鋁及其合金在空氣中,會在其表面自然生成一層極薄的氧化膜。(厚度達0.01~0.05μ)這層自然氧化膜是無晶形的,因此使制作表面市區原有光澤。自然氧化膜雖然可以阻止鋁及其合金繼續腐蝕,然而由于表面各部分所受腐蝕因素的作用不一致,其氧化膜是疏松多孔不均勻、抗蝕能力不強,容易沾染污跡。所以說,自然氧化膜是不能可靠地防止鋁及其合金的腐蝕。
從用人工的方法在鋁及其合金表面形成一層具有保護作用的氧化膜,這種人工氧化膜經過適當處理(封閉)后,無晶形成氧化膜轉變成晶形氧化膜,孔隙也被消除,膜層硬度高,耐磨、抗腐蝕性也提高、光澤度好、能經久不變。經過適當染色處理后可得到令人滿意的外觀。
鋁是比較活潑的金屬,標準電位—1.706伏、在大氣中是比較耐蝕的、其原因是鋁經氧化后生成氧化鋁薄膜(Al2O3),雖然氧化膜比較薄而疏松,但比其他金屬的氧化膜(如氧化鐵)要致密的多。早一班大氣條件下,有較高的抗蝕能力。尤其是純鋁(99.99%),主要是其雜質少,電化學性質均勻,因而不易產生為電池腐蝕。在工業生產中,純鋁使用較少,(純鋁的延展性、光亮度,抗腐蝕性甚佳,尤其耐腐蝕能力比工業鋁,<98.5%>大30倍左右),由于強度太低,純鋁不能廣泛應用。當加入合金元素形成鋁合金后,就解決了強度低的缺陷。強度問題解決了,新的問題又出現,鋁合金的抗蝕性下降了。因為使用的合金元素一般為銅、鎂、錳、硅、鋅等他們中的大多數元素和鋁構成微電池是陰極,鋁是陽極。這樣在外界腐蝕介質的作用下,鋁的腐蝕加速,為解決上述問題,保證鋁合金既有足夠的強度又有較高的抗腐蝕性,鋁合金必須經過氧化處理。
鋁及其合金氧化處理分為化學氧化和電化學氧化(表1)
表 1 鋁采用不同氧化處理所得膜層厚度
氧化處理方法 | 氧化膜種類 | 氧化膜厚度(μ) |
化學氧化法 | 化學氧化膜層 | 2.5~5 |
電化學氧化法
| 普通硫酸或草酸陽極氧化膜層 普通鉻酸陽極氧化膜層 硬質陽極氧化膜層 | 5~15 2.5~5 2.5~250 |
在電化學氧化中,把鋁及其合金作為陽極,所以叫做陽極氧化。化學氧化是不用外來電流而僅把制件置入適當溶液中,使表面生成一層人工氧化膜。也可以按照工藝要求采用交流電來進行電化學氧化處理。
鋁及其合金除了上述特點外,還具有如下性能(表2)
鋁是比較年輕的經書有:二十世紀的金屬“之稱,在工業上用鋁做原材料還不過是近世紀的事,它的年產量僅次于鋼鐵,排列在世界金屬總產量第二位,由此可見隨著鋁的廣泛應用,作為鋁表面防護性裝飾性氧化工藝應得到不斷的發展和廣泛的應用。鋁及其合金的氧化新工藝,新技術目前正在不斷出現,如禮花法、轉移印花法、滲透法、冰花圖案法等等,使鋁表面出現色彩繽紛、艷麗奪目、繁花似錦、令人賞心悅目。近年來應用范圍更加廣泛,特別在建筑行業方面用于門、窗、柱、框架等制作上,既實用牢固、又美化環境。展望未來、各種新產品將對鋁及其合金的彩色氧化工藝提出更高的要求。
表2 鋁及其合金的一般性能
特 性 | 性 能 | 用 途 |
重量輕 | 鋁的比重是2.702,于銅(比重8.9)或鐵(比重7.9)比較,約為它們的1/3,鋁制品重量輕,可節約搬運及加工費用。 | 用于制造汽車、飛機、鐵路車輛、船舶、高層建筑和重量輕的容器等。 |
強度好 | 鋁的機械性能不如鋼鐵,但它的強度高,制成的純鋁顯微硬度30公斤/毫米2,鋁合金400~600公斤/毫米2,特殊情況達1200~1500公斤/毫米2強度比普通鋼好,也可以喝特殊鋼媲美。 | 用于制造橋梁(特別是吊橋,可動橋)飛機、壓力容器、建筑結構材料,小五金等。 |
加工容易 | 鋁的延展性優良,易于擠出中控型材和拉伸加工。 | 框架,化妝用品、制筆另件、一般用品及各種容器,光學儀器等。 |
美觀 | 鋁及其合金表面有氧化膜,呈銀白色,經過人工氧化處理后,有氧化膜加厚。可以染成各種美麗的顏色,也可用涂刷法制造出各種美觀動人的彩色圖案來。 | 建筑壁板、器具裝飾、無線電,標牌,家用電器等。 |
耐蝕性,耐氣候性好 | 鋁及其合金表面生成硬而致密的氧化膜層,很多物質對它不產生腐蝕作用,在工業地區,沿海地區使用也會有很優良的耐久性。 | 門板、車廂、船舶外部覆蓋材料,廚房器具、化學物品、裝置、屋頂瓦板、電動洗衣機等。 |
耐化學藥品 | 對硝酸、冰醋酸、過氧化氫等化學藥品,有非常好的耐藥性。 | 用于化學藥品裝置。 |
導熱、導電性好 | 導熱、導電率僅次于銅,約為銅鐵8~4倍。由于氧化膜不導電而且是一種良好的絕緣材料,因為純鋁氧化膜電阻系數為109,歐姆厘米2,可做鋁導線 | 電線、母線接頭、熱交換電、散熱器,電飯鍋等 |
對光、熱電波的反射性好 | 對光的反射率,拋光鋁為70%,高純度鋁經機械拋光后為94%,比銀(92%)還好,鋁對熱輻射和電波也有很好的反射性能。 | 照明器材、反射鏡、屋頂瓦板、拋物面天線、冷藏庫、投光器、冷暖器的隔熱材料 |
沒有磁性 | 鋁是非磁性體 | 船上用的羅盤天線、操舵室的用具等。 |
無毒 | 鋁本身沒有毒性,它與大多數食品接觸時溶出量很微小。同時由于表面光滑容易清洗,故細菌不易停留繁殖。 | 食具、食具包裝、裝魚罐、魚倉、醫療機器,食品容器。 |
有吸音性 | 鋁對音響師非傳播性,有吸收聲波的性能,能降低噪音。 | 用于室內天棚板 |
耐低溫 | 鋁在溫度低時,它的強度反而增加,因為它是理想的低溫裝置材料 | 業務性冷藏庫,冷凍庫,南極雪上車輛,氧及氫的生產裝置。 |
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