常规阳极氧化工艺普遍采用硫酸电解液,由于阳极氧化过程中持续产生热量不可避免地使电解液温度升高。若电解液温度过高必然加剧阳极氧化膜溶解,导致形貌质量和耐腐蚀性能很差,甚至无法成膜。为了获得满足使用要求的阳极氧化膜,在阳极氧化过程中必须通过制冷或采取其他降温措施将硫酸电解液温度控制在许用范围内。这无疑增加了能耗,并且提高阳极氧化工艺成本。
电解液温度为 20~25 ℃范围内,采用常规电解液能获得完全覆盖基体的阳极氧化膜,但是阳极氧化膜表面存在一些尺寸为微米级的较大凹坑,局部明显凹陷,表面致密性较差。尤其是电解液温度为 25 ℃时制备的阳极氧化膜,表面存在许多凹坑,结构疏松。
当电解液温度升高到30 ℃,阳极氧化膜表面粉化,其形貌特征类似于表面覆盖一层团聚状粉末,局部甚至出现烧焦现象,无法完整成膜,常规阳极氧化温度上限为25 ℃左右。
采用含三乙醇胺的电解液在20~30 ℃温度范围内都能实现在铝铜合金表面完整成膜,并且三乙醇胺单独使用改善了阳极氧化膜的致密性,阳极氧化膜表面的凹坑缩小并且变浅。研究表明,三乙醇胺可以用作金属缓蚀剂,吸附在铝铜合金表面起到减轻溶解程度的作用。此外,三乙醇胺还是一种铝离子络合剂,在电解液中能与铝离子发生反应形成稳定络合物,反应方程式为:Al 3+ +3C6H15NO3→[Al(C6H15NO3 )3 ]。 络合物具有大分子尺寸和较复杂的空间构型,参与阳极氧化成膜过程可以填充多孔层的孔洞,从而降低阳极氧化膜的孔隙率,改善致密性。随着电解液温度从 20 ℃升高到 30 ℃,阳极氧化膜表面的凹坑尺寸增大且数量增多,致密性变差。这是由于电解液温度升高导致阳 极氧化过程中释放的热量增多,造成阳极氧化膜的 溶解程度加重。当电解液温度升高到35 ℃,阳极氧化膜表面不同区域出现团聚状粉末,无法完整成膜。由此推断,三乙醇胺作为添加剂 单独使用将阳极氧化温度上限提高到30 ℃左右。
采用含硫酸铈的电解液在20~35 ℃温度范围内都能实现在铝铜合金表面完整成膜,并且硫酸铈单独使用同样起到改善阳极氧化膜致密性的作用。硫酸铈在电解液中水解产生铈离子,能起到弥散基体表面电流和热量分布的作用,同时促进成膜过程中热量散失,从而减轻阳极氧化膜的溶解程度, 有利于获得致密的阳极氧化膜。此外,铈离子具有较正的氧化还原电位,在阳极氧化过程中对某些中间反应起到催化作用促进成膜过程,使阻挡层增厚且多孔层变得致密,因此阳极氧化膜的致密性得 到改善。但随着电解液温度从 20 ℃升高到 35 ℃, 阳极氧化膜的致密性也呈现变差趋势。当电解液温度升高到40 ℃,实验过程中发现阳极氧化膜表面不同区域出现团聚状粉末,无法完整成膜。由此推断, 硫酸铈作为添加剂单独使用将阳极氧化温度上限提高到35 ℃左右。
深圳万佳原精化科技股份有限公司致力于阳极氧化药水和助剂的研发与生产,已成功应用于苹果、三星等知名品牌产品代工厂,助其提升品质、降低成本,尤其在提高氧化膜成膜速度、提高耐酸碱抗蚀性、防止膜裂等方面有丰富的经验。