鋁陽極氧化過程機理

  以鋁和鋁合金制品為陽極置于電解質溶液中。利用電解質作用，使其表面形成氧化膜的過程，稱之為鋁和鋁合金制品陽極氧化處理。（導讀：陽極氧化處理_陽極氧化膜生成的一般原理 http://www.whsygw.com/Article/yangjiyanghuachuli_y_1.html）陽極氧化膜的成長過程包含著相輔相成的兩個方面：(1)膜的電化學生成過程;(2)膜的化學溶解過程。兩者缺一不可，而且必須使膜的生成速度恒大于溶解速度，這樣才能獲得較厚的陽極氧化膜。為此，所選擇的電解液性質及工藝規范都必須具備這些條件。

  在陽極氧化過程中，由于電位差的作用，帶電質點相對于固體壁發生電滲液流。電滲液流的存在，是陽極氧化膜得以增長的一個必要條件。

  鋁及鋁合金在硫酸溶液內陽極氧化時，氧化膜形成的機理如下。

  通電以后，陽極和陰極上便發生如下式的反應：
 

  于是，作為陽極的鋁或鋁合金中的鋁元素被陽極反應生成的氧所氧化，形成氧化鋁膜〔應該指出，這里所指的氧化不僅指分子態的(O2)，還包括原子氧(O)以及離子氧(O^2)〕。通常在反應式中都以分子氧為代表。在陽極上生成的氧不是全部都與鋁作用生成氧化膜，還有一部分以氣體形式從陽極逸出。

  按反應式，開始在鋁表面形成了一層薄而致密的氧化膜后(這過程實際上可認為是在通電的幾秒鐘內就完成了)，一部分膜由于和硫酸起反應而發生溶解：
 

  于是，使致密的氧化膜變得多孔。隨之電解液又滲入到空隙(針孔)中同露出的鋁作用生成一層新的氧化膜，使整個氧化膜好像得到了修補一樣，又變得完整了，接著新的、完整的氧化膜又發生溶解，出現了新的空隙(針孔)，于是被暴露出的金屬鋁又被電解溶液氧化成氧化鋁而得到“修補”。如此循環，不斷地靠金屬表面處生成新的氧化膜，也不斷地創造出多孔的外層膜，結果生成了由厚而多孔的外層和薄而致密的內層所組成的氧化膜。陽極氧化處理過程中，內層膜(完整的膜，也稱阻擋層、活性層、介電層)的厚度差不多是隨著時間而改變的，總保持在0.014~0.05um，而多孔外層膜在一定的處理時間內則是隨著時間而加厚的。陽極氧化膜的成長歸納如下：

  (1)新膜是在舊膜下面的金屬表面上直接生長起來；

  (2)孔隙是氧化膜生長中心，孔隙的存在對氧化膜生長具有決定的意義；

  (3)在一系列彼此孤立的孔隙內，新生成的氧化膜向四面八方擴展，彼此匯合，最后便生成了一層厚度均勻的覆蓋層。

  陽極氧化膜的結構

  陽極氧化膜的結構如圖3-1所示。
 

  陽極氧化膜由兩層組成，多孔的厚的外層是在具有介電性質的致密的內層上成長起來的，后者稱為阻擋層(也稱活性層)。用電子顯微鏡觀察研究可知，膜層的縱橫面兒乎全部呈現與金屬表面垂直的管狀孔，它們貫穿膜外層，直至氧化膜與金屬界面的阻擋層。以各孔隙為主軸，周圍是致密的氧化鋁構成的一個蜂窩六棱體，稱為晶胞，整個膜層是由無數個這樣的晶胞組成。阻擋層是由無水氧化鋁所組成，薄而致密，具有高的硬度，有阻止電流通過的作用。氧化膜多孔的外

  層主要是由非晶型的氧化鋁Al2O3及少址水合氧化鋁y-Al2O3·H2O所組成，此外，還含有電解液的陽離子。當電解液為硫酸時.膜層中硫酸鹽含量在正常情況下為13%~17%,氧化膜的大部分優良特征都是由多孔外層的厚度及孔隙率所決定的，它們都與陽極氧化條件密切相關。多孔層結構的厚度取決于通電的電量。

  陽極氧化膜層的晶胞是以針孔為中心的密實六棱柱蜂窩結構。針孔(孔隙)的直徑為0~50nm，由一個孔形成的一個氧化膜柱體可以稱為一個“細胞”。隨著陽極氧化膜柱體的不斷變化(生長)，電阻也逐漸增大，當膜的生長速度等于膜的溶解速度時，膜厚也就不變了。最大膜厚將取決于所采用的電解液成分及電解工藝條件。



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