阳极处理（doc7).docx

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1、阳极处理1 .阳极处理的目的与应用一般铝合金很容易氧化，氧化层虽有一定钝化作用，但长期曝露之结果，氧化层仍会剥落，丧失保护作用，因此阳极处理的目的即利用其易氧化之特性，藉电化学方法控制氧化层之生成，以防止铝材进一步氧化，同时增加表面的机械性质。另一目的是，藉不同化成反应，产生各种色泽(发色)增进美观。铝合金阳极处理应用广泛，飞机皮、军事武器、复印机抄纸滚桶、建筑物铝帷幕、铝门窗等。2 .制程于电解槽中，将金属(如铝或铝合金)工件置于阳极，施加一定电压与电流，促使工件表面形成附着良好的氧化层。简要而言，发生下述反应；阳极：Me+XH2OfMeOx+2XH+2Xe阴极：H2O+e-12H2+OH-

2、一般而言，阳极处理工程流程例如下：工件一脱脂(I)-水洗一化学光泽(II)一水洗一脱渍(III)f水洗f阳极处理(IV)f水洗一封孔(V)f水洗f干燥上述流程中，主要步骤的化学溶液如下：(I)有抑制剂之热碱洗液，6070C(II) H3PO+HNO3溶液，88110C(III) 2535%HN3,常温(IV) 15%H2SO1,2250C(V) IOO0CH2O3 .阳极处理电解液铝合金阳极处理使用的电解液有很多种，每一种电解液的主要化学成份不同，经其处理后的皮膜组织不同，性质也因之有所差异；有些场合即以电解液归类制程。文献资料有很多不同的配方例，以下每一种仅举一例，但并非仅有此种配方。D硫酸

3、液例如A1umi1ite制程含1520%硫酸，电压是1422伏特，电流密度是2Adm2,操作温度1825C,处理时间1060分钟，皮膜厚度335m,皮膜呈无色透明。硫酸液制程所得皮膜抗蚀性良好，而且抗磨耗性佳，此制程若将操作温度降至5以下，硫酸浓度降至7%左右，处理电压提高至23120伏特，可以长时间处理以获得厚至200Un1以上的硬质阳极皮膜，应用于需耐磨耗的场合。ii）铭酸液例如含510%铭酸，电压是40伏特，电流密度是0.150.30Ad0操作温度35,处理时间30分钟，所得皮膜约23um,皮膜呈灰色或灰绿色，具有良好的抗蚀性，但耐磨耗性较差，在应用上方能不需封孔。iii）草酸液例如E1

4、OXaIGX制程含35%草酸，电压是4060伏特，电流密度是12Adm操作温度1820C,处理时间4060分钟，皮膜呈黄色，厚度1065um,此制程成本高于硫酸液制程。操作温度可以降至35,经长时间处理以获得厚达625Um的皮膜。草酸液的色泽较多样化。iv）磷酸液例如含10%磷酸，电压是1012伏特，电流密度较不定，操作温度2325C,处理时间2030分钟，皮膜呈无色，厚度2u叱磷酸液处理之皮膜孔隙较大，适于后续电镀。以上四种电镀液较常用，其原因是，这四种电解液中形成皮膜时，实际上有一定的孔隙，允许铝持续溶出以形成皮膜，同时其皮膜具有一定的溶解度，因此皮膜可以持续成长至其溶解速度与成长速度相等

5、为止，但是，它种电解液如硼酸液，酒石酸液等，其生成的皮膜很致密，不易再允许铝经由电解溶出，因之仅能形成很薄的皮膜。4 .阳极处理皮膜形成机构图一是阳极处理皮膜的扫描式电子显微（SEM）照片，其显示皮膜层实际上是呈管胞（Ce1IUIartube）组织，其底部似一般试管底部呈圆弧状。形成此种组织型态的过程如图二说明。开始通电时，铝阳极表面的某些部位开始溶解（time1）,时间增长，铝溶解量增加，但是阳极表面开始呈现凹凸不平的粗度（time2）,十间续增，由于凹凸不平造成溶解速率不一，溶解较快的部位逐渐凹陷，于此同时，溶解的铝离子逐渐生成氢氧化铝与氧化铝沉积在表面，但是仍留有孔隙以供溶解反应继续进行

6、，长时间之后，堆积的沉淀即形成管壁”，管壁的主要成份是含水氧化铝或胶状氢氧化铝，愈近管壁中央含水量愈少，愈近纯氧化铝，如图三所示，近电解液区域即为铝溶解并沉积的区域，沉积愈久，则愈致密。电解液的种类，阳极处理操作条件等，影响皮膜管胞的大小与数目，表IOT提供一比较之例,操作电压愈大，形成管胞数目愈少，管胞数目则依电解液随下述顺序递减。硫酸草酸格酸磷酸5 .封孔（Sea1ing）阳极处理皮膜是经由溶解与沉积形成管胞状，因此处理之后的皮膜，自电解衣取出后，充满着孔隙，而且可能含有大量水份，必须再经封孔程序才能获得较制密的皮膜。封孔的操作方式通常是在近沸腾的水中浸渍一段时间，阳极处理过程溶解沉积的皮

7、膜是胶状氢氧化铝，尤其是管孔内及管口部位，其经过高温处理后，会转化成Boeinite,成份是y-AkOs、乩0或-A100H,含有85%的A1。，经此转换与再结晶之后，管胞即被完全填封，成一很致密的皮膜层，此过程如图四所示。视电解液不同，封孔需求性也不同，如表一所示，硫酸液阳极处理形成的管胞数目最多，因此最需要进行封孔。封孔操作，除了在水中进行之外，也可以在重倍酸溶液（例如5g1重倍酸钾）进行，此种封孔处理之后，可以大幅度提高抗蚀性。6 .硬质阳极处理一般阳极处理皮膜经封孔之后即有一定的硬度与保护效果，但是在机械工程，尤其是磨擦机械（如复印机的走纸滚桶）由于使用时间长，常需要更高硬度与高厚度皮

8、膜。皮膜形成的机构如前述，是经由溶解与沉积过程，而沉积的皮膜本身也会再溶解，不易使皮膜长的很厚，因此通常利用低温（V5C）减缓皮膜的在再溶解速度，甚至提高电压以促进铝电解，增加沉积量，此过程除了增加厚度之外，也可以增大每一管胞的口径，相对的减少孔隙度；其厚度可以达到200m以上。根据报导，硬质阳极处理皮膜的耐磨耗性甚至可优于硬倍镀层。硬质阳极处理皮膜由于很厚，通常会有裂缝，对于耐疲劳性较不利。7 .阳极处理皮膜发色铝金属呈银白色，以硫酸或磷酸电解液阳极皮膜处理以后，封孔前其皮膜多呈无色，由于皮膜封孔前具有孔隙，而且阳极处理过程发生化成反应，因此可以藉控制或改变皮膜成份方式使皮膜具有光泽，这过程

9、称为发色。发色的原理主要是藉生成有色彩的化合物与皮膜混和以产生色泽，随着化合物不同，可分成无机发色与有机发色。有机发色采用有机染料，无机发色则藉用生成无机化合物；一般而言，有机染料不耐高温，较易变质褪色，无机化合物则较稳定。无机发色的方法有很多种，方法一是，将皮膜依序浸入反应物中，此反应物生成有颜色的填料，经封孔之后，即造成有颜色的皮膜，如：2CuS04+K4Fe（CN）6-Cu2Fe（CN）.（红棕色）+K2SO4方法之二是，直接将阳极处理皮膜浸于金属盐液，继之以水解以生成颜色，例如于510%草酸铁与25%草酸镀溶液中浸渍，则可生成古铜色。另一种常用方法是，将阳极处理皮膜浸于适当盐类溶液中，通以交流电，以进行电镀发色，例如于50g1硫酸银，30g1硼酸溶液中，以19伏特交流电，0.50.75Adm2电流密度处理515分钟，可得古铜色至灰黑色。i.1tO.StfjnnmrvhtrunrkvopePbOIOI1QPbIhoStnFoatiM:(xSO1OfKh图107阳极处理表面与横截面SEM照片溶解方向time4rmrrm溶解沉稹H近触氧化铝图10-3阳极处理皮膜溶解沉积示意图沉稹皮膜is(a)未封孔IOO0C1H2O(b)10(fC水中，形成蜉沉源18