失传技术研究所小讲堂 篇一百一十一:金属材料阳极氧化工艺小科普

2020-05-07 21:42:46 10点赞 28收藏 4评论

创作立场声明:看来小米的就是铝板子厚,实际上没怎么氧化

还是上次我们PY交易鼠标垫的群友提供的技术支持:30包邮的两张铝合金阳极氧化雕刻鼠标垫

市售鼠标垫氧化层厚度测试视频:市售鼠标垫氧化层厚度测试

让我们先来复习一下有关氧化还原反应的知识。氧化还原反应的实质是电子的得失或共用电子对的偏移。 氧化还原反应是化学反应中的三大基本反应之一。铝,这种银白色的轻金属在汽车,航空,建筑等产业中都有着极大的需求。而铝这种金属本身并不稳定,很容易会被空气氧化在表面生成一层坚硬而且稳定的氧化膜,这就是由铝的自然氧化反应得来的氧化铝。而生产彩色铝材的技术,本质上就是进行铝的氧化还原反应——阳极氧化。 那么,既然是人工生成氧化膜,我们就先得把自然氧化的氧化膜去掉。化工离不开三酸两碱,这里先让烧碱上场。 Al2O3+ 2NaOH +3H2O = 2Na[Al(OH)4] 有些童鞋可能会问,为什么不用盐酸?看看工厂的实际环境,夏天能把室温控制在30°就已经是伟大的胜利了,这种环境下盐酸显然是过于危险(挥发的蒸汽甚至会烧伤眼睛)。 去掉自然氧化膜之后,就要请出我们的“女神”了。


金属材料阳极氧化工艺小科普


额,当然过程自然不会像Dr.STONE 里那么惊险,在自动化生产线的加持下,她还是很亚撒西的……吧(滑稽)。 2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2 Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O 总的来说,铝先跟酸反应,然后铝的表面会生成无孔膜,但由于生成的氧化膜并不均匀,在膜最薄的地方将首先被溶解出空穴来,电解液就可以通过这些空穴到达铝的新鲜表面,电化学反应得以继续进行,膜上出现多孔层。无孔层在不断地被溶解形成多孔层的同时,新的无孔层又在生长,也就是说氧化膜中无孔层的生成速度与溶解速度基本上达到了平衡,故无孔层的厚度不再增加,电压变化也很小。但是,此时在孔的底部氧化膜的生成与溶解并没有停止,他们仍在不断进行着,结果使孔的底部逐渐向金属基体内部移动。随着氧化时间的延续,孔穴加深形成孔隙,具有孔隙的膜层逐渐加厚。然后铝离子在作为阳极的铝上面逐渐生成多孔氧化膜。这个过程中对生产有几个坑点,首先是电解液的温度,如果不采取循环冷却的话,硫小姐很快就会“发烧”了,随之而来的就是铝制品表面会出现大面积白斑。 所以必须使用采取耐酸泵和冷冻机来进行冷却。而所用的管材成本也是直接起飞(硫酸本身就是强腐蚀液体),纯钛管蒸发器配合螺杆式水冷机,勉强能在4小时左右将30°C的硫酸池(10立方)降低到20°C左右。其次是电流特别大,虽然工业上做阳极铝氧化的电压一般不会超过20V,但是电流就动辄上10KA。所以电源也是要以铜排而不是电缆的方式连接工作槽。(图为以前为印尼工厂制造的小型手动阳极氧化设备)


金属材料阳极氧化工艺小科普


氧化之后就轮到上色环节了。这个环节里,只有采用正确的色粉才能给氧化铝上色(虽然部分色粉确实可以用染布行业的染料替代,但是稳定性是个大问题,有些色粉几个月就褪色了)。值得一提的是,银色是不需要这个环节的,所以也是最为厂家所喜爱推广的颜色(狗头保命)。 最后就是当上色完成之后,封闭剂的种类和封闭时间长短。封闭剂分常温封闭剂和高温封闭剂。前者工作温度一般在50°左右,后者则需要加热到80°才能使用。而封闭的时长则是根据膜厚决定的,膜厚越厚,所需要的时间也就越长,但相对的也能耐受更长时间的中性盐雾测试。 这些因素都决定了阳极氧化是个非常高成本的处理方式,也就导致了部分厂家以材料成本偷换概念的方式减少了氧化的时间,降低了氧化膜的厚度也减少了封闭的时间(毕竟在某些领域不存在国标,例如铝制鼠标垫,某看上去最厚实的品牌的鼠标垫实测平均膜厚不到8um,笔者在几次使用之后就已经出现划痕,而平均膜厚12um以上的某O则没这个问题)


金属材料阳极氧化工艺小科普



金属材料阳极氧化工艺小科普


看到这,相信你们也清楚了iphone6-iPhone 7的背盖是怎样制造出来的了吧?


金属材料阳极氧化工艺小科普


事实上单色只是普通的阳极氧化,而多色则需要在氧化前加一道蚀刻工艺。,有些则能持续十数年,例如这块于2002年制作的双色蚀刻鼠标垫,只可惜当年确实是市场还没能接受以及部分技术问题使得其没能走向市场(但是,所罗门哟,我回来了!)


金属材料阳极氧化工艺小科普



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