阻擋層與鋁陽極氧化膜的剝離
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2013-07-11
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當(dāng)鋁陽極氧化的鋁進(jìn)行電解著色時,起初氫離子在鋁陽極氧化膜微孔的阻擋層上陰極放電。如上所述,只要發(fā)生了金屬沉積析出,以后氫離子的放電就在析出金屬上進(jìn)行了。研究表明,鋁陽極氧化膜阻擋層是組成的半導(dǎo)體化合物。氫離子通過半導(dǎo)體氧化物,擴(kuò)散到氧化膜下面的基體金屬鋁而放電。
隨著氫離子的放電,原子復(fù)合形成分子態(tài)的氫氣,這時體積相應(yīng)增大10倍以上。由于氫氣沒有逸出的途徑,氣壓必然逐漸增加直到阻擋層破裂,氣體才得以逸出。鋁陽極氧化膜一般以大致圓形的外觀剝落,基體金屬鋁也有圓錐形的損傷。
鋁陽極氧化膜的剝離實際并非鋁鋁陽極氧化的缺陷,只是在電解著色時才發(fā)生。
金屬離子和氫離子的遷移速度,氫離子的遷移速度大約是一般金屬離子遷移速度的10倍,這意味著氫離子到達(dá)微孔底部的速度比金屬離子快得多,顯然會發(fā)生所謂氧化膜的剝離。但是在電解著色中如果使用交流電壓,則可以大大降低氧化膜剝離的發(fā)生。此時,由于一定頻率外加交流電壓的作用,位于鋁陽極氧化膜微孔中的離子在微孔底部與外電極之間來回振動,因此降低了氫離子較高的離子遷移率,氫離子優(yōu)先放電的機會減少了,到達(dá)微孔底部的氫離子數(shù)目與金屬離子比較也大為減少。此外還應(yīng)該注意到,一旦微孔底部存在足夠的金屬沉積物,它本身就作為氫離子通過鋁陽極氧化膜阻擋層的屏障,起到了防止鋁陽極氧化膜剝離的作用。
因此在電解著色的起始階段,電流密度需要緩慢上升,以便有利于優(yōu)先析出金屬。在電解著色過程中,微孔底部發(fā)生氧化膜剝離的示意圖。上面的微孔中,表示氫離子通過阻擋層放電,創(chuàng)造了容易發(fā)生鋁陽極氧化膜剝離作用的條件。在中間的微孔中,表示只有金屬離子的放電,阻擋層的損傷極小。在下面的微孔中,表示金屬已經(jīng)沉積在微孔底部,從而阻擋氫離子通過阻擋層,鋁陽極氧化膜剝離的條件不再存在。實際上,交流電壓的采用,加上電壓緩慢上升(即 “軟啟動”),可以有效防止鋁陽極氧化膜剝離的危險。
在通常的直流電解著色中,電流密度超過某一個數(shù)值后,金屬離子在陰極表面析出的速度比該離子從溶液擴(kuò)散進(jìn)人微孔要快。其結(jié)果造成陰極附近電解液的濃度降低,形成一定的濃度梯度,妨礙了金屬析出的均勻性。