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铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极, ,在电解作在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的
2、过程。用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表面改性表面改性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性, ,表面色泽美表面色泽美观。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微孔中沉积微孔中沉积Ni，光照射
3、到膜表面时，光照射到膜表面时, 会产生与孔垂直方向的光会产生与孔垂直方向的光(H 偏光偏光) 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 ,
4、 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 , 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
5、N. 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 阴极：在电解溶液中化学稳定性阴极：在电解溶液中化学稳定性高的材料高的材料l铝阳极氧化的原理实质上就是水铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。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察观察构想构想7.
6、Loomans 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膜胞沿着垂直铝基体膜胞沿着垂直铝基体表面的垂直电场方向表面的垂直电场方向生长生长 KHR修正模型修正模型8 高倍透射电镜观察观察修正修正l圆形中心孔圆形中心孔l 指出指出AAO结构取决于结构取决于氧化电压、电解液、氧化电压、电解液、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 , 197
7、0 ,A(317) : 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该模型认为：在酸性电解溶液中，铝的阳极化该模型认为：在酸性电解溶液中，铝的阳极化过程包括过程包括阻挡层形成阻挡层形成、阻挡层溶解阻挡层溶解和和多孔层稳多孔层稳定生长定生长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流密度电流密度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
8、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观点：对于特定浓度与温度的电解液观点：对于特定浓度与温度的电解液,阳极氧化过程总存在阳极氧化过程总存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 致密型致密型;部部分分Al3 +损失损失 致密型致密型;全全部
9、部Al3 +损失损失 多 孔 型 ；多 孔 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
10、化与染色网中国阳极氧化与染色网 http:/ ：除去表面油污赃物：除去表面油污赃物u碱蚀碱蚀 ：进一步清理表面附着的油污赃物；清除制：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品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤 u中和中和:用酸清洗用酸清洗,除去挂灰和残留碱液，以露出光除去挂灰和残留碱液，以露出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以铝及其合金作为阳极，以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化，氧化时间进行阳极氧化，从而得到所需的氧化铝从而得到所需的氧化铝膜膜染色处理染
11、色处理l一般阳极氧化膜的孔隙直一般阳极氧化膜的孔隙直径为径为0.01-0.03m，而染料在，而染料在水中分离成单分子，直径水中分离成单分子，直径为为0.0015-0.0030m，着色时，着色时染料被吸附在孔隙表面上染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积并向孔内扩散、堆积l染料与氧化铝进行离子键、染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定经封孔处理，染料被固定在孔隙内。在孔隙内。封孔处理封孔处理l提高铝件质量和染着色牢提高铝件质量和染着色牢固。固。l经过封闭处理后表面变的经过封闭处理后表面变的均匀无孔，形成致密的氧均匀无孔，形成致密的氧化膜。化膜
12、。l经封闭后的氧化膜不再具经封闭后的氧化膜不再具有吸附性，可避免吸附有有吸附性，可避免吸附有害物质而被污染或早期腐害物质而被污染或早期腐蚀。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l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)：40lSaito M , Kirihara M , Searson P C , et al. J . Appl.Phys Lett , 1989 , 55 (7) : 607.l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
13、) :561563lChiena C L , Sun L. J . J Magn Magn Mater , 2002 ,249 : 146-155.lDavydov D N , Sattari P A , Osika A , et al. J . J Appl.Phys , 1999 , 86 (7) : 398323987.lPatermarakis1 G, Nicolopoulos N. J . J Catal , 1999 ,187 : 3112320.lLoomans M , et al. J . Journal of Elect ronic Material ,1994 ,23 (8
14、) :741lOSullivan J P , Wood G C. J . Proc R Soc London , 1970 ,A(317) : 511l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.lXu Y, Thompson G E , Wood G C. J . Trans Inst Met Finish , 1985 , 63 : 69lJ essensky O , Muller F , Gosele U. J . Appl. Phys. Lett. , 1998 , 72 (10) : 1173l中国阳极氧化与染色网中国阳极氧化与染色网 http:/
