铝材阳极氧化原理

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实验3：铝的阳极氧化与表面着色

【实验目的】

1.掌握阳极氧化的基本原理，学习铝的阳极氧化与表面着色工艺，了解对金属表面处理的一般方法；

2.了解和探讨铝在阳极氧化过程中影响氧化膜性能的各种因素，通过对比耐腐蚀性来评价氧化膜的质量。

【实验背景】

1. 铝的广泛应用：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。

2. 铝氧化膜的性质：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。

3. 铝氧化膜分类：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

【实验原理】

1. 铝的阳极氧化 2

将铝制品作阳极，以硫酸、铬酸、磷酸、草酸等为电解液，惰性电极为阴极。其反应历程复杂。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：

阴极：2H++2e-H2

阳极：Al-3e-Al3+

Al3++3H2OAl(OH)3+3H+

Al(OH)3Al2O3+3H2O

阳极上的Al被氧化，且在表面形成一层氧化铝膜的同时，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

实验二 铝的阳极氧化和电解着色

一、内容提要

采用直流阳极氧化技术在铝表面生成阳极氧化膜，并对其进行染色或电解着色处理。

二、目的要求

通过实验掌握铝的硫酸阳极氧化基本原理，并了解铝的装饰性阳极氧化及染色和电解着色的一般工艺过程。

三、实验关键

1. 掌握铝的硫酸阳极氧化技术和铝阳极氧化过程中氧化膜的生长规律。

2. 掌握铝阳极氧化膜的染色或电解着色原理。

四、实验原理

铝及其合金在大气中其表面会自然形成一层厚度为40 ~ 50 A薄的氧化膜。后者虽然能使金属稍微有些钝化，但由于它太薄，孔隙率大，机械强度低，不能有效地防止金属腐蚀。用电化学方法即阳极氧化处理后，可以在其表面上获得厚达几十到几百微米的氧化膜。后者的耐蚀能力很好。硫酸阳极氧化法所得的氧化膜厚度在5 - 20微米之间，硬度较高，孔隙率大，吸附性强，容易染色和封闭。而且具有操作简便、稳定、成本低等特点，故应用最为广泛。

当把零件挂在阳极上，阴极用铅棒，通入电流后，发生如下反应

阴极上 2H+ + 2e → H2 ↑

阳极上 Al-3e → Al3+

6OH- → 3H2O+3O2-

2Al3+ + 3O2- → Al2O3 + 399 (卡)

硫酸还可以与Al、Al2O3 发生反应

2Al + 2H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑

Al2O3 + H2SO4 → AL2(SO4)3 + 3H3O

铝阳极氧化膜的生长是在“生长”和“溶解”这对矛盾中发生和发展的。通电后的最初数秒钟首先生成无孔的致密层(叫无孔层，或阻挡层)，它虽只有0.01 ~ 0.015 m，可是具有很高的绝缘性。硫酸对膜产生腐蚀溶解。由于溶解的不均匀性，薄的地方(孔穴)电阻小，离子可通过，反应继续进行，氧化膜生长，又伴随着氧化膜溶解。循环往复。控制一定的工艺条件特别是硫酸浓度和温度可使膜的生长占主导地位。 必须注意，氧化膜的生成和成长过程是由于氧离子穿过无孔层与铝离子结合成氧化膜的，与电镀过程恰恰相反，电极反应是在氧化膜与金属铝的交界处进行，膜向内侧面生长。

阳极氧化的原理及相关知识

铝/铝合金阳极氧化的原理

内容：以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中 ，利用电解作用，使其表面形成氧

化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。铝阳极氧化的原理实质上就是水 电解的原理。当电流通过时，将发生以下的反应：

在阴极上,按下列反应放出 H2 : 2H + +2e 宀H2

在阳极上,40H -4e T 2H2O + O2, 析出的氧不仅是分子态的氧 （02）,还包括原子

氧（0）,以及离子氧（0-2）,通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧 所氧化，形成无水的1203膜：4A1 + 302 = 2A12O3 + 3351J 应指出，生成的氧 并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。阳极氧化的种类阳极氧化早就在工 业上得到广泛应用。冠以不同名称的方法繁多 ，归纳起来有以下几种分类方 法：按

电流型式分有：直流电阳极氧化；交流电阳极氧化；以及可缩短达到要求厚度的生产 时间，膜层既厚又均匀致密，且抗蚀性显着提高的脉冲电流阳极氧化。按电解液分有： 硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性 质分有：普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极 氧化。直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍 ，这是因为它具有适用于铝及大部分铝

合金的阳极氧化处理；膜层较厚、硬而耐磨、封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色

透明、吸附能力强极易着色；处理电压较低 ，耗电少；处理过程不必改变电压周期 ，有

利于连续生产和实践操作自动化；硫酸对人身的危害较铬酸小 ，货源广，价格低等优

点。近十年来，我国的建筑业逐步使用铝门窗及其它装饰铝材 ，它们的表面处理生产线

都是采用这种方法。

铝及铝合金阳极氧化法综述 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。

铝的阳极氧化和着色--.作者:

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铝的阳极氧化和着色

-添加剂甘油对氧化膜性能的影响

摘要

电解质种类、电流密度、通电时间、温度以及添加剂等因素对氧化铝多孔膜 的形成过程有显著影响。在电解液中加入甘油作为添加剂 ，不但可以增加阳极氧 化形成的多孔膜的厚度，而且有利于增强氧化膜的韧性。本文在固定其它因素为 文献最优值的情况下，探究甘油用量对铝的阳极氧化的影响。采用高纯铝作阳极， 铅网作为阴极，在硫酸溶液中进行恒压阳极氧化，以铝片的着色效果、耐腐性、膜 厚测定为表征手段。结果发现，表明添加一定量的甘油能增强氧化膜的性能，但 添加量多了反而会减低氧化膜性能。 量的变化程度有待近一步探究。 关键词：氧化铝多孔膜 阳极氧化

的防护作用。但该层氧化膜孔隙率大，机械强度低 ，抗蚀和耐磨性都不能满足防

腐蚀要求，从而真正地保护铝基体。 对于氧化膜不同的性能方面随甘油添加剂用

有机添加剂甘油

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en sity， p owe r o n time, tempe r a tu r e, add i tiv e and so on. Gly

cerol adde d as an ad dit iv e， which can not o nl y i ncr ea se the

ickness of a l umi n a memb ran e, but also en hancing the toug h n e s

s l um i n a m embra ne. Thi sp aper d iscusse s the inf l uence was