在乙醇燃料電池中，lr做陽極氧化為什么在低能量易氧化

【專家解說】：一、表面預(yù)處理 無論采用何種方法加工的鋁材及制品，表面上都會(huì)不同程度地存在著污垢和缺陷，如灰塵、金屬氧化物(天然的或高溫下形成的氧化鋁薄膜)、殘留油污、瀝青標(biāo)志、人工搬運(yùn)手印(主要成分是脂肪酸和含氮的化合物)、焊接熔劑以及腐蝕鹽類、金屬毛刺、輕微的劃擦傷等。因此在氧化處理之前，用化學(xué)和物理的方法對(duì)制品表面進(jìn)行必要的清洗，使其裸露純凈的金屬基體，以利氧化著色順利進(jìn)行，從而獲得與基體結(jié)合牢固、色澤和厚度都滿足要求且具有最佳耐蝕、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。 (一)脫脂 鋁及鋁合金表面脫脂有有機(jī)溶劑脫脂、表面活性劑脫脂、堿性溶液脫脂、酸性溶液脫脂、電解脫脂、乳化脫脂。 乳化溶液 石蠟三乙醇胺油酸松油水 8.0%0.25%0.5%2.25%89% 常溫 適當(dāng) 水清洗 溶液組成以體積記 有機(jī)溶劑是利用油脂易溶于有機(jī)溶劑的特點(diǎn)進(jìn)行脫脂，常用的溶劑有汽油、煤油、乙醇、乙酸異戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有機(jī)溶劑僅用于小批量小型的或極污穢的制品脫脂處理。表面活性劑是一些在很低的濃度下，能顯著降低液體表面張力的物質(zhì)。常用于脫脂的表面活性劑有肥皂、合成洗滌劑、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等。堿性脫脂溶液的配方非常多，傳統(tǒng)工藝采用磷酸鈉、氫氧化鈉和硅酸鈉，其中磷酸鈉和硅酸鈉有緩蝕、潤濕、穩(wěn)定作用，溶液加熱和攪拌有助于獲得最好的脫脂效果。油脂在酸的存在下也能進(jìn)行水解反應(yīng)生成甘油和相應(yīng)的高級(jí)脂肪酸。電解脫脂可用陽極電流、陰極電流或交流電。在堿性溶液中陰極電流脫脂，陽極最好為鍍鎳鋼板。其在鋁及鋁合金表面處理中不常用。乳化脫脂所用的溶液為互不溶解的水與有機(jī)溶劑組成的兩相或多相溶液，并添加有降低表面張力及對(duì)各相均有親和力的去污劑。 (二)堿蝕劑 堿蝕劑是鋁制品在添加或不添加其他物質(zhì)的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行表面清洗的過程，通常也稱為堿腐蝕或堿洗。其作用是作為制品經(jīng)某些脫脂方法脫脂后的補(bǔ)充處理，以便進(jìn)一步清理表面附著的油污贓物;清除制品表面的自然氧化膜及輕微的劃擦傷。從而使制品露出純凈的金屬基體，利于陽極膜的生成并獲得較高質(zhì)量的膜層。此外，通過改變?nèi)芤旱慕M成、溫度、處理時(shí)間及其他操作條件，可得到平滑或緞面無光或光澤等不同狀態(tài)的蝕洗表面。蝕洗溶液的基本組成是氫氧化鈉，另外還添加調(diào)節(jié)劑(NaF、硝酸鈉)，結(jié)垢抑制劑、(葡萄糖酸鹽、庚酸鹽、酒石酸鹽、阿拉伯膠、糊精等)、多價(jià)螯合劑(多磷酸鹽)、去污劑 鋁表面陽極氧化處理方法(二)鋁表面陽極氧化處理方法(二) (三)中和和水清洗 鋁制品蝕洗后表面附著的灰色或黑色掛灰在冷的或熱的清水洗中都不溶解，但卻能溶于酸性溶液中，所以經(jīng)熱堿溶液蝕洗的制品都得進(jìn)行旨在除去掛灰和殘留堿液，以露出光亮基本金屬表面的酸浸清洗，這種過程稱為中和、光澤或出光處理。其工藝過程是制品在300-400g/L硝酸(1420kg/立方米)溶液中，室溫下浸洗，浸洗時(shí)間隨金屬組成的不同而有差異，一般浸洗時(shí)間3-5分鐘。含硅或錳的鋁合金制品上的掛灰，可用硝酸和氫氟酸體積比為3:1的混合液，于室溫下處理5-15秒。中和處理還可以在含硝酸300-400g/L和氧化鉻5-15g/L的溶液或氧化鉻100g/L加硫酸(1840kg/立方米)10ml/L溶液中于室溫下進(jìn)行。各道工序間的水清洗，目的在于徹底除去制品表面的殘留液和可溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物，使下道工序槽液免遭污染，確保處理效率和質(zhì)量。清洗大多采用一次冷水清洗。但堿蝕后的制品普遍采用熱水緊接著是冷水的二重清洗。熱水的溫度為40-60度。中和處理后的制品經(jīng)水清洗就可以進(jìn)行氧化處理，所以這道清洗應(yīng)特別認(rèn)真，以防止清潔的表面受污染。否則前幾道工序的有效處理可能會(huì)因最后的清洗不當(dāng)而前功盡棄。經(jīng)中和、水清洗后的制品應(yīng)與上進(jìn)行氧化處理。在空氣中停留的時(shí)間不宜過長，如停留30-40分鐘，制品就需要重新蝕洗和中和。 二、陽極化處理 鋁制品表面的自然氧化鋁既軟又薄，耐蝕性差，不能成為有效防護(hù)層更不適合著色。人工制氧化膜主要是應(yīng)用化學(xué)氧化和陽極氧化?；瘜W(xué)氧化就是鋁制品在弱堿性或弱酸性溶液中，部分基體金屬發(fā)生反應(yīng)，使其表面的自然氧化膜增厚或產(chǎn)生其他一些鈍化膜的處理過程，常用的化學(xué)氧化膜有鉻酸膜和磷酸膜，它們既薄吸附性又好，可進(jìn)行著色和封孔處理，表-3介紹了鋁制品化學(xué)氧化工藝?；瘜W(xué)氧化膜與陽極氧化膜相比，膜薄得多，抗蝕性和硬度比較低，而且不易著色，著色后的耐光性差，所以金屬鋁著色與配色僅介紹陽極化處理。 鋁表面陽極氧化處理方法(三)(一)陽極氧化處理的一般概念 1、陽極氧化膜生成的一般原理 以鋁或鋁合金制品為陽極置于電解質(zhì)溶液中，利用電解作用，使其表面形成氧化鋁薄膜的過程，稱為鋁及鋁合金的陽極氧化處理。其裝置中陰極為在電解溶液中化學(xué)穩(wěn)定性高的材料，如鉛、不銹鋼、鋁等。鋁陽極氧化的原理實(shí)質(zhì)上就是水電解的原理。當(dāng)電流通過時(shí)，在陰極上，放出氫氣;在陽極上，析出的氧不僅是分子態(tài)的氧，還包括原子氧(O)和離子氧，通常在反應(yīng)中以分子氧表示。作為陽極的鋁被其上析出的氧所氧化，形成無水的氧化鋁膜，生成的氧并不是全部與鋁作用，一部分以氣態(tài)的形式析出。 2、陽極氧化電解溶液的選擇 陽極氧化膜生長的一個(gè)先決條件是，電解液對(duì)氧化膜應(yīng)有溶解作用。但這并非說在所有存在溶解作用的電解液中陽極氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性質(zhì)相同。 3、陽極氧化的種類 陽極氧化按電流形式分為:直流電陽極氧化，交流電陽極氧化，脈沖電流陽極氧化。按電解液分有:硫酸、草酸、鉻酸、混合酸和以磺基有機(jī)酸為主溶液的自然著色陽極氧化。按膜層性子分有:普通膜、硬質(zhì)膜(厚膜)、瓷質(zhì)膜、光亮修飾層、半導(dǎo)體作用的阻擋層等陽極氧化。其中以直流電硫酸陽極氧化法的應(yīng)用最為普遍。 4、陽極氧化膜結(jié)構(gòu)、性質(zhì) 陽極氧化膜由兩層組成，多孔的厚的外層是在具有介電性質(zhì)的致密的內(nèi)層上上成長起來的，后者稱為阻擋層(也稱活性層)。用電子顯微鏡觀察研究，膜層的縱橫面幾乎全都呈現(xiàn)與金屬表面垂直的管狀孔，它們貫穿膜外層直至氧化膜與金屬界面的阻擋層。以各孔隙為主軸周圍是致密的氧化鋁構(gòu)成一個(gè)蜂窩六棱體，稱為晶胞，整個(gè)膜層是又無數(shù)個(gè)這樣的晶胞組成。阻擋層是又無水的氧化鋁所組成，薄而致密，具有高的硬度和阻止電流通過的作用。阻擋層厚約0.03-0.05μm，為總膜后的0.5%-2.0%。氧化膜多孔的外層主要是又非晶型的氧化鋁及小量的水合氧化鋁所組成，此外還含有電解液的陽離子。當(dāng)電解液為硫酸時(shí)，膜層中硫酸鹽含量在正常情況下為13%-17%。氧化膜的大部分優(yōu)良特性都是由多孔外層的厚度及孔隙率所覺決定的，它們都與陽極氧化條件密切相關(guān)。 (二)直流電硫酸陽極氧化 1、氧化膜成長機(jī)理 在硫酸電解液中陽極氧化，作為陽極的鋁制品，在陽極化初始的短暫時(shí)間內(nèi)，其表面受到均勻氧化，生成極薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱點(diǎn)(如晶界，雜質(zhì)密集點(diǎn)，晶格缺陷或結(jié)構(gòu)變形處)發(fā)生局部溶解，而出現(xiàn)大量孔隙，即原生氧化中心，使基體金屬能與進(jìn)入孔隙的電解液接觸，電流也因此得以繼續(xù)傳導(dǎo)，新生成的氧離子則用來氧化新的金屬，并以孔底為中心而展開，最后匯合，在舊膜與金屬之間形成一層新膜，使得局部溶解的舊膜如同得到“修補(bǔ)”似的。隨著氧化時(shí)間的延長，膜的不斷溶解或修補(bǔ)，氧化反應(yīng)得以向縱深發(fā)展，從而使制品表面生成又薄而致密的內(nèi)層和厚而多孔的外層所組成的氧化膜。其內(nèi)層(阻擋層、介電層、活性層)厚度至氧化結(jié)束基本都不變，位置卻不斷向深處推移;而外早一定的氧化時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間而增厚。 鋁表面陽極氧化處理方法(四) (三)其他陽極氧化 1、草酸陽極氧化 對(duì)硫酸陽極氧化影響的大部分因素也適用于草酸陽極氧化，草酸陽極氧化可采用直流電、交流電或者交直流電迭加。用交流電氧化比直流電在相同條件下獲得膜層軟、彈性較小;用直流電氧化易出現(xiàn)孔蝕，采用交流電氧化則可防止，隨著交流成分的增加，膜的抗蝕性提高，但顏色加深，著色性比硫酸膜差。電解液中游離草酸濃度為3%-10%，一般為3%-5%，在氧化過程中每A?h約消耗0.13-0.14g，同時(shí)每A?h有0.08-0.09g的鋁溶于電解液生成草酸鋁，需要消耗5倍于鋁量的草酸。溶液中的鋁離子濃度控制在20g/L以下，當(dāng)含30g/L鋁時(shí)，溶液則失效。草酸電解液對(duì)氯化物十分敏感，陽極氧化純鋁或鋁合金時(shí)，氯化物的含量分別不應(yīng)超過0.04-0.02g/L，溶液最好用純水配制。電解液溫度升高，膜層減薄。為得到厚的膜，則應(yīng)提高溶液的pH值。直流電陽極氧化用鉛、石墨或不銹鋼做陰極，其與陽極的面積比為(1:2)-(1:1)之間。草酸是弱酸，溶解能力低，鋁氧化時(shí)，必須冷卻制品及電解液。草酸膜層的厚度及顏色依合金成分而不同，純鋁的膜厚呈淡黃或銀白色，合金則膜薄色深如黃色、黃銅色。氧化后膜層經(jīng)清洗，若不染色可用3.43×10的4次方Pa壓力的蒸汽封孔30-60分鐘。 2、鉻酸陽極氧化 鉻酸陽極氧化工藝見表-4。氧化過程中應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行濃度分析，適時(shí)添加鉻酐。電解的陰極材料可用鉛、鐵、不銹鋼，最好的陽陰面積比為(5:1)-(10:1)。當(dāng)溶液中三價(jià)鉻離子多時(shí)，可用電解的方法使其氧化成六價(jià)鉻離子。溶液中的硫酸鹽含量超過0.5%，陽極氧化效果不好，硫酸根離子多時(shí)可加入氫氧化鋇或者碳酸鋇使其生成硫酸鋇沉淀。溶液中氯化物含量不應(yīng)超過0.2g/L。溶液中鉻含量超過70g/L時(shí)就應(yīng)稀釋或更換溶液。鉻酸陽極氧化有電壓周期變化的陽極氧化方法或恒電壓陽極氧化法(快速鉻酸法)兩種。 3、硬質(zhì)(厚膜)陽極氧化 硬質(zhì)陽極氧化是鋁及鋁合金表面生成厚而堅(jiān)硬氧化膜的一種工藝方法。硬質(zhì)膜的最大厚度可達(dá)250μm ，純鋁上形成的膜層微硬度為12000-15000MPa，合金的一般為4000-6000MPa，與硬鉻鍍層的相差無幾，它們在低符合時(shí)耐磨性極佳，硬質(zhì)膜的孔隙率約為20%左右，比常規(guī)硫酸膜低。 4、瓷質(zhì)陽極氧化 瓷質(zhì)陽極氧化鋁及鋁合金在草酸、檸檬酸和硼酸的鈦鹽、鋯鹽或釷鹽溶液中陽極氧化，溶液中鹽類金屬的氫氧化物進(jìn)入氧化膜孔隙中，從而使制品表面顯示出與不透明而致密的搪瓷或具有特殊光澤的類似塑料外觀的處理過程。瓷質(zhì)陽極氧化處理工藝流程與常規(guī)硫酸陽極氧化基本一致，不同的是瓷質(zhì)陽極氧化是在高的直流電壓(115-125V)和較高的溶液溫度(50-60度)、電解液經(jīng)常攪拌、經(jīng)常調(diào)節(jié)pH值使之處于1.6-2范圍內(nèi)的條件進(jìn)行。 相關(guān)