第五章 陽極處理(anodizing) 5.1 簡介 5.2 陽極處理的應用 5.3 鋁陽極處理電解液

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1 第五章 陽極處理(anodizing) 5.1 簡介 5.2 陽極處理的應用 5.3 鋁陽極處理電解液
5.4 陽極處理鍍層著色(coloring Anodic Coating ) 5.5 封孔(sealing ) 5.6 鋁陽極處理設備

2 6.1 簡介 1.陽極氧化的意義： （1）在正極（陽極）金屬上通入電流電解，使 （2）陽極氧化最多的金屬為鋁、鎂和其合金，
其氧化生成安定地表層或塗層之技術稱之。 （2）陽極氧化最多的金屬為鋁、鎂和其合金， 其餘尚有鈦、鈹等。 （3）陽極氧化處理所形成之氧化膜常為多孔狀 結構，可吸收染料，因此可以染色。

3 2.陽極氧化處理技術： （1）陽極氧化處理可用交流或直流電或兩 者合併使用而在鋁或其他金屬上由許多 不同電解液來形成。
（2）常用電解液有硫酸、鉻酸、草酸、或 某些有機酸。 （3）最常用鋁或鋁合金之陽極氧化處理為硫酸液 直流電解。

4 a.當鋁在硫酸、鉻酸中作為陽極，而通電流時，則其表
3.陽極氧化膜的特性： （1）氧化膜之形成 a.當鋁在硫酸、鉻酸中作為陽極，而通電流時，則其表 面上會有氧氣形成，其中部分氧會吸附在鋁的表面上 與鋁作用，並形成緻密Al2O3膜，此膜成長至一定厚度 後就不再成長約200埃，這層膜稱為屏障膜（barrier film）。 b. 在屏障膜上會形成若使用之電解液和膜之間有溶劑 效應，則會生成六角形微孔結構之外層Al2O3膜。

5 氧化膜之形成

6 2.陽極氧化膜之特性 (1)基本上陽極膜系由兩種化合物所組成： A：底層屏障膜。 B：呈多孔性結構之外層
(2)這兩層氧化物之化性及物性則相同。陽極氧化膜具有一種固定的細胞結構、細胞的大小決定 於電鍍液之種類及形成之電壓。 (3)屏障膜雖薄，但在抗腐蝕性及電解特性上有很大影響。

7 5.2 陽極處理的應用 1.耐腐蝕(corrosion resistance):金屬的氧化物較金屬更安定, 所以更耐腐蝕。
2.塗裝附著性(paint adhesion) :太空及軍事零件規格。 3.電鍍鋁:鋁經陽極處理後適合電鍍,因鋁陽極處理表面為不連續氧化鋁層,含許多孔,在磷酸鍍浴中會形成導電性變成可電鍍,而許多孔產生內鎖反應 (interlocking)鍍層附著性加強。 4.裝飾(decorative appearance):用不同鋁合金,前處理,陽極處理系統可得非常耐久的各種裝飾性表面。

8 5.2 陽極處理的應用 (續) 5.電絕緣(electrical insulation):陽極處理鍍層絕緣性很好並可耐高溫而不必改變,應用在電容器(capasitor)工業上 。 6.照相底板(photographic substrates):陽極處理所形成的多孔表面,將感光性物質(light-sensitive materials)滲入孔中可得到如同照相底片(photographic film) 。 7.發射性及反射性(emissivity and reflectivity)太空(aerospace),電子(electronics)及機械(machinery)等光熱應用上。 8.耐磨性(abrasion resistance),低溫(-4~10℃)之硫酸電解液陽極處理可得非常硬的    陽極鍍層(hard anodic coating)具有耐磨特性,應用在齒輪(gears),活塞(pistons),    葉片(fanblade),燃料噴角(fuel nozzles) 。 9.表面分析(surface analysis):鋁基材在鉻酸(chromic acid)做陽極處理可檢測出表面缺陷(surface flaw)用來研究鋁材料的冶金性質(metallurgical characteristics) 。

9 5.3 鋁陽極處理電解液 1.傳統硫酸電解液(conventional sulfuric acid anodizing electrolyte):用在裝飾及防護(protective),厚度在2.5~30μm 其配方如下 : 硫 酸 :H2SO4 12~25wt% 浴 溫 21℃ 電流密度 260A/m 電 壓 12~22V 2.鉻酸陽極處理電解液(chromic acid anodizing Electrolyte)此浴較少用在裝飾性, 主要用在塗裝,特別是軍事零件,鍍層厚度約10μm,其配方如下 鉻 酸 chromic acid 3~10% 浴 溫 40 ℃ 電 壓 慢慢調高 (30分鐘) 0~40V 電流密度 0.3~0.5A/dm2

10 5.3 鋁陽極處理電解液(續) 3.磷酸陽極處理液(phosphoric acid anodizing Electrolyte)此浴主要用在電鍍,產生大量的孔加強鍍層附著性,其配方如下    磷 酸 Phosphoric acid 3~20 Vol %    浴 溫 30~35℃    電 壓 50~60V    時 間 15~30min 4.硬質陽極處理液(hard anodizing Electrolyte)此浴係將氧化物膜溶解速率降低使氧化鍍層厚度大於250μm得到非常硬且耐磨的表面,其配方如下 硫 酸 Sulfuric acid 15Vol 浴 溫 temperature 0~3℃ 電流密度 current density 2~2.5A/dm2 電 壓 20~60V 時 間 60~200分

11 5.3 鋁陽極處理電解液(續) 5.草酸陽極處理液(oxalic acid anodixing Electrolyte)此浴可得黃色鍍層(yellow coatings)比傳統硫酸浴陽極處理鍍層硬,其配方如下 草 酸 3~10 wt% 浴 溫 24~35 ℃ 電流密度 1~2 A/dm 時 間 40~60分 6.磺化有機酸(sulfonated Organic Acid )硫酸混合陽極處理液,此浴可得青銅(bronze)金色(gold),灰色(gray)及黑色陽極處理鍍層,其鍍層較傳統硫酸浴的鍍層緻密(dense)且硬(hard)

12 5.4 陽極處理鍍層著色 著色方法有電解(Electrolytic procedure),有機染色(organic dyes),
無機染色(inorganic pigments)及電鍍金屬(Electrolytically deposited metal)等方法

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14 5.5 封孔(sealing ) 封孔為陽極處理的後處理(postanodizing treatment) ,封孔是將鍍層的孔(pores)
封住成為沒有吸附性的表面(nonabsorptive)或將一些物質滲入鍍層孔內以改變或改進鍍層特性。 封孔過程(sealing process) 包掛溶解氧化物(dissolution)及氫氧化物(hydroxide)再沉(reprecipitation)在孔內或將他的物質沉積在孔內而形成具有特性的緻密表面 。

15 5.5 封孔(sealing )方法

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17 5.6 鋁陽極處理設備 1.電接觸(electrical contact):因陽極鍍層不易導 電,所以鋁的表面最初就須完全接觸。
  2.掛具(racks):用鋁或純鈦做掛具,要避免過熱 (overheating)及弧光(arcing),鋁掛具會形成氧 化物層可用苛性鈉(caustic soda)溶解掉再用。 3.冷卻(coolin)及攪拌(agitation),陽極處理會放出熱量,為維持操作溫度需用冷卻蛇管(cooling coil )或熱交換器(heat exchanger)冷卻控制溫度 ,攪拌可用空氣或機械攪拌。

18 5.6 鋁陽極處理設備 4.槽裏襯(tank linigs):316不鏽鋼,銻鉛(antimonial lead ),碲鉛(Tellurium Lead)被用做襯裏及陰極,內襯(inert lining)可用橡膠(rubber),塑膠(plastic),或玻璃(Glass) 5.電力供應(power supply):可由直流發電機(motor generators)或整流器(rectifiers)供應陽極處理所需要的電力, 一般需24v,但在硬質陽極處理及電解著色電壓可達到100v,最好能有定壓及定電流的控制(constant current and voltage ) 6.液霧排除(fume removal):需要有適當排風設備

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20 鈦材陽極氧化 利用定電壓直流電，將溶液中之鈦金屬或其合金作陽極氧化處理，所形成之氧化膜會因反射光及內部反射光的緩衝作用而發色。
較其他金屬可發出更鮮豔的顏色。

21 陽極氧化工程（鈦材） 欲被陽極氧化之鈦材鎖鍊 陽極氧化 使用特殊酸性液將表面洗浄後、 置放於正極浸泡於電解液中。

22 陽極氧化工程（鈦材）續 電解中 設定電圧、通電後慢々地會變色。 變漂亮。

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