阳极氧化铝膜

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铝的表面技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术,也是研究和开发最深入与最全面的技术。铝的阳极氧化膜具有一系列优越的性能,可以满足多种多样的需求,因此被誉为铝的一种万能的表面保护膜。
中文名
阳极氧化铝膜
地    位
应用最广与最成功
美    誉
铝的一种万能的表面保护膜
特    性
耐蚀性、耐磨性、装饰性等
学    科
化学

阳极氧化铝膜特性

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铝的表面技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术,也是研究和开发最深入与最全面的技术。铝的阳极氧化膜具有一系列优越的性能,可以满足多种多样的需求,因此被誉为铝的一种万能的表面保护膜。
铝阳极氧化膜的特性:
1) 耐蚀性。铝阳极氧化膜可以有效保护铝基体不受腐蚀,阳极氧化膜显然比自然形成的氧化膜性能更好,膜厚和封孔质量直接影响使用性能。
2) 硬度和耐磨性。铝阳极氧化膜的硬度比铝基体高得多,基体的硬度为HV100,普通阳极氧化膜的硬度约HV300,而硬度氧化膜可达到HV500。耐磨性与硬度的关系是一致的。
3) 装饰性。铝阳极氧化膜可保护抛光表面的金属光泽,阳极氧化膜还可以染色和着色,获得和保持丰富多彩的外观。
4) 有机涂层和电镀层附着性。铝阳极氧化膜是铝表面接受有机涂层和电镀层的一种方法,它有效地提高表面层的附着力和耐蚀性。
5) 电绝缘性。铝是良导体,铝阳极氧化膜是高电阻的绝缘膜。绝缘击穿电压大于30V/mm,特殊制备的高绝缘膜甚至达到大约200V/mm。
6) 透明性。铝阳极氧化膜本身透明度很高,铝的纯度愈高,则透明度愈高。铝合金材料的纯度和合金成分都对透明性有影响。
7) 功能性。利用阳极氧化膜的多孔性,在微孔中沉积功能性微粒,可以得到各种功能性材料。正在开发中的功能部件功能有电磁功能、催化功能、传感功能和分离功能等。

阳极氧化铝膜应用

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在铝的表面处理技术中,阳极氧化研究最深入,应用最广泛。铝合金挤压型材阳极氧化后广泛用于建筑物的门窗、幕墙和卷帘,新世纪初我国建筑用铝材接近铝总消费的30%,而建筑铝型材中阳极氧化技术占据市场60%以上。众所周知铝阳极氧化膜有两大类,一类是壁垒型膜,主要用于电解质电容器等方面;另一类是多孔型膜,使用面更加广阔。就多孔型阳极氧化膜而言,除了建筑和装饰用铝材之外,还有PS印刷版、光(热)反射器、工程用硬质阳极氧化膜等,应用面非常广泛。直接利用铝阳极氧化膜的可控制孔径和孔隙度的十分有规律多孔结构,掺入功能材料,制成一系列功能性阳极氧化膜,譬如电磁膜、分离膜、光电膜、催化膜、传感膜等。在垂直记录高密度磁盘、超微过滤介质、土壤湿度测量等方面已经得到应用。20世纪80年代,国外曾经对铝的功能性阳极氧化膜给予极大希望,专门召集过多次国际性学术会议,描绘出极其美好的前景。

阳极氧化铝膜电解着色

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电解着色膜,是指以硫酸一次电解的透明阳极氧化膜为基础,在含金属盐的溶液中用直流或交流进行电解着色的氧化膜,在日本也叫二次电解膜。它的意思是阳极氧化叫做一次电解,而电解着色叫做二次电解。在工业上开始得到推广的多色化技术,可以在一个电解着色槽中得到多种颜色。这是一种新型的利用干涉光效应的电解着色方法,由于在电解着色之前增加电解调整,在日本又称之为三次电解法。
电解着色膜的耐候性、耐光性和使用寿命比染色膜好得多,其能耗与着色成本又远低于整体着色膜,已经广泛用于建筑铝型材的着色。在20世纪60年代日本浅田法问世并工业化之后,交流电解着色技术以其氧化膜性能好、工业控制方便、操作成本较低而独占鳌头,成为建筑铝型材阳极氧化膜的首选着色方法。电解着色技术经过工业实践考验而不断发展和改进,着色电源更新,槽液成分稳定,工艺更加成熟,成本不断下降,规模日益扩大。电解着色技术在理论和实践方面都有很大进步,尤其表现在阳极氧化电解着色的工程上,今日之产业化工艺与早期文献专利已不可同日而语,国外已有若干种铝阳极氧化膜电解着色的总结性的专著出版。

阳极氧化铝膜染色

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铝及其合金制件经阳极氧化、电解着色后,尽管膜层具有耐磨、耐蚀、耐晒、不易褪色的特点,但毕竟色调尚显单调,只有古铜色、黑色、金黄色、枣红色等几种。虽然亦可以通过特殊的方法电解着色其他颜色,但往往工艺复杂、技术难度大、生产成本高、实际操作也不易掌握。而对于那些不需要户外使用的大量铝制日用品、室内用铝制工业品以及装饰品等则可以通过染色的方法使制品获得色彩缤纷的外观,满足现代社会人们审美的要求,也进一步加强了产品的市场竞争能力,更有效地发挥产品的功能和使用效果。
1923年,英国发表了铝的铬酸氧化膜采用有机染料染色的第一个专利。由于阳极氧化膜孔隙率高,吸附能力强,容易染色的特点,各种染色法便应运而生。染色法即是将刚阳极氧化后的铝工件清洗后立即浸渍在含有染料的溶液中,氧化膜孔隙因吸附染料而染上各种颜色。由于这种方法上色快、色泽鲜艳、操作简便;染色后经封孔处理,染料能牢固地附着在膜孔中,提高了膜层的防蚀能力、抗污能力以及可以保持美丽的色泽,为此染色法得到了迅速的发展和广泛的应用。

阳极氧化铝膜封孔

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建筑、装饰和保护用铝合金的阳极氧化基本上是生成多孔型阳极氧化膜,以建筑用6063铝合金的硫酸阳极氧化为例,孔隙率大致达到11%。这种多孔型阳极氧化膜的结构,是由紧贴金属基体的阻挡层与多孔层两部分所组成。这种多孔的特性虽然赋予阳极氧化膜着色和其他功能的能力,但是耐腐蚀性、耐候性、耐污染性等都不可能达到使用的要求,因此从实践应用考虑,铝阳极氧化膜的微孔必须进行封闭。未封闭的阳极氧化膜,由于大量微孔孔内的面积,使暴露在环境中的工件或试样有效表面积增加几十倍到上百倍,为此相应的腐蚀速度也大为增加。因此铝的阳极氧化膜除个别如耐磨的硬质氧化膜以外,从提高耐腐蚀性和耐污染性考虑,都必须进行封孔处理。
我国新国家标准对封孔的定义为“铝阳极氧化之后对于阳极氧化膜进行的化学或物理处理过程,以降低阳极氧化膜的孔隙率和吸附能力”。
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工业技术