铝及铝合金阳极氧化的电解液一般为具有中等溶解能力的酸性溶液，如硫酸、草酸等。将铝件作为阳极，铅板作为阴极，通以直流电，电极反应为水的放电，生成初生态原子氧[O]。由于[O]具有很强的氧化能力，在强大的外电场力作用下，会从电解液/金属界面上向内扩散，与铝作用形成氧化物并放出大量的热。反应多余的氧则在阳极以气体状态析出。 由于在酸性溶液中氧化膜的生成和溶解是同时进行的，只有当膜的生成速度大于膜的溶解速度时，膜才不断增厚。其形成过程可利用阳极氧化测得的电压一时间曲线进行分析，如图7-1所示。 整个阳极氧化的电压一时间曲线大致可以分为三段。 ①第一段：无孔层形成 通电开始的几至十几秒时间内，电压随时间急剧上升至最大值，该值称为临界电压(或形成电压)。说明在阳极上形成了连续
图7-1 阳极氧化特征曲线 的、无孔的薄膜层(阻挡层)。此膜具有较高的电阻，因此随着膜层的加厚，电阻加大，槽电压急剧直线上升。无孔层的出现阻碍了膜层的继续加厚，其厚度与形成电压成正比，与氧化膜在电解液中的溶解速度成反比。在普通硫酸阳极氧化时，采用13～18V槽电压，则无孔层厚度约为0.Ol～0.Ol5μm。该段的特点是氧化膜的生成速度远大于溶解速度。临界电压受电解液温度的影响很大，温度高，电解液对膜层的溶解作用强，无孔层薄，临界电压较低。 ②第二段：膜孔的出现阳极电位达到最高值以后，开始下降，其下降幅度为最大值的10%～l5%。这是由于电解液对膜层的溶解作用，使氧化膜最薄的局部产生孔穴，电阻下降，电压也随之下降。氧化膜有了孔隙之后，电化学反应可继续进行，氧化膜继续生长。 ③第三段：多孔层的增厚此段的特征是氧化时间大约20s后，电压开始趋于平稳。此时，阻挡层生成速度与溶解速度达到平衡，其厚度保持不变，但氧化反应并未停止，氧化膜的生成与溶解仍在每个孔穴的底部继续进行，使孔穴底部向金属内部移动，随着时间的延长，孔穴加深形成孔隙和孔壁。由于孔隙内电解液的存在，导电离子便可在此畅通无阻，因此在多孔层的建立过程中，电阻值的变化并不大，电压也就无明显的变化，反映在特性曲线上是平稳段。多孔层的厚度取决于工艺条件，主要因素为温度。在阳极氧化过程中，由于各种因素的影响，使溶液温度不断提高，对膜层的腐蚀作用也随之加大，不仅孔底，也使孔口处膜层及外表面膜层的腐蚀速度加大，因此多孔层厚度增长变慢。当孔口膜层的腐蚀速度与孔底处的成膜速度相等时，多孔层的厚度就不会再继续增加，该平衡到来的时间越长，则氧化膜越厚。 在氧化膜的生长过程中，电渗起着重要的作用，使电解液在膜孔内不断循环更新·。电渗
图7-2 电渗流过程示意 产生的原因可解释为：在电解液中水化了的氧化膜表面带负电荷，而在其周围的溶液中紧贴着带正电荷的离子(如由于氧化膜的溶解而存在大量的Al3+，因电位差的影响，带电质点相对于固体壁发生电渗作用，即贴近孔壁带正电荷的液层向孔外部流动，而外部新鲜的电解液沿孔的中心轴流入孔内，促使孔内的电解液不断更新，从而使孔加深扩大，如图7—2所示。沉积不同。 |
