加有降低表而张力及对各相均有亲和力的去污剂。

（二）碱蚀剂碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表而淸洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。

英作用是作为制品经某些脱脂方法脫脂后的补充处理，以便进一步淸理表而附着的油污赃物；淸除制品表而的自然氧化膜及轻微的划擦伤。

实验一
铝阳极氧化与染色技术
一、表面预处理
无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。

因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。

（一）脱脂
铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。

几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。

在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。

表-1 脱脂及主要工艺。

实验一铝阳极氧化与染色技术一、表面预处理无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。

因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。

（一）脱脂铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。

几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。

在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。

表-1 脱脂及主要工艺有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂，常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。

有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。

表面活性剂是一些在很低的浓度下，能显著降低液体表面张力的物质。

常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。

碱性脱脂溶液的配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用，溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。

油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。

电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。

在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀镍钢板。

其在铝及铝合金表面处理中不常用。

乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液，并添加有降低表面张力及对各相均有亲和力的去污剂。

（二）碱蚀剂碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。

其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。

实验二铝及铝合金的阳极氧化实验二铝及铝合金的阳极氧化一、实验目的：1.熟悉铝及铝合金的阳极氧化工艺过程。

2.掌握阳极氧化中各工艺参数对阳极化过程及膜质量和性能的影响。

二、实验内容简介铝及铝合金具有优良的综合性能而得到较为广泛的应用，在其表面会生成一层致密的氧化膜，但厚度只有几纳米至几十纳米，起不到有效的防护和耐磨作用。

而采用阳极氧化处理形成的阳极化膜厚度可达3~30μm，不但既有良好的机械性能，而且耐蚀性和吸附性能均十分优异。

故在所有的铝表面处理方法中，阳极化在工业中的应用十分广泛，可作为防护性膜、防护装饰性膜、耐磨性膜、绝缘性膜等。

1.铝及铝合金的阳极氧化机理阳极氧化所用的电解液一般为具有中等溶解能力的酸性溶液（如硫酸、草酸、铬酸、磷酸等），电解时，铝工件为阳极，Pb(Pt)为阴极，阳极氧化时发生下列反应：阳极:H2O-2e→[O]+2H+,产生的初生态原子氧对铝制品表面有很强的氧化能力,生成薄而致密的氧化物薄膜（10~100nm）；阴极：2H++2e→H2↑。

在阳极还存在着酸对铝及氧化铝膜的溶解反应：2AL+6H+→2AL3++3H2↑,AL2O3+6H+→2AL3++3H2O。

由此可知，膜的成长过程包含着膜的生成与膜的溶解两个相辅相成的方面，并且只有当膜的生成速度大于溶解速度时才能获得一定厚度的膜，氧化初期，膜的生成速度大于溶解速度，膜厚不断增加，随着厚度的增加，其电阻也加大，结果使膜的生长速度减慢，一直到与膜的溶解速度相等时，膜的厚度才为一定值。

铝的阳极氧化膜的微观结构成蜂窝状，即由内层的阻挡层和外层的多孔层构成，由于膜是从基体上成长其来的，因此结合强度十分高。

色泽随电解液的成分及铝合金中所含的合金元素而异。

由于膜的多孔性质，决定了膜具有强烈的吸附性能，故可对膜进行染色，也可作为铝制品沉积金属前的底层等。

2．铝的阳极氧化工艺及步骤a.表面准备铝及其合金在阳极氧化之前都必须根据制件的材质、表面形状和对膜的要求进行适当的表面预处理，如除油、酸洗和抛光等。

华南师范大学实验报告学生姓名：学号：专业：化学年级班级：2008级化教4班课程名称：物理化学实验实验项目：铝的阳极氧化与表面着色实验时间：2010年10月27日实验指导老师：孙艳辉实验评分：铝的阳极氧化与表面着色摘要：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、电解液浓度、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，氧化时间对铝的阳极氧化的影响。

Abstract：Anodic aluminum oxide film properties affected by many factors, including current density, Electrolyte solution concentration, oxidation time, additives and other factors. This paper discusses the literature of other factors that select the optimal value of the case, the oxidation time on anodic oxidation of aluminum.1. 研究进展对铝阳极氧化膜的应用最初是希望它能具有良好的耐蚀性、耐磨性和电绝缘性等，至30年代中期，人们开始对铝氧化膜的多孔结构产生兴趣，并实现了有色物质在多孔膜中析出。

到60年代才正式将铝型材的电解着色用于生产，使得彩色铝合金型材获得了广泛的应用。

最近10年来，铝阳极氧化技术取得了许多新成就，例如采取了一些可以使铝阳极氧化速度加快的新措施，有的可使速度提高2~3倍。

又如提出了常温下氧化的新技术，解决了耗费大量能量的降温要求。

还有采用脉冲阳极氧化新工艺，可使氧化膜质量大大提高。

此外，使用交流电氧化可获得效率高、成本低、节约2H2e H+-+→↑Al 3e Al-+-→Al(OH)Al O 3H O→+电能等一系列优点，但由于膜层较薄(小于10μm )、颜色发黄、硬度低等问题影响其广泛应用。

铝的阳极氧化和着色——电流对氧化膜性能的影响摘要:本文综述了铝的阳极氧化的发展历程以及硫酸电解液对阳极氧化影响的研究进展.在其他因素为最佳条件的前提下，设计实验探讨电解液浓度对阳极氧化的质量影响，并通过耐腐蚀性检测，氧化膜厚度检测以及着色效果表征了铝片经过不同条件氧化的性能质量，在最后得出结论：其他条件均为最佳的前提下，使用20%的电解液制得铝片氧化膜性能最佳.关键词:铝片；阳极氧化；电解液浓度；水封；着色；膜厚.1 研究进展铝及其合金阳极氧化处理后表面可得到多孔氧化膜 ,其硬度高 ,抗蚀性、绝缘性好 ,耐高温 ,具有较高的化学稳定性、吸附性 .自20世纪20年代开始,铝阳极氧化膜的使用价值, 越来越高.近10年来 ,随着研究手段的不断先进化 ,对铝阳极氧化形成多孔膜的机理及影响因素的认识也在不断深入.1953 年 Keller 等首先报道了用电化学方法制备氧化铝孔洞模板, 70年代Thompson 通过实验证明, 多孔层的形成主要是由于铝表面的显微不平引起电流分布不均,在表面突出的部位生长, 出现脊状的结构,脊状骨架之间的区域为氧化膜形成多孔结构创造了条件.1978 年 Heber提出在电流作用下使电解液产生对流,出现漩涡, 漩涡大小为微米级.Serebrennikova 等通过循环伏安法研究了银在多孔阳极氧化膜内的沉积过程． Nathan 等采用脉冲和交流沉积的方法在阳极氧化膜沉积得到铜纳米线．80年代徐源等研究了纯铝在铬酸中的恒流阳极氧化过程.目前国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等.硫酸阳极氧化形成的氧化膜较厚(约5～20μm) ,无色透明;孔隙率较高(平均为10 %～15 %) ;吸附力强;有利于染色;硬度高 ,抗蚀性、耐磨性、着色性好 ,但受硫酸浓度、温度、电流密度、氧化时间、搅拌、添加剂、铝合金成分等多种因素影响;处理工艺简单 ,操作方便 ,废液处理容易;能耗少 ,成本较低;氧化时间短 ,生产效率高.研究表明阳极氧化时 ,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程.当成膜速度大于溶解速度时 ,膜才得以形成和成长.对于酸性电解液来说, 随着电解液的浓度的不断增大,氧化膜的极限厚度先增大而后减小.电解液中H+的浓度对氧化铝膜厚度有两方面的影响:一方面, H+的浓度增大, 电解液的电导率增大,在相同电压下, 电流密度升高,促进了氧化铝膜厚度的增加; 另一方面, H+的浓度的增大也加速了氧化膜的溶解.随着H+的浓度升高,首先前者占主导,膜厚度增大; 当其浓度升高到一定值时, 后者开始占主导, 此时膜厚度开始减小.电解液的浓度对孔径的大小有很大的影响,酸度过低,孔径很小, 酸的浓度过高, 孔径增大,甚至会产生连孔现象,影响孔的有序性,所以要一定要使酸度适中.电解液的浓度很低时,氧化铝膜不能形成;而其浓度过高时, 酸液的腐蚀性也会将氧化层腐蚀掉.因此,在制备过程中,电解液的浓度应控制在一定的范围内.2 实验部分2.1 实验原理2.1.1 阳极氧化原理将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液进行阳极氧化，可形成较厚的氧化膜，膜的主要成分是Al2O3，其反应历程比较复杂.现在以Al为阳极， Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质介绍其反应原理.电解时的电极反应为：阴极： 2H+ + 2e- → H2↑阳极： Al - 3e-→ Al3+Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O (氧化膜形成 )阳极上的Al被氧化，且在表面上形成一层氧化铝薄膜的同时，由于阳极反应生成的 H+和电解质H2SO4中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：Al2O3 + 6H+ →Al3+ + 3H2O在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而又非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的.2.1.2 着色原理氧化膜的表面是由多孔层构成的，其比表面积大，具有很高的化学活性.利用这一特点，在阳极氧化膜表面可进行各种着色处理.可以提高提高产品的装饰性和耐蚀性，同时给铝制品表面以各种功能性.阳极氧化膜着色方法大体有三种类型：浸渍着色、电解着色和整体着色.本实验使用浸渍着色.浸渍着色的原理主要是氧化膜对色素体的物理吸附和化学吸附.无机盐浸渍着色主要是靠化学反应沉积在多空层.有机染料的着色通常认为既有物理吸附也包括有机染料官能团与氧化铝发生络合反应形成.2.1.3 封闭原理氧化膜的表面是多孔的，在这些孔隙中可吸附染料，也可吸附结晶水.由于吸附性强，如不及时处理，也可能吸附杂质而被污染，所以要及时进行填充处理，从而提高多孔膜的强度等性能.封闭处理的方法很多，如沸水法、高压蒸气法，浸渍金属盐法和填充有机物（油，合成树脂）等.本实验采用的是沸水法.沸水法是将铝片放入沸水中煮，其原理是利用无水三氧化二铝发生水化用.Al2O3 + H2O →Al2O3gH2OAl2O3 + 3H2O →Al2O3g3H2O由于氧化膜表面和孔壁的水化的结果，使氧化物体积增大，将孔隙封闭.沸水封闭时，水的pH值应控制在4.5～6.5之间，pH值太高会造成“碱蚀”.煮沸用去离子水，时间一般为１０min，煮沸后取出，放入无水酒精中数秒后再晾干.2.2 实验方案设计在铝的阳极氧化中，很多因素影响了膜的厚度和性能以及影响着色质量等，其中包括电解液浓度、阳极电流密度、电解槽温度、氧化时间、添加剂与杂质影响.除此之外，搅拌、电流波形等也会对氧化膜产生影响.由对于时间限制，我们分组探讨不同条件对氧化膜质量的影响，我们探讨的是电解液浓度对阳极氧化的影响.对于产品实验采用以下三个方面粗略地检测氧化膜的性能：耐腐蚀性、测定氧化膜厚度、着色情况.因此本实验安排如下：（１）对欲进行阳极氧化的铝片表面预处理；（２）由影响氧化膜形成的因素（电解液浓度）来设计具体实验内容，对铝进行阳极氧化处理；（３）对已氧化好的铝片进行后处理（水封或着色后水封）；（４）对已处理的、形成氧化膜的铝片进行质量检验及比较.2.2.1 探讨因素实验探究电解液浓度对阳极氧化生成氧化膜性能的影响，分别采用10%、20%、30%的硫酸溶液（无催化剂）进行实验.其他影响因素均采用最佳条件：电流密度为15 mA/cm2；通电时间为20 min左右；温度为室温下；无催化剂.三种条件分别进行阳极氧化，制成的产品再做质量检验和比较.2.2.2 表征手段2.2.2.1氧化膜着色和封闭氧化膜着色应在氧化结束后进行.将阳极氧化处理得到的新鲜氧化膜铝片直接用水冲洗干净，立即放入着色液中着色.着色时注意染料的纯度，水温约在313.2～333.2Ｋ，不能太高.pH值在4.5～7.0之间为宜，着色时间为10min.染色后的铝片经水冲洗干净后，再进行水封闭处理.如果无需着色，则必须对新鲜氧化膜进行封闭处理.本实验采用沸水法.将氧化后的铝片用去离子水冲洗干净放入沸水中煮，水的pH值应控制在4.5～6.5之间，时间为10min，煮沸后取出晾干.2.2.2.2 耐腐蚀性检测在铝的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液，观察气泡产生与液滴变绿的时间.2.2.2.3氧化膜厚度测定①铝片置于分析天平上称重；②将铝片浸于363.2～373.2Ｋ的溶膜液（磷酸和CrO3(固) 15g；H3PO4(液) 30cm3；H2O 20cm3组成）中煮10min；③取出铝片用水冲洗并用电吹风吹干；④再用天平称出铝片的质量ms ; ⑤计算膜厚δ值.测定公式为：式中，δ为膜的厚度（μm）；m为成膜后铝片的质量（g）;m为退膜后的质量（g）;ρ为氧化膜的密度（2.7g/cm3）；A为表面积(cm2).2.2.3 实验仪器与药品2.3.1.1仪器电解槽； WLS稳流电源；分析天平；镊子；万用电表；电炉；电吹风等.铝片，铅片或铂片2.3.1.2 药品铝片；铅电极板；去污粉；氢氧化钠溶液（3mol/L）；硝酸溶液（2mol/L）；硫酸溶液（10%，20%，30%）；翠绿着色剂；溶膜液；重铬酸钾腐蚀液；去离子水等.2.3 实验步骤2.3.1 实验操作步骤2.3.1.1 前期准备先剪裁出三片呈E字形状的铝片，预计浸入电解液中的深度（2cm），计算浸入面积，从而计算电流大小.2.3.1.2 铝片表面预处理用去污粉刷洗铝片，然后用自来水冲洗干净.将铝片放在3mol/L的氢氧化钠溶液中，浸30s，取出后用自来水冲洗，若油污已除净，铝片的表面不会挂水珠.再将铝片放在2mol/L 的硝酸溶液中浸60s，取出后用自来水冲洗干净，以除去碱处理时铝表面沉积的杂质及中各所吸附的碱.洗净的铝片存放于盛水的烧杯中待用.2.3.1.3 铝的阳极氧化实验中铝的阳极氧化采用用直流电流，铝始终是作阳极，铅极板作为负极.由于探究条件为电解液浓度，因此固定其他条件为：电流密度为15 mA/cm2；通电时间为20 min左右；温度为室温下；无催化剂.分别使用浓度为10%，20%，30%的硫酸溶液进行实验.2.3.1.4铝片后处理氧化结束后，剪出一片氧化完成的铝片1，直接用水冲洗干净，立即放入着色液中着色10min.染色后的铝片经水冲洗干净后，再进行水封闭处理.氧化结束后，剪出第二片氧化完成的铝片2，无需着色，直接进行水封，将氧化后的铝片用去离子水冲洗干净放入沸水中煮 10min，煮沸后取出晾干.氧化结束后，剪出第三片氧化完成的铝片3，直接用去离子水进行冲洗，无须着色和水封，直接吹干用于测定氧化膜厚度.2.3.1.5 耐腐蚀性检测在铝片2（即无着色，有水封）的表面滴一滴重铬酸钾的盐酸溶液，观察气泡产生与液滴变绿的时间.三个条件下的铝片均要进行.2.3.1.6氧化膜厚度测定①将铝片3（即无着色，无水封）洗净吹干后置于分析天平上称重质量记为m i；②将铝片浸于溶膜液（磷酸和CrO3(固) 15g；H3PO4(液) 30cm3；H2O 20cm3组成）中煮10min；③取出铝片用水冲洗并用电吹风吹干；④再用天平称出铝片的质量m s ; ⑤计算膜厚δ值.测定公式为：δ=(m i-m s)*104/(A*ρ)式中，δ为膜的厚度（μm）；m为成膜后铝片的质量（g）;m为退膜后的质量（g）;ρ为氧化膜的密度（2.7g/cm3）；A为表面积(cm2).3 结果与讨论电镀完的铝片表面覆盖一层薄膜，使得外观更加光亮，镀膜与未镀膜的部分有明显的分界；被溶膜的铝片则总体外观与第一片相似，但是有部分呈灰色；着色的铝片则呈翠绿色且有光泽。

铝的阳极氧化和表面着色——甘油对氧化膜性能的影响学生姓名学号专业实验时间年月日指导老师目录摘要 (1)关键词 (1)1.研究进展 (1)2.实验部分 (3)2.1实验原理 (3)2.1.1铝的阳极氧化 (3)2.1.2铝氧化膜的着色 (3)2.1.3氧化膜的封闭处理 (3)2.2实验方案设计 (4)2.2.1探讨因素 (4)2.2.2表征手段 (4)2.2.3所需仪器药品 (5)2.3实验步骤 (5)2.3.1铝片的裁剪 (5)2.3.2铝片的清洗 (5)2.3.3铝片的阳极氧化 (6)2.3.4氧化膜着色和封闭 (6)2.3.5质量检验比较 (6)3结果与讨论 (7)3.1实验结果 (7)3.1.1着色情况 (7)3.1.2耐腐蚀性 (7)3.1.3氧化膜厚度 (8)3.2讨论 (8)3.2.1着色效果分析 (8)3.2.2耐腐蚀性 (9)3.2.3膜厚度 (9)4结论 (10)参考文献 (11)摘要本实验采用直流阳极氧化技术在铝表面生成阳极氧化膜，并探讨了在阳极氧化过程中甘油对铝氧化膜性能的影响，通过染色效果、耐腐蚀性、氧化膜厚度、绝缘性来评价氧化膜的质量。

关键词铝的阳极氧化氧化膜甘油1.研究进展铝及铝合金具有密度小，比强度高，导电和导热性好，成型容易，无低温脆性等优点，是一种综合性能优良的轻金属材料。

目前，铝材在航空航天工业及建筑材料、交通工具、电子产品等领域中得到了广泛的应用。

金属铝在大气中其表面总是被一层透明的氧化膜所覆盖，但是天然的铝氧化膜极薄且孔隙率大，机械强度低，抗蚀和耐磨性都不能满足防腐需要。

利用电化学方法，可使铝（或铝合金）表面生成致密的优质氧化膜，且膜较厚，其厚度可达几十至几百微米，能有效地提高铝的耐腐蚀性。

另外，由于所形成的氧化膜存在均匀的孔隙，故可用有机染料进行染色处理，经封密后色泽稳定，使铝材的应用更加广泛。

这种使铝表面氧化的电化学工艺称为铝的阳极氧化。

根据氧化膜用途可以在阳极氧化的同时，再进行其它工艺得到相应的氧化膜，如：防护性氧化膜；防护-装饰性氧化膜（氧化后再着色）；功能性氧化膜如硬质氧化膜；自润滑氧化膜；导电氧化膜；绝缘氧化膜、磁性氧化膜、光吸收氧化膜、催化膜等。

实验铝的阳极氧化与着色一．实验目的1、了解铝的阳极氧化的基本原理及方法。

2、了解铝阳极氧化后氧化膜着色的基本原理及方法。

二．实验用品仪器：烧杯，直流电源，导线，铜板（片），电炉。

试剂：NaOH(2.0mol L-1)，H2SO4(20%,约2.32mol L-1)，铝片，着色液（根据个人喜好，可用各种颜色墨水或染料稀释）。

三．实验原理铝在空气中形成的天然氧化膜很薄（4×10-3～5×10-3 μm），不可能有效地防止金属遭受腐蚀。

用电化学方法在铝或铝合金表面生成较厚的致密氧化膜，该过程称为阳极氧化。

阳极氧化使表面氧化膜加厚可达几十至几百微米，使铝的耐腐蚀性大大提高。

氧化膜具有很高的电绝缘性和耐磨性。

用染料将其染成各种颜色，还可大大提高其装饰效果。

由于阳极氧化后铝及铝合金具有这些优良性能，所以在许多工程技术中得到了广泛的应用。

以铜（或石墨）为阴极，铝为阳极，在H2SO4溶液中进行电解，两极反应如下：阴极2H+ + 2e- = H2阳极Al – 3e- = Al3+Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O电解过程中，H2SO4又可以使形成的Al2O3膜部分溶解，所以氧化膜的生长以来于金属氧化速度和Al2O3膜溶解速度。

要得到一定厚度的氧化膜，必须控制氧化条件，使氧化膜形成速度大于溶解速度。

四．实验内容1、铝板切所需大小的样片2、铝片的表面清洁取一块铝片，先用去污粉刷洗，然后用自来水冲洗。

再将铝片放入2.0mol L-1的NaOH溶液中浸泡1min，取出后先用自来水冲洗，再用去离子水淋洗。

油除净的铝片表面应不挂水珠。

经过清洗后的铝片不能用手接触待氧化的区域，以免沾污。

洗净的铝片可存放于盛有去离子水的烧杯中待用。

3、铝的阳极氧化将铝片作为阳极，铜片作为阴极，2.32mol L-1H2SO4为电解液（室温），按图接好线路，电压为30V。