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(1) 阳极氧化膜厚度控制。在一定阳极氧化时间内,生成的氧化膜厚度与通过的电量正比,而与电解电压没有直接的关系。因此膜厚控制较好的办法是采用恒电流密度和时间制,不应以定电压和时间控制。
恒电流密度阳极氧化首先遇到的问题是确定氧化工件表面积,在氧化过程中会生成氧化膜的所有铝表面积都应计算在内,对有型腔的工件,要考虑一定深度的内表面积。恒电流密度控制在实际生产应用中即为恒电流控制,在氧化过程中电流值不变,电压值会稍作上升,控制的电流值为所选电流密度 (A/dm2)与氧化表面(dm2) 的乘积。
氧化膜厚度从理论上可按法拉第定律所推导的如下公式计算:
δ=kIt
式中 δ——阳极氧化膜厚度,μm;
I——电流密度,A/dm2;
t——氧化时间,min;
k——系数,理论上取为1057/y,实测值一般是 0.250.35m3/kg;
y——氧化膜密度,取决于合金种类和氧化条件,一般取为 2500~3000kg/m3,则k
为0.42~0.35。
然而在实际应用中,该公式中的k还应考虑膜的实际组成、电流效率和极比 (阴极与工件面积之比) 等,比较实用的方法是经验法,即根据实测结果倒推。如某厂处理一种铝合金,在一定温度、浓度条件下,以1.5A/dm2电流密度氧化 30min,得到实测膜厚12μm,则k值约为0.27,这样在同样条件下,如要得到 15μm氧化膜,则按δ/kI计算需氧化时间约 37min。即使改变电流密度,只要温度和浓度条件没有大的改变,则仍可按 k=0.27计算控制一定膜厚所需的氧化时间。
(2) 阳极氧化膜均匀性的控制。膜均匀性的控制不能忽视,当出现某些着色和封孔等问题时,追溯根源有些就是膜均匀性有问题。控制膜均匀性从如下几个方面着手。
①改善氧化槽液的循环方式,使槽液温度和浓度均匀。循环装置一般与冷却和热交换设备相连,在氧化过程中循环装置不断运行,即槽液不断从槽内中上部抽出或液面溢流,再通过热交换器之后抽回氧化槽,而冷却用的冷水泵则根据氧化槽的温度间断工作,槽液与冷水之间的热交换只在冷水泵工作时发生。冷却用的冷水温度控制越低,与槽液热交换速度越快,则抽回槽液与原槽液的温差也就越大。此时如槽液循环量较小和抽回槽液的分配不均匀,就会容易出现槽内两端和上下有较大的温差,使正在氧化的一挂铝工件上两端和上下膜厚不均匀。
②控制氧化槽液温度和浓度的波动范围。温度和浓度如有较大波动,则槽液对氧化膜的溶解作用就会产生较大变化,对成膜厚度和膜的性能就有影响。温度应控制在小于±20℃,硫酸浓度应小于±10g/L,铝含量 12~18g/L。
③控制好每挂氧化表面积。在同样的电流密度和氧化时间条件下,挂与挂之间出现较大的氧化膜厚度差,往往就是挂与挂的氧化表面积相差较大造成的。电流密度和氧化时间是影响膜厚的两大主要因素,但极比对成膜速度也会产生一定影响,极比小,成膜速度相对较慢,反之较快。因此,在建筑铝型材处理中,如果挂与挂之间表面积相差约一倍,则会出现膜厚相差 3~5μm的现象。遇到这种情况,应对氧化时间作变化。
④增大阴极面积。同根铝工件上的几个面,甚至凹槽内,膜是否均匀,与对应的阴极面积有较大的关系。对应的阴极面积大,使分布于铝工件各部位的电流密度均匀,因而成膜厚度亦均匀。为增大阴极面积,可将阴极板断面制成锯齿形或波纹状。