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1、报告人: 郏景省 导 师: 王树东 研究员 Lab. For Energy & Environmental Engineering Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Sciences 2005年11月,Seminar I,铝阳极氧化及其应用,阳极 氧化,定义 原理,概述 应用,膜微孔 结构,膜生长 原理,实例 详解,概述,铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。 初期应用 表面改性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。 近期应用 精密分离膜:耐热、可调孔径、规整 AAO
2、模板:制作纳米功能材料,初期应用 1,耐磨耐腐蚀材料,建筑装饰材料,电绝缘材料,新方向:AAO模板,纳米孔径可调,高度有序结构,溶解 ?,功能材料,偏光器件2 微孔中沉积Ni,光照射到膜表面时, 会产生与孔垂直方向的光(H 偏光) 和与孔平行方向的光(V 偏光) ,二者光衰减常数不同。 光电材料3 微孔中沉积荧光物质 磁记录材料4 微孔中沉积Fe 、Co 等磁性金属,高度垂直磁性记录介体 湿度传感器5 阳极氧化膜所吸附的水分不同,其电阻会改变 催化剂载体6 大比表面积,有序孔结构,2.Saito M , Kirihara M , Searson P C , et al. J . Appl.Ph
3、ys Lett , 1989 , 55 (7) : 607. 3.水木一成等. 金属表面技术,1987 ,38 (12) :561563 4.Chiena C L , Sun L. J . J Magn Magn Mater , 2002 ,249 : 146-155. 5.Davydov D N , Sattari P A , Osika A , et al. J . J Appl.Phys , 1999 , 86 (7) : 398323987. 6.Patermarakis1 G, Nicolopoulos N. J . J Catal , 1999 ,187 : 3112320.,铝阳
4、极氧化的一般原理,阳极:铝或铝合金制品 阴极:在电解溶液中化学稳定性高的材料 铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。 在阴极上 在阳极上,阳极氧化膜的微观结构,阳极氧化膜分类 阻挡型氧化膜 多孔型氧化膜 KHR模型 KHR修正模型 三层结构模型,KHR模型7,电子显微镜,7. Loomans M , et al. J . Journal of Elect ronic Material ,1994 ,23 (8) :741,特例 现象,六边形膜胞 星形中心孔 膜胞沿着垂直铝基体表面的垂直电场方向生长,KHR修正模型8,高倍透射电镜,圆形中心孔 指出AAO结构取决于氧化电压、电解液、温度等相关参
5、数,广泛 接受,8. OSullivan J P , Wood G C. J . Proc R Soc London , 1970 ,A(317) : 511,微孔 结构,生长 机理,阳极氧化膜的生长机理,电场支持下的溶解模型 临界电流密度模型 体膨胀应力模型,电场支持下的溶解模型9,该模型认为:在酸性电解溶液中,铝的阳极化过程包括阻挡层形成、阻挡层溶解和多孔层稳定生长3 个阶段。,恒压阳极氧化时电流密度时间变化曲线,时间,电流密度,9. 肖克来提. 无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究D . 中国科学院博士优秀论文,1999.,临界电流密度模型 10,观点:对于特定浓度与温度的电解液,阳极氧
6、化过程总存在一个临界电流密度J c,该临界值决定了氧化膜的类型。,10. Xu Y, Thompson G E , Wood G C. J . Trans Inst Met Finish , 1985 , 63 : 69,致密型; 无Al3 +损失,致密型;部分Al3 +损失,致密型;全 部Al3 +损失,多孔型;膜被侵蚀,体膨胀应力模型11,11. J essensky O , Muller F , Gosele U. J . Appl. Phys. Lett. , 1998 , 72 (10) : 1173,形成 氧化铝,产生 裂纹,电流密度增大 局部升温,裂纹 合拢,反复裂纹、合拢,圆形
7、膜孔 六方膜胞,六方排列能量最低 圆孔表面积最小,自组织原理,阳极氧化应用实例12,装饰材料的制备过程:,12. 中国阳极氧化与染色网 http:/ 处理过程包括: 脱脂 :除去表面油污赃物 碱蚀 :进一步清理表面附着的油污赃物;清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤 中和:用酸清洗,除去挂灰和残留碱液,以露出光亮基本金属表面,阳极氧化处理,以铝及其合金作为阳极,选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化,从而得到所需的氧化铝膜,染色处理,一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03m,而染料在水中分离成单分子,直径为0.0015-0.0030m,着色时染料被吸附在孔隙表面上
8、并向孔内扩散、堆积 染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色,经封孔处理,染料被固定在孔隙内。,封孔处理,提高铝件质量和染着色牢固。 经过封闭处理后表面变的均匀无孔,形成致密的氧化膜。 经封闭后的氧化膜不再具有吸附性,可避免吸附有害物质而被污染或早期腐蚀。,总结,表面 改性,功能 材料,缺陷 斑点,微孔结构 生长机理,参考文献,朱祖芳.铝阳极氧化的应用.电镀与涂饰. 1999,18 ( 1):40 Saito M , Kirihara M , Searson P C , et al. J . Appl.Phys Lett , 1989 , 55 (7) : 607. 水木一成等. 金属表面
9、技术,1987 ,38 (12) :561563 Chiena C L , Sun L. J . J Magn Magn Mater , 2002 ,249 : 146-155. Davydov D N , Sattari P A , Osika A , et al. J . J Appl.Phys , 1999 , 86 (7) : 398323987. Patermarakis1 G, Nicolopoulos N. J . J Catal , 1999 ,187 : 3112320. Loomans M , et al. J . Journal of Elect ronic Materi
10、al ,1994 ,23 (8) :741 OSullivan J P , Wood G C. J . Proc R Soc London , 1970 ,A(317) : 511 肖克来提. 无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究D . 中国科学院博士优秀论文,1999. Xu Y, Thompson G E , Wood G C. J . Trans Inst Met Finish , 1985 , 63 : 69 J essensky O , Muller F , Gosele U. J . Appl. Phys. Lett. , 1998 , 72 (10) : 1173 中国阳极氧化与染色网 http:/