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陽極氧化鋁是指在鋁及鋁合金表面鍍一層致密氧化鋁為了防止進(jìn)一步氧化,其化學(xué)性質(zhì)與氧化鋁相同。但是與一般的氧化膜不同,陽極氧化鋁可以用電解著色加以染色。
制備原理
陽極氧化鋁的制備原理是陽極效應(yīng)(又名陽極化處理)。
反應(yīng)機(jī)理
陽極效應(yīng)是熔鹽電解特有的現(xiàn)象,而以電解鋁生產(chǎn)表現(xiàn)猶為明顯。生產(chǎn)中當(dāng)陽極效應(yīng)發(fā)生時(shí),電解槽電壓急劇升高,達(dá)到20~50V,有時(shí)甚至更高。它的發(fā)生對(duì)整個(gè)電解系列產(chǎn)生很大影響,使電流效率降低,影響電解的各技術(shù)指標(biāo),且使鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量降低,破壞了整個(gè)電解系列的平穩(wěn)供電。在處理的方法上,不外乎有兩種:用效應(yīng)棒(木棒)熄滅,或降低陽極,增加氧化鋁的下料量,以達(dá)到熄滅陽極效應(yīng)的目的。還未發(fā)現(xiàn)有更好的處理方法。
陽極效應(yīng)的發(fā)生是由于隨著電解過程的進(jìn)行,電解質(zhì)中含氧離子逐漸減少,當(dāng)達(dá)到一定程度后,則有氟析出且與陽極炭作用生成炭的氟化物,炭的氟化物在分解時(shí)又析出細(xì)微的炭粒,這些炭粒附在陽極表面上,阻止了電解質(zhì)與陽極的接觸,使電解質(zhì)不能很好地濕潤陽極,就像水不能濕潤涂油的表面一樣,使電解質(zhì)-陽極間形成一層導(dǎo)電不良的氣膜,陽極過電壓增大,引起陽極效應(yīng)。當(dāng)加入新的氧化鋁后,在陽極上又析出氧,氧與炭粉反應(yīng),逐漸使陽極表面清靜,電阻減小,電解過程又趨于正常。
危害
在生產(chǎn)方面當(dāng)陽極效應(yīng)發(fā)生時(shí),電解質(zhì)的溫度急劇升高,由正常值的940℃~955℃急速升高到980℃~990℃,爐幫熔化變薄,增加了側(cè)部炭塊被侵蝕的可能性。電壓的急劇升高,使系列電流波動(dòng),影響電解槽的產(chǎn)量。電耗增加。生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的熄滅方法是:將效應(yīng)棒即(大約2~3米直徑2~4cm的樹枝)插入鋁液中使木棒燃燒排除陽極底掌的氣體薄膜,清潔陽極底部,實(shí)際是在燃燒鋁液,整個(gè)過程大約持續(xù)3~5分鐘,而此時(shí)電解的電化學(xué)過程是停止的,這也就是電解職工常說的"效應(yīng)時(shí)間不產(chǎn)鋁,而且還要跑電耗的"原因所在。因此造成鋁液的嚴(yán)重?fù)p失。以300KA中間下料預(yù)焙槽為例:效應(yīng)系數(shù)0.3次/槽日,效應(yīng)時(shí)間5min,電流效率93%,一個(gè)陽極效應(yīng)少產(chǎn)原鋁:300×0.3355×5÷60=8.4kg,每噸鋁電耗增加158kwh。 這種能量在生產(chǎn)中大多轉(zhuǎn)化為熱能,使電解槽極距間溫度急劇升高,進(jìn)而向陽極四周傳導(dǎo),使的電解槽溫度升高,引起電解質(zhì)中氟化鋁的大量揮發(fā)。因此傳統(tǒng)的陽極效應(yīng)法已不能適應(yīng)當(dāng)今現(xiàn)代電解槽生產(chǎn)。
在環(huán)境方面鋁電解生產(chǎn)中,陽極效應(yīng)還伴隨著對(duì)大氣臭氧層有破壞性的PFCs(CF4·C2F6)氣體的產(chǎn)生。當(dāng)今西方發(fā)達(dá)國家對(duì)鋁電解的環(huán)保要求極為嚴(yán)格。
生產(chǎn)工藝
1. 機(jī)械拋光;
2. 化學(xué)處理去掉某些合金表面的銅成分;
3. 清洗去油(對(duì)于已經(jīng)陽極化的零件,若需要重新陽極化,是用堿或者專用藥劑去掉原來的陽極化表層);
4. 放入稀硫酸中作為陽極進(jìn)行通電,生成表面氧化層(是多孔性的,為白色半透明薄膜);
5. 染色;
6. 固定(加熱或者用鉻酸鹽溶液使表面氧化層的孔封閉)。