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铝型材阳极氧化膜层的性质
阳极氧化是使铝型材表面获得更高的硬度及赋予其功能性用途的有效方法,而这些都取决于阳极氧化膜的性能,氧化膜的性能取决于电解液的类型及氧化条件,其具体性能如下:
氧化膜的抗蚀性能取决于氧化膜层的性质,但其自身的厚度也很重要;不同的使用环境有不同的抗蚀要求,也就有了不同的厚度规定;一般情况下,室内小电器、衣架、工艺品等摩擦少、较少在室外使用的铝型材产品,氧化膜厚度在5~8μm;装饰材料如门窗、幕墙及中等摩擦物件如栏杆、扶梯等,氧化膜厚度在8~15μm;用于城市建筑、沿海建筑、船舶、化学容器、食品工业用具及容器等腐蚀性环境时,要求氧化膜厚度在15~35μm或更高;
(2)硬度:排列紧密而纯的氧化铝具有很高的硬度,而通过阳极氧化所得到的多孔的膜层硬度值要低得多,但相对于未经氧化的铝型材基体确实又有很高的硬度;其硬度高低与合金成分、电解液成分和工艺方法有很大关系;铝的纯度越高,获得的膜层硬度也越高,在相同材料下硬质阳极氧化所获得的膜层硬度是最高的;阳极氧化膜层不仅有较高的硬度,而且非常耐磨,特别是在铝型材表面松孔中吸附了润滑剂后,更能改善型材表面摩擦性能;
(3)结合力:阳极氧化膜由铝型材基体直接生成,与型材基体结合牢固,用一般机械方法难以除去,即使折断,氧化膜仍然留在型材上,比电镀层的结合力大得多;但阳极氧化膜层较脆,当受到较大冲击和弯曲变形时,氧化膜会呈网状开裂;所以氧化过的铝型材不允许重复进行压力加工和承受较大变形;
阳极膜层与铝型材基体的结合力主要与工艺条件有关,电解液温度过高,电流密度太大及前处理不良等都会影响膜层与铝型材基体的结合力;
(4)绝缘性:氧化膜层电阻率高,且随温度的升高而增大,是一种良好的绝缘材料,经阳极氧化的铝线可以绕制不同用途的线圈;用阳极氧化膜作绝缘材料,其优点有:氧化膜薄、耐高温、能抵抗水蒸气及其他腐蚀性气体的浸蚀作用;其缺点有:弹性较小、吸湿性较大、耐击穿电压低;
(5)可吸附性:阳极氧化膜层呈多孔结构,表现为在膜层中有很多的微孔,且这些微孔的活性较高所以具有很好的吸附性;可吸附各种染料,以染成各种颜色,作为表面装饰使用;在氧化膜上吸附了感光剂后,还可以制成各种图案和仪表刻度,这也是目前阳极氧化膜用途最为广泛的领域;氧化膜的孔隙用石蜡、干性油、树脂等填充后,可提高其润滑性能、防锈能力和电绝缘性能;
(6)热性能:氧化膜的热导率很低,是一种很好的绝热和抗热保护层,其散热系数显著低于金属,特别是厚的氧化膜更为明显;
由于氧化膜层的热导率很低,且热稳定性好(可达1500℃),在瞬间高温工作的铝型材零部件,由于氧化膜层的存在可防止铝型材基体表层热破坏;
(7)孔隙数与孔隙率:蜂窝状结构的孔组成多孔的氧化膜层,对于膜层的孔在这里有两个概念,一是孔隙数,二是孔隙率;孔隙数是指单位面积内毛细孔的个数;而孔隙率是孔隙体积与膜层单个晶胞尺寸之比;
氧化膜的很多性能都是由膜层的孔隙率所决定的,膜层孔隙率取决于电解液的溶解能力和膜层的生长速率,也就是说,膜层的孔隙率与电解液的类型和阳极化工艺条件密切相关;一般而言,硫酸氧化膜层1μm²大约有800个孔,孔径为15nm,孔隙率为13.4%,而草酸氧化膜层1μm²大约有60个孔,孔径为25nm,孔隙率为8%;
根据膜层多孔的性能,可以通过选择合适的电解液在铝型材上生成数百微米的多孔膜,然后再通过化学或电化学方式将多孔膜层从铝型材基体及阻挡层上剥离下来,就可得到可以用于分离的纳米级多孔膜,同时还可以将这些多孔膜组装起来用于制作纳米线的重要部件;
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