1：鋁型材氧化膜的生成機(jī)理

鋁型材表面電化學(xué)氧化膜的生成機(jī)理至今仍未完全得到解釋?zhuān)贿@是因?yàn)樵陉?yáng)極氧化過(guò)程中物理、電化學(xué)、化學(xué)等過(guò)程都在同時(shí)進(jìn)行，很難用簡(jiǎn)單的方式說(shuō)明陽(yáng)極氧化膜的形成機(jī)理；但公認(rèn)的是由兩種不同的反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行來(lái)完成的，一種是電化學(xué)

反應(yīng)，一種是化學(xué)反應(yīng)；

①陽(yáng)極反應(yīng)；陽(yáng)極反應(yīng)實(shí)際上是一個(gè)析氧反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

4OH^-—4e^-→2H2O+2[O]

陽(yáng)極析出的初生態(tài)氧一方面立即在陽(yáng)極對(duì)鋁型材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成薄而致密的氧化鋁膜層，并放出大量的熱，其反應(yīng)式如下：

2Al+3[O]=Al2O3+1675.5J

另一方面結(jié)合生成O2析出，其反應(yīng)式如下：

2[O]=O2↑

這一過(guò)程與電壓及電流密度的大小有密切關(guān)系；如果電壓高，相應(yīng)電流密度大，陽(yáng)極析氧太快，以至于還來(lái)不及和鋁型材發(fā)生氧化反應(yīng)就以氧的形式析出，這將不利于氧化的正常進(jìn)行；電壓過(guò)低，相應(yīng)電流密度小，不利于陽(yáng)極初生態(tài)氧的析出，使鋁型材表面難以形成氧化膜層；當(dāng)電壓繼續(xù)降低，析氧過(guò)程將停止；

②陰極反應(yīng)：在陰極上主要是析氫反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

2H^++2e^-→2[H]

2[H]=H2↑

當(dāng)鋁型材中的其他高電位金屬元素在陽(yáng)極溶解后，也有可能在陰極沉積析出；

（2）化學(xué)反應(yīng)：陽(yáng)極氧化的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)際上就是電解液對(duì)氧化膜的溶解反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

Al2O3+6H^+=2Al^3++3H2O

這是氧化膜得以生長(zhǎng)的先決條件，如果沒(méi)有這一過(guò)程的進(jìn)行，只能得到薄而致密的阻擋層；沒(méi)有氧化膜的溶解，鋁型材表面將很快被薄而致密的阻擋膜層覆蓋，使鋁型材基體表面和電解液隔離；同時(shí)阻擋層的高阻狀態(tài)使陰極和陽(yáng)極近乎斷路，電化學(xué)反應(yīng)也將隨之而終止，從而終止鋁型材氧化膜的繼續(xù)生長(zhǎng)；

陽(yáng)極氧化膜的正常形成必須有兩個(gè)相輔相成的過(guò)程，即氧化膜的生成和氧化膜的溶解；只有這兩個(gè)過(guò)程密切配合，才能得到具有所需性質(zhì)及厚度的氧化膜層；從陽(yáng)極氧化的兩個(gè)反應(yīng)可以看出，電化學(xué)反應(yīng)決定初態(tài)氧化膜的形成；化學(xué)反應(yīng)決定氧化膜的溶解速度及膜層的性能；很明顯，要想得到一定厚度的氧化膜層，就必須使氧化膜的生長(zhǎng)速度大于氧化膜的溶解速度；所以在氧化過(guò)程中，對(duì)氧化工藝條件的控制就顯得尤其重要；

2：鋁型材氧化膜的成膜過(guò)程

陽(yáng)極氧化膜由致密的阻擋層和多孔的蜂窩狀外層組成，多孔的蜂窩狀外層是在具有介電性質(zhì)的致密的阻擋層上成長(zhǎng)起來(lái)的；在電鏡下，膜層的縱截面幾乎全部都呈與鋁型材表面垂直的管狀孔，這些管狀孔貫穿膜外層直至型材界面的阻擋層；這些管狀孔的密集狀態(tài)隨電解液成分及陽(yáng)極氧化條件不同而異，現(xiàn)分別討論如下；

（1）阻擋層：鋁型材在陽(yáng)極氧化過(guò)程中，靠近型材基體的一邊，在高電壓下，阻擋層首先形成；其厚度隨著電壓的增大而增加，隨著電解液二次溶解能力的提高而減少；這層膜由純度較高的Al2O3組成，該膜層致密且薄，硬度高，所以又稱(chēng)阻擋層；阻擋層的厚度一般不大于膜層總厚度的0.2%~2%；阻擋層的厚度受電解電壓、電解液濃度及電解液溫度的影響；

阻擋層的厚度隨著電壓的升高而增加，并一直到極限電壓；極限電壓根據(jù)材料不同及氧化條件不同而異，在30V到60V之間；

電解液濃度低時(shí)，溶解作用弱，相應(yīng)的阻擋層較厚，并隨著電解液濃度的增大而減薄，當(dāng)達(dá)到90%時(shí)，幾乎已無(wú)膜生成；

電解液溫度低，對(duì)膜的溶解作用弱，相應(yīng)的阻擋層較厚，升高電解液溫度，阻擋層厚度減??；阻擋層厚度在電解開(kāi)始后的5s左右即可達(dá)最大值，約20s后基本停止變化并直到氧化結(jié)束；

（2）蜂窩狀結(jié)構(gòu)層：靠近電解液的一邊是由Al2O3和γ-Al2O3·H2O組成的膜層，和阻擋層相比硬度較低，且成蜂窩狀結(jié)構(gòu)；氧化膜層的外層之所以具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，是電解液對(duì)在孔底形成的單個(gè)晶胞的作用所致，也即二次溶解；也正因?yàn)橛蟹涓C狀結(jié)構(gòu)的存在，才能保證電解液的流通，使鋁型材基體上能繼續(xù)不斷地生長(zhǎng)出氧化膜；其溶解過(guò)程可以認(rèn)為是阻擋層氧化物因電解過(guò)程加熱的作用而發(fā)生裂紋，電流在裂紋部位流過(guò)，導(dǎo)致溶液溫度升高，使裂紋周邊的氧化層溶解；在成膜初期，單排的氧化晶胞先在初期的氧化層里電阻最低的晶粒界面處形成，接著在晶粒界面處繼續(xù)形成另一些單排晶胞，最終形成蜂窩狀組織；

鋁型材陽(yáng)極氧化膜的形成過(guò)程是非常復(fù)雜而又難以定量化的，目前也并沒(méi)有一個(gè)可以為大眾所接受的理論；陽(yáng)極氧化膜并不能無(wú)限制地生長(zhǎng)，隨著氧化膜厚度的增加，體電阻增大，電壓相應(yīng)升高，發(fā)熱量增大，同時(shí)外層的溶解速度增大，并最終停止生長(zhǎng)；其最大氧化膜厚度依不同的電解液組成、濃度、溫度而異；