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添加剂对阳极氧化铝膜性能的影响研究

董春晓  
【摘要】: 阳极氧化铝膜在建筑、装饰、航空等领域具有广阔的应用前景。本文结合添加剂在提高阳极氧化膜耐蚀性能方面的研究现状,对稀土盐和有机物两种添加剂及其复合添加剂对氧化膜性能的影响进行研究。 本文选取Ce(SO_4)_2、La_2(SO_4)_3、草酸、柠檬酸、甘油作为单一添加剂分别加入硫酸电解液中,并采用传统的阳极氧化工艺制备出多孔氧化铝膜。通过所得氧化膜厚度、硬度及耐蚀性测试,并以耐蚀性为主要评价指标,优选出最佳单一添加剂为硫酸高铈,并确定其最佳添加量为1mmol/L。通过测定氧化膜的硬度、厚度、耐蚀性随氧化时间的变化规律,确定最佳氧化时间为1h。 在含有硫酸高铈的硫酸电解液中分别加入草酸、柠檬酸、甘油三种具有代表性的有机添加剂,通过对所得阳极氧化膜的厚度、硬度、耐蚀性的研究,并以耐蚀性为主要评价指标,优选出与铈盐有最佳协同效应的有机添加剂种类为柠檬酸,其最佳添加量为0.6mol/L,并且得到复合添加剂在提高氧化膜的耐蚀性能方面优于单一添加剂。氧化过程的电流-时间曲线及电化学阻抗的研究结果表明,单一和复合添加剂均不改变阳极氧化的过程,却使阻挡层的厚度增加,从而使膜的耐蚀性增强。但加入复合添加剂后,所得膜在NaCl中的耐蚀机制发生改变,生成的大分子络合物堵塞孔口,从而使其耐蚀性进一步加强。 随后对硫酸、硫酸+硫酸高铈、硫酸+硫酸高铈+柠檬酸三种电解液中所得氧化铝膜的性能进行了比较。通过化学浸蚀法得到:三种膜在中性、酸性、碱性介质中的耐蚀性顺序为中性>酸性>碱性。通过TEM、XRD、EDS测试技术对添加剂作用下所得氧化膜的表面形貌、结构及组成进行分析,结果表明添加剂的加入,使氧化膜的孔径减小、孔壁增厚、孔隙率降低,从而使其耐蚀性增大,但对膜的非晶态结构及组成没有影响。 最后通过对三种电解液中离子形态的分析,并结合氧化过程中电流-时间曲线的特点和电化学阻抗技术的研究结果,初步探讨了添加剂在阳极氧化过程中可能的作用机制。由于稀土离子具有较高的价态和较正的标准氧化还原电位,在阳极氧化过程中对某些中间反应起到类似于催化剂的作用,使成膜速度加快,膜结构发生改变,从而有利于阳极氧化膜性能的提高。而复合添加剂的作用,则是因为铈盐与柠檬酸之间的协同效应生成稳定的络合物,这些络离子对氧化过程产生影响,使得氧化膜的阻挡层厚度、孔径、孔隙率等参数发生变化,进而影响氧化膜的耐蚀性。


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