阻挡层与铝阳极氧化膜的剥离
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2013-07-11
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当铝阳极氧化的铝进行电解着色时,起初氢离子在铝阳极氧化膜微孔的阻挡层上阴极放电。如上所述,只要发生了金属沉积析出,以后氢离子的放电就在析出金属上进行了。研究表明,铝阳极氧化膜阻挡层是组成的半导体化合物。氢离子通过半导体氧化物,扩散到氧化膜下面的基体金属铝而放电。
随着氢离子的放电,原子复合形成分子态的氢气,这时体积相应增大10倍以上。由于氢气没有逸出的途径,气压必然逐渐增加直到阻挡层破裂,气体才得以逸出。铝阳极氧化膜一般以大致圆形的外观剥落,基体金属铝也有圆锥形的损伤。
铝阳极氧化膜的剥离实际并非铝铝阳极氧化的缺陷,只是在电解着色时才发生。
金属离子和氢离子的迁移速度,氢离子的迁移速度大约是一般金属离子迁移速度的10倍,这意味着氢离子到达微孔底部的速度比金属离子快得多,显然会发生所谓氧化膜的剥离。但是在电解着色中如果使用交流电压,则可以大大降低氧化膜剥离的发生。此时,由于一定频率外加交流电压的作用,位于铝阳极氧化膜微孔中的离子在微孔底部与外电极之间来回振动,因此降低了氢离子较高的离子迁移率,氢离子优先放电的机会减少了,到达微孔底部的氢离子数目与金属离子比较也大为减少。此外还应该注意到,一旦微孔底部存在足够的金属沉积物,它本身就作为氢离子通过铝阳极氧化膜阻挡层的屏障,起到了防止铝阳极氧化膜剥离的作用。
因此在电解着色的起始阶段,电流密度需要缓慢上升,以便有利于优先析出金属。在电解着色过程中,微孔底部发生氧化膜剥离的示意图。上面的微孔中,表示氢离子通过阻挡层放电,创造了容易发生铝阳极氧化膜剥离作用的条件。在中间的微孔中,表示只有金属离子的放电,阻挡层的损伤极小。在下面的微孔中,表示金属已经沉积在微孔底部,从而阻挡氢离子通过阻挡层,铝阳极氧化膜剥离的条件不再存在。实际上,交流电压的采用,加上电压缓慢上升(即 “软启动”),可以有效防止铝阳极氧化膜剥离的危险。
在通常的直流电解着色中,电流密度超过某一个数值后,金属离子在阴极表面析出的速度比该离子从溶液扩散进人微孔要快。其结果造成阴极附近电解液的浓度降低,形成一定的浓度梯度,妨碍了金属析出的均匀性。