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鋁型材陽極氧化膜為何要進行封孔處理
內(nèi)容來源:http://www.90a00.cn    作者:武將    發(fā)布日期:2019-12-26 08:44    閱讀次數(shù):11258 次 點擊收藏

1:鋁型材陽極氧化膜的結構

用手指觸摸未封孔的鋁型材陽極氧化膜時,好像有些發(fā)黏或者有吸附的感覺;這是因為在鋁型材陽極氧化膜的表面存在無數(shù)的微孔;鋁型材陽極氧化發(fā)明初期,人們就知道鋁型材陽極氧化膜是由無數(shù)微孔組成的多孔型陽極氧化膜結構;隨著電子顯微鏡的發(fā)展,證明了陽極氧化膜存在多孔型表層和靠近鋁型材基體的極薄致密層;1953年,Keller提出的陽極氧化膜結構模型即使在今天仍然是陽極氧化膜的基礎;


鋁型材陽極氧化膜如下圖所示,是由無數(shù)的六棱柱狀單元胞在鋁型材基體上垂直致密排列形成,其六棱柱單元胞的中心位置有到達鋁型材表面的微孔(導電孔);在微孔的底部靠近鋁型材的位置存在極薄且致密的弧狀的阻擋層;單元胞尺寸=單元胞直徑(C),由孔徑(P)和其兩側的孔壁(W)的厚度相加得到;(計算公式:C=P+2W’=P+2WE)式中,C為單元胞直徑;P為孔徑;W為壁厚(和電壓成比例);W為壁厚系數(shù);E為電壓;

鋁型材陽極氧化膜的單元胞底部模型圖

120V磷酸陽極氧化膜的單元胞底部模型)


1和表2所示微孔的通電孔直徑與陽極氧化電壓無關,磷酸陽極氧化膜的微孔直徑約為33nm,草酸陽極氧化膜的微孔直徑約為17nm,硫酸陽極氧化膜的微孔直徑約為12nm,這些是一定的;一個單元胞的尺寸大小可用下列公式表示:


單元胞(nm=2×壁厚系數(shù)(nm/V)×電壓(V+孔徑(nm


壁厚系數(shù)因陽極氧化溶液而不同,一般為1nm/V;然后,可計算得到陽極氧化膜表面的單元胞或微孔的數(shù)量,硫酸陽極氧化膜中每平方厘米存在200~700億個或更多的單元胞或微孔;

鋁型材陽極氧化膜的微孔孔徑和壁厚
電解質(zhì)
濃度/%
溫度/℃
孔徑/nm
壁厚洗漱/(nm/V)
硫酸
15
10
12
0.80
草酸
2
24
17
0.97
鉻酸
3
38
24
1.09
磷酸
4
24
33
1.00

鋁型材陽極氧化膜的微孔孔徑和壁厚)

鋁型材陽極氧化膜單元胞或微孔數(shù)量
電解質(zhì)
濃度/%
溫度/℃
電壓/V
單元胞或微孔量
硫酸
15
10
15
77.2
硫酸
15
10
20
51.8
硫酸
15
10
30
27.7
草酸
2
24
20
35.6
草酸
2
24
40
11.6
草酸
2
24
60
5.7
鉻酸
3
49
20
21.7
鉻酸
3
49
40
8.1
鉻酸
3
49
60
4.2
磷酸
4
24
20
18.8
磷酸
4
24
40
7.8
磷酸
4
24
60
4.2

鋁型材陽極氧化膜單元胞或微孔數(shù)量)

12μm厚的硫酸陽極氧化膜的微孔直徑和膜厚的比約為1:1000;可以認為鋁型材陽極氧化膜是由鋁型材上與陽極氧化膜厚度等長的毛細管,以每平方厘米數(shù)十億個到數(shù)百億個微孔排列而成;


因此很容易推斷,這是由毛細現(xiàn)象賦予吸附性的陽極氧化膜;

而且,有研究表明,微孔的孔徑也不是一定的,它與氧化電壓成比例增加;


2:未封孔處理陽極氧化膜的性能

未封孔陽極氧化膜的優(yōu)點列舉如下:

①與鋁型材相比,硬度和耐磨性能格外優(yōu)異;

②可通過外加陽極氧化電壓控制陽極氧化膜結構,得到附著性良好的陽極氧化膜;

③利用陽極氧化膜的微孔,能夠很容易進行染色或電解著色;


此外,由于未封孔陽極氧化膜具有無數(shù)微孔的多孔結構,因此也具有以下缺點:

①容易附著指紋、污染物,也容易吸附腐蝕性物質(zhì),因此耐腐蝕性差;

②容易被陽極氧化溶液污染,發(fā)生腐蝕,形成沾染、垂紋、斑點等;

③染料有時溢出,耐光性差;

④因濕度高導致電性能不穩(wěn)定;

陽極氧化膜在開發(fā)之初是作為耐熱絕緣材料而被研發(fā)的;但是,在所希望的防腐蝕用途上,由于具有上述缺點而不能使用,鋁型材陽極氧化膜的用途也因此受到了限制;


3:封孔處理方法的開發(fā)

如上所述,由于鋁型材陽極氧化膜極富吸附性,如果不進行封孔,容易產(chǎn)生污染或腐蝕等缺陷,也就看不到鋁型材陽極氧化工業(yè)的發(fā)展了;


漱藤象二、宮田聰在偶然的機會中發(fā)明了使用高壓水蒸氣處理的封孔處理方法,并于19295月在日本召開的萬國工業(yè)會議上發(fā)表了;將鋁型材陽極氧化膜放入高壓水蒸氣中進行處理,因為氧化鋁的水合反應而使其體積膨脹阻塞微孔;因此,鋁型材陽極氧化膜的吸附性降低,耐腐蝕性和耐污染性得以明顯提升;


受世界領先發(fā)明“高壓水蒸氣處理方法”的啟發(fā),隨后在歐美相繼開發(fā)了鉻酸鹽/重鉻酸鹽封孔處理方法、沸水封孔處理法、鎳鹽封孔處理法等方法;使用高壓水蒸氣處理的封孔處理方法的發(fā)展,使鋁型材陽極氧化膜的應用成為可能;可以毫不夸張地說,它關系到今天鋁型材陽極氧化工業(yè)的崛起;


4:典型的封孔處理方法

鋁型材陽極氧化膜的微孔被封閉后就失去了活性,改善了耐腐蝕性、耐污染性、耐酸性、耐候性和耐光性等物理化學性質(zhì)的處理就是所謂的封孔處理;在陽極氧化處理的工藝中,封孔處理作為必需的后處理工藝;而典型的封孔處理方法,如初期開發(fā)的高壓水蒸氣處理法、沸水處理法、鉻鹽酸/重鉻酸鹽處理法、鎳鹽處理法等處理方法現(xiàn)在依然在使用著;


但是近年來,需要考慮對環(huán)境和健康的影響,開始采用三價鉻酸鹽代替含六價鉻的鉻酸鹽/重鉻酸鹽進行鋁型材封孔處理,鎳鹽等重金屬鹽封孔也成為問題;這就需要開發(fā)高溫、長時間水合處理的替代方法,開始使用盡可能節(jié)約能耗型氟化鎳處理的常溫封孔,更節(jié)能且速度更快的鋰鹽封孔處理也開始被研究;

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