文档介绍：电镀工艺学
Plating technology
第十章 氧化膜
Chapter Ⅹ
Film of Oxide
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铝及铝合金的阳极氧化
概 述
金高，而外层的硬度那么较低。由于氧化膜有微小孔隙，可以吸附润滑剂，故能提高抗磨能力。硬质氧化膜的耐磨性在低载荷下是极佳的，试验说明，它优于淬火硬化钢及硬铬镀层；在实际应用中，硬质膜的磨损量与氮化钢的磨损量大致相等。在工业大气和海洋性气候条件下，以及盐雾试验、潮湿箱试验中，硬质膜具有良好的耐蚀性能，一般情况下优于普通氧化膜。膜层具有高的电绝缘性，膜厚100μm时，击穿电压为1850V，浸绝缘漆后可达2000V。
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膜的熔点高达2050℃，传热系数很低，仅有67kW／m2·K，是绝好的耐热材料，短时间内能耐1500～2000℃的高温。膜层愈厚，耐火焰冲击时间愈长。
由于硬质氧化膜的优良性能，在工业上的应用日益广泛。主要用于要求高硬度的耐磨零件，如活塞、气缸、轴承、导轨等；用于要求绝缘的零件，耐气流冲刷的零件和瞬时经受高温的零件。氧化膜与基体结合牢固，但膜层有脆性，并随厚度增加和增大，所以不宜用于承受冲击、弯曲或变形的零件。到达一定厚度的硬质膜，会使铝合金的疲劳强度有较大的降低，尤其是高强度铝合金。故对承受疲劳载荷的零件进行硬质阳极氧化应十分慎重。此外，氧化过程会使零件尺寸增加，约为膜厚的一半；外表粗糙度也会变差。
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5．瓷质阳极氧化膜
瓷质阳极氧化膜具有不透明的浅灰色外观，类似瓷釉、搪瓷，故又称仿釉氧化膜。膜层致密，厚度约为6μm～20μm，有较高的硬度，良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性和电绝缘性。膜层也可以染色装饰，所以，瓷质氧化膜是一种多功能的膜层。瓷质膜的硬度取决于铝材成分及氧化工艺，它比铬酸氧化膜高，而低于硬质氧化膜；其电绝缘性也高于铬酸氧化膜或普通硫酸氧化膜。膜层具有一定的韧性，在承受冲击和压缩负载时不会开裂，可以进行切削和弯曲等机械加工。瓷质阳极氧化处理一般不会改变零件的外表粗糙度，也不影响其尺寸精度。
此外，磷酸阳极氧化膜由于膜层的孔隙直径大，适合用作铝合金胶接前的底层和电镀前的预处理。
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阳极氧化膜的形成机理
26．2．1 阳极氧化的电极反响
铝及铝合金阳极氧化液一般采用中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等， 将铝及铝合金零件作为阳极，铅板为阴极，通以直流电，阴极上的反响为：
2H+ + 2e →H2↑
而在阳极上，主要是水的放电：
H2O －2e → [O] + 2H+
2Al + 3[O] → A12O3 ＋ 1670kJ
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通过电子显微镜、示踪原于等现代测试方法，对氧化膜形成过程提出了新的观点，在阳极上铝原子失去电子而氧化：
Al － 3e → Al3＋
2Al3＋ ＋ 3O2－ → Al2O3
与铝结合的氧离子来自哪个原子团或离子尚不得而知，实际上阳极反响过程是相当复杂的，一些问题仍在探索中。
在氧化膜／溶液界面上还发生氧化膜的化学溶解：
Al2O3 ＋ 3H2SO4 → Al2(SO4)3 ＋ 3H2O
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26．2．2 阳极氧化膜的生长过程
铝及铝合金在阳极氧化过程中，氧化膜的电化学生成和化学溶解是同时发生的，只有当氧化膜的生成速度大于氧化膜的化学溶解速度时，氧化膜才能生长和加厚。氧化膜的生长过程可以用阳极氧化测得的电压—时间特性曲线来说明，如图26—1所示。图中曲线大致可分为三段：
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图26－1 铝阳极氧化时间－电位曲线
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AB段 阻挡层形成 通电开始的几秒至十几秒时间内，电压随时间急剧增加到最大值，称为临界电压或形成电压。说明在阳极上形成了连续的、无孔的薄膜层，具有较高的电阻，称为阻挡层。随着膜层加厚，电阻增大，引起槽电压急剧地呈直线上升，阻挡层的出现阻碍了膜层的继续加厚。阻挡层的厚度与形成电压成正比，形成电压越高，阻挡层越厚；而与氧化膜在溶液中的溶解速度成反比。在普通硫酸阳极