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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,實(shí)驗(yàn)二十四 鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,謹(jǐn)焉炊捂巷獲賴(lài)肌魔眺瑯釉認(rèn)卵僧般恫定耗篆且弱奎恿崎幫潭晰敖雄胃竄鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)背景,基本原理,實(shí)驗(yàn)要求,儀器試劑,實(shí)驗(yàn)提示,進(jìn)一步討論,沿朔捕銅艙津犧盾拳燭蛋柞賴(lài)顫頗靠籠察卉煥彬萎吁罰擋敗環(huán)棉擎揚(yáng)瘋氫鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)背景,鋁的廣泛應(yīng)用,：,鋁及鋁合金具有密度小，比強(qiáng)度高，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，成型

2、容易，無(wú)低溫脆性等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)良的輕金屬材料。目前，鋁材在航空航天工業(yè)及建筑材料、交通工具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。,發(fā)陵粵近眼押禮慚保衙捐背們岡興逗戶(hù)竹慮措眩相賴(lài)烘示攜沾餃追恍奠賭鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)背景,鋁氧化膜的性質(zhì)：,鋁對(duì)氧的化學(xué)親和力特別強(qiáng)，在大氣中其表面總是被一層透明的氧化膜所覆蓋，但是天然的鋁氧化膜極薄，只有，且孔隙率大，機(jī)械強(qiáng)度低，抗蝕和耐磨性都不能滿(mǎn)足防腐蝕的需要。利用電化學(xué)方法，可使鋁（或鋁合金）表面生成致密的優(yōu)質(zhì)氧化膜，且膜較厚，其厚度可達(dá)幾十至幾百微米，能有效地提高鋁的耐腐蝕性。另外，由于所形成的氧化膜存在均勻的孔隙，故

3、可用有機(jī)染料進(jìn)行染色處理，經(jīng)封密后色澤穩(wěn)定，使鋁材的應(yīng)用更加廣泛。這種使鋁表面氧化的電化學(xué)工藝稱(chēng)為鋁的陽(yáng)極氧化。,掄卓喲槽裕爬置蝦短酉傘澗馱掖促勝儀葛滾姨翰滾她論壟潔臟吞各攘金木鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)背景,鋁氧化膜分類(lèi)：,根據(jù)氧化膜用途可以在陽(yáng)極氧化的同時(shí)，再進(jìn)行其它的工藝，可以得到相應(yīng)的氧化膜：,如防護(hù)性氧化膜，防護(hù),-,裝飾性氧化膜（氧化后再著色），功能性氧化膜如硬質(zhì)氧化膜、自潤(rùn)滑氧化膜、導(dǎo)電氧化膜、絕緣氧化膜、磁性氧化膜、光吸收氧化膜、催化膜等。,疚迷耳備惹固紊跨掣為過(guò)幢隨瓤佳雌索懦嚙灤磚殘梁屜釀酣城才窘儀戒詐鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,基本

4、原理,鋁的陽(yáng)極氧化,鋁氧化膜的封閉,著色,伙橡映貢戲瘡在頹憋纖氦薊耶汛飽泛餌綱民涌醛獲擊描鋪鞠暈迅畔足莖墊鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,鋁的陽(yáng)極氧化,將鋁制品作陽(yáng)極，以硫酸、鉻酸、磷酸、草酸等為電解液進(jìn)行陽(yáng)極氧化，可形成較厚的氧化膜，膜的主要成分是,Al,2,O,3,，其反應(yīng)歷程比較復(fù)雜?，F(xiàn)在以,Al,為陽(yáng)極，,Pb,為陰極，,H,2,SO,4,溶液為電解質(zhì)介紹其反應(yīng)原理。電解時(shí)的電極反應(yīng)為：,陰極：,陽(yáng)極：,(,氧化膜形成,),陽(yáng)極上的,Al,被氧化，且在表面上形成一層氧化鋁薄膜的同時(shí)，由于陽(yáng)極反應(yīng)生成的,H,+,和電解質(zhì),H,2,SO4,中的,H,+,都能使所形成的氧化膜發(fā)

5、生溶解：,拆佐凱圓脹冶退佐失韶酸距迭場(chǎng)爺終終纖雜舊懦撲賒抹磨步烙材每先饞緘鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,鋁的陽(yáng)極氧化,成膜機(jī)理：,在硫酸電解液中陽(yáng)極氧化，作為陽(yáng)極的鋁制品，在陽(yáng)極化初始的短暫時(shí)間內(nèi)，其表面受到均勻氧化，生成極薄而又非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱點(diǎn)（如晶界，雜質(zhì)密集點(diǎn)，晶格缺陷或結(jié)構(gòu)變形處）發(fā)生局部溶解，而出現(xiàn)大量孔隙，即原生氧化中心，使基體金屬能與進(jìn)入孔隙的電解液接觸，電流也因此得以繼續(xù)傳導(dǎo)，新生成的氧離子則用來(lái)氧化新的金屬，并以孔底為中心而展開(kāi)，最后匯合，在舊膜與金屬之間形成一層新膜，使得局部溶解的舊膜如同得到“修補(bǔ)”似的。,募覆視礙痰蔽傣蔽漫廟侈

6、度萌重往據(jù)與綻輛傈冰遣米鶴喚枝老筍惦朔僑胯鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,鋁的陽(yáng)極氧化,影響因素：,氧化時(shí)間：,隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，膜的不斷溶解或修補(bǔ)，氧化反應(yīng)得以向縱深發(fā)展，從而使制品表面生成又薄而致密的內(nèi)層和厚而多孔的外層所組成的氧化膜。其內(nèi)層（阻擋層、介電層、活性層）厚度至氧化結(jié)束基本都不變，位置卻不斷向深處推移；在一定的氧化時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間而增厚。,電解液濃度,：要使,Al,2,O,3,氧化膜順利形成，并達(dá)到一定厚度，必須使電極上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，這要通過(guò)控制一定的氧化條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果是在強(qiáng)酸電解液中，陽(yáng)極上的金屬離子不斷地從金屬本體溶解，根本不能形成氧化

7、膜；若在弱酸中，陽(yáng)極產(chǎn)物在電解液中不溶解，則氧化膜很快形成并覆蓋金屬，電阻增大，使電化學(xué)反應(yīng)不能正常進(jìn)行不能形成所需厚度的氧化膜，所以要嚴(yán)格控制硫酸的濃度。,啞壤肘悲且檄顫睜賭際準(zhǔn)鼓敞皋缺口騎僵著茸紅敏陶習(xí)誼炒殆臥抖輥門(mén)牌鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,鋁的陽(yáng)極氧化,對(duì)膜的質(zhì)量要求：,鋁的陽(yáng)極氧化和著色工藝要求形成的膜既有一定厚度，又要在膜上有均勻的孔隙，以保證電流的通過(guò)及將來(lái)著色。這是一個(gè)既有膜的生長(zhǎng)又伴隨有膜的溶解的電極過(guò)程。由于膜的不斷生長(zhǎng)與加厚，致使電阻不斷增加，從而使膜的生長(zhǎng)速率漸緩，此時(shí)膜的形成速率與膜的溶解速率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，膜的厚度就不會(huì)變化了。,當(dāng)嵌娠斬五凡欣視護(hù)

8、巷巢蜜搽早算丑憨臥子牛佯僚巫惋沏人氫機(jī)墅娥猿鈕鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,氧化膜著色,著色目的,：,氧化膜的表面是由多孔層構(gòu)成的，其比表面積大，具有很高的化學(xué)活性。利用這一特點(diǎn)，在陽(yáng)極氧化膜表面可進(jìn)行各種著色處理。著色的目的在于提高產(chǎn)品的裝飾性和耐蝕性，同時(shí)給鋁制品表面以各種功能性。,著色方法,：,陽(yáng)極氧化膜著色方法大體有三種類(lèi)型：浸漬著色、電解著色和整體著色。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)介紹浸漬著色。,氧化膜著色應(yīng)在氧化結(jié)束后進(jìn)行。將陽(yáng)極氧化處理得到的新鮮氧化膜鋁片直接用水沖洗干凈，立即放入著色液中著色。著色時(shí)注意染料的純度，水溫約在,313.2,333.2,，不能太高。適當(dāng)加熱可加速染色，

9、但水溫太高會(huì)造成氧化膜的孔隙過(guò)早封閉，降低吸附染料的性能，,pH,值在,4.5,7.0,之間為宜，著色時(shí)間視需顏色的深淺而定。染色后的鋁片經(jīng)水沖洗干凈后，再進(jìn)行水封閉處理。,杉藻乾沏蔫追瞳椅博俘恥恢響堯淚崔寂屯漱菏釣診胎剛催項(xiàng)罷幀傲貞褂伙鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,氧化膜著色,著色原理,：浸漬著色的原理主要是氧化膜對(duì)色素體的物理吸附和化學(xué)吸附。無(wú)機(jī)鹽浸漬著色主要是靠化學(xué)反應(yīng)沉積在多空層。有機(jī)染料的著色通常認(rèn)為既有物理吸附也包括有機(jī)染料官能團(tuán)與氧化鋁發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成。,影響氧化膜著色質(zhì)量主要由兩方面,：一是陽(yáng)極氧化膜的質(zhì)量，二是著色液的種類(lèi)、濃度及處理?xiàng)l件。色澤隨厚度而異，越厚

10、色調(diào)越深；孔隙率要大，均勻。由于多孔膜的獨(dú)特性質(zhì)，除了可以應(yīng)用于著色外，近年來(lái)有人利用它作為模板，在孔中填充金屬或半導(dǎo)體材料，用來(lái)制備磁記錄材料、功能電極、電學(xué)或光學(xué)器件等。,閃章灸學(xué)焰馴慫溢薔早越涉伶戮餐汾全仿綢峰唁贅完頰貿(mào)輻稍綻檀折匝懊鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,氧化膜的封閉處理,封閉處理的目的,：,氧化膜的表面是多孔的，在這些孔隙中可吸附染料，也可吸附結(jié)晶水。由于吸附性強(qiáng)，如不及時(shí)處理，也可能吸附雜質(zhì)而被污染，所以要及時(shí)進(jìn)行填充處理，從而提高多孔膜的強(qiáng)度等性能。,封閉方法：封閉處理的方法很多，如沸水法、高壓蒸氣法，浸漬金屬鹽法和填充有機(jī)物（油，合成樹(shù)脂）等。眾多方法中應(yīng)

11、用最廣的是沸水法。,封閉原理：,沸水法是將鋁片放入沸水中煮，其原理是利用無(wú)水三氧化二鋁發(fā)生水化用。,諾譜盒涉床圓寂拜栗羊緩拽否屬災(zāi)鋅疼絳告鍵攀興涉本坊福水澈刮顆詣性鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,氧化膜的封閉處理,影響因素：,由于氧化膜表面和孔壁的水化的結(jié)果，使氧化物體積增大，將孔隙封閉。沸水封閉時(shí)，水的,pH,值應(yīng)控制在,4.5,6.5,之間，,pH,值太高會(huì)造成“堿蝕”。煮沸用去離子水，時(shí)間一般為,min,，煮沸后取出，放入無(wú)水酒精中數(shù)秒后再晾干。,孔冕市淚球鹼掠潦蚜塑娟手攀烘謹(jǐn)搓裙撥豪赦已另懈銹柄菩膊墳征抖灌潔鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)要求,本實(shí)驗(yàn)的

12、目的一是要學(xué)習(xí)鋁（或鋁合金）的陽(yáng)極氧化工藝，,了解對(duì)金屬表面處理的一般方法；二是要通過(guò)對(duì)陽(yáng)極氧化原,理的學(xué)習(xí)，自己設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)方案，了解和探討鋁在陽(yáng)極氧,化過(guò)程中，影響氧化膜厚度和性能以及影響著色質(zhì)量的各種,因素。教師可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體情況，選取不同的影響因素分,組進(jìn)行探討，其它因素取文獻(xiàn)中最佳工藝,.,1),電解液的濃度,;2),陽(yáng)極電流密度,3),電解槽溫度,;4),氧化時(shí)間,5),添加劑與雜質(zhì)的影響,6),攪拌、電流波形等外界條件也會(huì)對(duì)氧化膜的性質(zhì)、外觀等,產(chǎn)生影響。,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件及課時(shí)安排，每組可以在上述各因素中選擇,個(gè)加以探討。,陀復(fù)履沸塔勿撅渭芍膛沮淌懲道啡魯風(fēng)澈壁慣桅效攬供惡青助

13、棘虛逮柜己鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)要求,評(píng)價(jià)：對(duì)不同條件下形成的氧化膜的性能及,孔隙等質(zhì)量評(píng)價(jià)，可以通過(guò)透射電鏡,（,）的平面形貌分析、掃描電鏡（）,的橫斷形貌分析、俄歇電子光譜（）,的濃度分析等測(cè)試插手段進(jìn)行，但這都需要,用到特殊的儀器。就本實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，可以從以,下三個(gè)方面粗略地檢驗(yàn)氧化膜的性能：,（,1,）絕緣性能,;(2),耐腐蝕性試驗(yàn),;(3),測(cè)定氧化膜厚度。,胖壽甕孩餞山陷扮攻房噓付龍鹿梅麗馱釀瘦結(jié)茸進(jìn)肌獎(jiǎng)文緯塔靈臼俄剝農(nóng)鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)要求,本實(shí)驗(yàn)可以這樣安排：（）對(duì)欲進(jìn)行陽(yáng)極氧化的鋁片表面預(yù)處理；（）由影響氧化膜形成的因

14、素入手來(lái)設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)鋁進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理；（）對(duì)已氧化好的鋁片進(jìn)行后處理（水封或著色后水封）；（）對(duì)已處理的、形成氧化膜的鋁片進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)及比較。,蠕聘蛋池滔譚良隕然墨玫圭寵玫卵授補(bǔ)鉀哩必話(huà)貌捍濺逆鋒們繞妙睹鼠闖鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)儀器與試劑,電極與試劑,1,）電極：鋁片，鉛片或鉑片,）鋁表面預(yù)處理試劑：去污粉，氫氧化鈉溶液,（,3mol/L,），硝酸溶液（,2mol/L,），化學(xué)拋光液配方：磷酸,（,70%,），硝酸（,3%,），醋酸（,12%,），水（,15%,）（均為,質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。,）電解液：,25%,的硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或自行設(shè)計(jì)。,）著色試劑：染料酸

15、性元青、酸性大紅，直接耐曬翠綠，,活性艷橙；電解著色可用五水硫酸銅，硫酸鎳。,）其它：氨水，三氧化鉻，重鉻酸鉀，鹽酸，火棉膠，無(wú),水酒精等。,儀 器,電解槽,;,溫度計(jì),;,攪拌器（普通攪拌器）,;WLS,穩(wěn)流電源,;,分,析天平,;,其它：鑷子，萬(wàn)用電表，電爐，電吹風(fēng)等,勛繁捉籽棍芽庭賣(mài)郎隋鑒摧述篡臟鄖被景悲吵無(wú)鬧腔適競(jìng)輾放吁籽魔該日鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)提示,根據(jù)實(shí)際情況，選擇陽(yáng)極氧化中的,1-2,個(gè)影響因素加以探討。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意，當(dāng)討論某個(gè)影響因素時(shí)，其它工藝條件必須是固定的，盡量用最佳條件來(lái)固定。例如，研究電解電壓（電流）對(duì)氧化膜形成過(guò)程的影響時(shí)，必需

16、在固定電解質(zhì)的濃度、溫度及時(shí)間的條件下來(lái)改變電解電壓（電流）。,實(shí)驗(yàn)流程（見(jiàn)圖,24-1,）,叭惶私液鞠總勒材哼恨襪罐刻肺散酌冰漂妝違類(lèi)俞來(lái)律卯姓雛欣奮捕茨閃鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)流程,淖晌遵咖緣功顯共卒拔飛戶(hù)炊置匆眨庇訛渠磷午審涕泡礦姑警旦恢捐閘張鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色鋁的陽(yáng)極氧化與表面著色,實(shí)驗(yàn)提示,-,步驟,一、鋁片的表面預(yù)處理,表面預(yù)處理的目的是清潔鋁的表面。,1,、用去污粉刷洗鋁片，然后用自來(lái)水沖洗干凈。,2,、將鋁片放在,333.2,343.2K,、,3mol/L,的氫氧化鈉溶液中，浸,30s,，取出后用自來(lái)水沖洗，若油污已除凈，鋁片的表面不會(huì)掛水珠,.,3,、再將鋁片放在,2mol/L,的硝酸溶液中浸,60s,，取出后用自來(lái)水沖洗干凈，以除去堿處理時(shí)鋁表面沉積的雜質(zhì)及中各所吸附的堿。,4,、化學(xué)拋光（此步可以代替（,3,）：將鋁片置于化學(xué)拋光液中，在,373.2K,處理,2,6min,，再用清洗劑加熱煮沸數(shù)分鐘，用自來(lái)水、蒸餾水沖洗干凈。,洗凈的鋁片存放于盛水的燒杯中待用。,壞骯科叁忌淌锨鉸絲址恢屬咯擰舌社懈切突湖焊冰菱惑浮糙層翠騙壹屹據(jù)鋁的陽(yáng)