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1、 报告人：报告人： 郏景省郏景省 导导 师：师： 王树东王树东 研究员研究员Lab. For Energy & Environmental EngineeringDalian Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of Sciences2005年年11月月Seminar I铝阳极氧化及其应用铝阳极氧化及其应用阳极阳极氧化氧化定义定义原理原理概述概述应用应用膜微孔膜微孔结构结构膜生长膜生长原理原理实例实例详解详解概述概述l铝铝阳阳极极氧氧化化技技术术是是用用铝铝金金属属制制件件作作阳阳极极, ,在在电电解解作作用用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜
2、的过程。下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。l初期应用初期应用u表表面面改改性性耐耐磨磨性性、耐耐蚀蚀性性、电电气气绝绝缘缘性性, ,表表面面色色泽泽美美观。观。l近期应用近期应用u精密分离膜：耐热、可调孔径、规整精密分离膜：耐热、可调孔径、规整uAAO模板：制作纳米功能材料模板：制作纳米功能材料 初期应用初期应用 1 耐磨耐腐蚀耐磨耐腐蚀材料材料建筑装饰材建筑装饰材料料 电绝缘材料电绝缘材料新方向：新方向：AAO模板模板纳米孔径纳米孔径可调可调高度有序高度有序结构结构功能材料功能材料精密分离膜精密分离膜溶解溶解？功能材料功能材料 l偏光器件偏光器件2 u微微孔孔中中沉沉积积Ni，光光照照射
3、射到到膜膜表表面面时时, 会会产产生生与与孔孔垂垂直直方方向向的的光光(H 偏偏光光) 和与孔平行方向的光和与孔平行方向的光(V 偏光偏光) ，二者光衰减常数不同。，二者光衰减常数不同。l光电材料光电材料3 u微孔中沉积荧光物质微孔中沉积荧光物质l磁记录材料磁记录材料4 u微孔中沉积微孔中沉积Fe 、Co 等磁性金属等磁性金属,高度垂直磁性记录介体高度垂直磁性记录介体l湿度传感器湿度传感器5u阳极氧化膜所吸附的水分不同阳极氧化膜所吸附的水分不同,其电阻会改变其电阻会改变l催化剂载体催化剂载体6 u大比表面积，有序孔结构大比表面积，有序孔结构2.Saito M , Kirihara M , Se
4、arson P C , et al. J . Appl.Phys Lett , 1989 , 55 (7) : 607.3.水木一成等水木一成等. 金属表面技术金属表面技术,1987 ,38 (12) :5615634.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.
5、J . J Catal , 1999 ,187 : 3112320.铝阳极氧化的一般原理铝阳极氧化的一般原理l阳极：铝或铝合金制品阳极：铝或铝合金制品 阴阴极极：在在电电解解溶溶液液中中化化学学稳稳定定性性高的材料高的材料l铝铝阳阳极极氧氧化化的的原原理理实实质质上上就就是是水水电解的原理。电解的原理。u在阴极上在阴极上u在阳极上在阳极上阳极氧化膜的微观结构阳极氧化膜的微观结构 l阳极氧化膜分类阳极氧化膜分类u阻挡型氧化膜阻挡型氧化膜u多孔型氧化膜多孔型氧化膜uKHR模型模型uKHR修正模型修正模型u三层结构模型三层结构模型 KHR模型模型7 电子显微镜电子显微镜观观察察构构想想7. Loom
6、ans M , et al. J . Journal of Elect ronic Material ,1994 ,23 (8) :741特例特例现象现象l六边形膜胞六边形膜胞 l星形中心孔星形中心孔 l膜膜胞胞沿沿着着垂垂直直铝铝基基体体表表面面的的垂垂直直电电场场方方向向生长生长 KHR修正模型修正模型8 高倍透射电镜观观察察修修正正l圆形中心孔圆形中心孔l 指指出出AAO结结构构取取决决于于氧氧化化电电压压、电电解解液液、温度等相关参数温度等相关参数广泛广泛接受接受8. OSullivan J P , Wood G C. J . Proc R Soc London , 1970 ,A(3
7、17) : 511微孔微孔结构结构生长生长机理机理阳极氧化膜的生长机理阳极氧化膜的生长机理 l电场支持下的溶解模型电场支持下的溶解模型l临界电流密度模型临界电流密度模型 l体膨胀应力模型体膨胀应力模型 电场支持下的溶解模型电场支持下的溶解模型9 l该该模模型型认认为为：在在酸酸性性电电解解溶溶液液中中，铝铝的的阳阳极极化化过过程程包包括括阻阻挡挡层层形形成成、阻阻挡挡层层溶溶解解和和多多孔孔层层稳稳定生长定生长3 个阶段。个阶段。恒压阳极氧化时电流密度时间变化曲线恒压阳极氧化时电流密度时间变化曲线时间时间电电流流密密度度9. 肖克来提肖克来提. 无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究无铅焊料表面
8、贴装焊点的高温可靠性研究D . 中国科学院博士优秀论文中国科学院博士优秀论文,1999.临界电流密度模型临界电流密度模型 10 l观观点点：对对于于特特定定浓浓度度与与温温度度的的电电解解液液,阳阳极极氧氧化化过过程程总总存存在在一个临界电流密度一个临界电流密度J c，该临界值决定了氧化膜的类型。，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致密型致密型;无无Al3 +损失损失 致致密密型型;部部分分Al3 +损失损失 致密型致密型;全全部部Al3 +损失损
9、失 多多 孔孔 型型 ；膜被侵蚀膜被侵蚀体膨胀应力模型体膨胀应力模型1111. J essensky O , Muller F , Gosele U. J . Appl. Phys. Lett. , 1998 , 72 (10) : 1173形成形成氧化铝氧化铝产生产生裂纹裂纹电流密度增大电流密度增大局部升温局部升温裂纹裂纹合拢合拢反复裂纹、反复裂纹、合拢合拢圆形膜孔圆形膜孔六方膜胞六方膜胞六方排列能量最低六方排列能量最低圆孔表面积最小圆孔表面积最小 自组织原理自组织原理阳极氧化应用实例阳极氧化应用实例12 l装饰材料的制备过程：装饰材料的制备过程：12. 中国阳极氧化与染色网中国阳极氧化与染
10、色网 http:/ ：除去表面油污赃物：除去表面油污赃物u碱碱蚀蚀 ：进进一一步步清清理理表表面面附附着着的的油油污污赃赃物物；清清除除制制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤 u中中和和:用用酸酸清清洗洗,除除去去挂挂灰灰和和残残留留碱碱液液，以以露露出出光光亮基本金属表面亮基本金属表面阳极氧化处理阳极氧化处理 l以以铝铝及及其其合合金金作作为为阳阳极极，选选择择合合适适的的电电解解液液、阳阳极极化化温温度度、电电流流密密度度和和氧氧化化时时间间进进行行阳阳极极氧氧化化，从从而而得得到到所所需需的的氧氧化化铝铝膜膜染色处理染色处理l一一般般阳阳极极氧氧化化膜膜的的
11、孔孔隙隙直直径径为为0.01-0.03m，而而染染料料在在水水中中分分离离成成单单分分子子，直直径径为为0.0015-0.0030m，着着色色时时染染料料被被吸吸附附在在孔孔隙隙表表面面上上并并向孔内扩散、堆积向孔内扩散、堆积l染染料料与与氧氧化化铝铝进进行行离离子子键键、氢氢键键结结合合而而使使膜膜层层着着色色，经经封封孔孔处处理理，染染料料被被固固定定在在孔孔隙内。隙内。封孔处理封孔处理l提高铝件质量和染着色牢固。提高铝件质量和染着色牢固。l经经过过封封闭闭处处理理后后表表面面变变的的均均匀无孔，形成致密的氧化膜。匀无孔，形成致密的氧化膜。l经经封封闭闭后后的的氧氧化化膜膜不不再再具具有有
12、吸吸附附性性，可可避避免免吸吸附附有有害害物物质而被污染或早期腐蚀。质而被污染或早期腐蚀。总结总结表面表面改性改性功能功能材料材料缺陷缺陷斑点斑点微孔结构微孔结构生长机理生长机理参考文献参考文献1.朱祖芳朱祖芳.铝阳极氧化的应用铝阳极氧化的应用.电镀与涂饰电镀与涂饰. 1999，18 ( 1)：402.Saito M , Kirihara M , Searson P C , et al. J . Appl.Phys Lett , 1989 , 55 (7) : 607.3.水木一成等水木一成等. 金属表面技术金属表面技术,1987 ,38 (12) :5615634.Chiena C L ,
13、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 : 3112320.7.Loomans M , et al. J . Journal of Elect ronic Material ,1994 ,23 (8) :7418.OSullivan J
14、P , Wood G C. J . Proc R Soc London , 1970 ,A(317) : 5119.肖克来提肖克来提. 无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究D . 中国科学院博中国科学院博士优秀论文士优秀论文,1999.10.Xu Y, Thompson G E , Wood G C. J . Trans Inst Met Finish , 1985 , 63 : 6911.J essensky O , Muller F , Gosele U. J . Appl. Phys. Lett. , 1998 , 72 (10) : 117312.中国阳极氧化与染色网中国阳极氧化与染色网 http:/
