电化学金属的阳极过程
铝的阳极氧化电解过程中的现象
铝的阳极氧化电解过程中的现象阳极氧化是一种常见的表面处理工艺，通过电化学反应在金属表面形成一层氧化膜，提高金属表面的耐蚀性、硬度和装饰性。
在铝的阳极氧化电解过程中，会出现一系列现象，下面将逐一进行介绍。
当铝制品被放入含有氧化剂的电解槽中时，铝制品作为阳极，氧化剂作为阴极，两者之间建立起电流通路。
在电解开始时，阳极表面会出现气泡的现象，这是由于电解液中的氢气和氧气在电流作用下析出。
同时，在阳极表面会出现一层氧化膜，这是因为铝与氧化剂发生氧化反应，生成氧化铝膜，这一氧化膜是阳极氧化的关键步骤。
随着电解的进行，阳极表面的氧化膜会逐渐增厚，并且颜色也会发生变化。
在开始阶段，氧化膜呈现出灰白色，逐渐转变为浅灰色、灰色、浅棕色，最终形成深色氧化膜。
这种颜色变化是由于氧化膜厚度的增加导致光的干涉现象，不同厚度的氧化膜对光的反射和透射产生不同的干涉效应，从而呈现出不同颜色。
随着电解的进行，阳极表面还会出现微观的孔洞结构。
这些孔洞是在氧化膜形成过程中，氧化剂向阳极表面扩散并与铝发生反应，同时氧化气体在金属表面析出所形成的。
这些微观孔洞不仅增加了氧化膜的表面积，提高了表面硬度和耐磨性，还有利于染色和涂装处理。
阳极氧化电解过程中还会出现气味的变化。
在电解过程中，氧化剂与铝表面发生反应产生气体，其中包括氧气、氢气等。
这些气体在电解槽中扩散，会产生一种特殊的气味，通常被描述为一种刺鼻的气味。
这种气味虽然不影响生产过程，但需要注意通风换气，以确保操作人员的健康。
总的来说，铝的阳极氧化电解过程中会出现气泡、颜色变化、微观孔洞和气味变化等现象。
这些现象是由于铝与氧化剂在电解过程中发生的化学反应导致的，反映了氧化膜的形成和表面特性的改变。
通过控制电解条件和工艺参数，可以实现对氧化膜的厚度、颜色和孔洞结构的调控，从而获得符合要求的表面处理效果。
阳极氧化作为一种常见的金属表面处理工艺，在航空航天、汽车、建筑等领域有着广泛的应用前景。
电化学 第8章 金属电极的阳极过程
图8.1 金属的阴阳极极化曲线第8章 金属阳极过程8.1 金属阳极溶解8.1.1 概述化学电源、电解冶炼、电镀工业等都广泛地使用可溶性金属阳极，它往往要求金属阳极能够正常的溶解。
金属以离子形式进入溶液的阳极过程是由许多步骤组成的（阴极过程逆过程）。
从位置因素考虑金属的边角处先溶解。
包括金属晶格的破坏、电子转移、金属离子水化（或络合）等，并由对流、电迁移、扩散等方式使它们离开电极表面，用图表示如下：一般金属离子的水解过程速度很快，不会成为控步，金属晶格的破坏、电子转移步骤往往是控步。
以电化学步骤为例：()根据“微观可逆”原理，由于多价金属离子还原过程中往往是第一个电子还原步骤最慢，因此在阳极溶液过程中是失去最后一个电子的步骤最慢,即为控制步骤。
（为表观传递系数）显然， 即阳极的表观传递系数较阴极大。
对应的极化曲线如右图。
8.1.2金属阳极溶解的影响因素1、 金属本性的影响。
金属阳极溶解的条件为： 可能性，速度视大小而定。
（典型：氢氧反应生成水，热力学上没问题，但必须提供一定能量后反应才会发生）即只要电极位高于金属的平衡电位与过电位之和即可发生电极的溶解。
：热力学参数，表示反应的可能性。
越小，反应越容易进行。
一定时，大，则 小，小，则大。
注：这里高、中、低与氢过电位金属无关。
（上述过电位是指在一定电流密度下的相对大小，而氢过电位是指时的过电位）2、 溶液组成的影响即浓度C 、络离子、表面活性剂、阴离子（卤素等）的影响。
这里主要介绍阴离子的影响。
1 阴离子对阳极反应的影响比对阴极反应的影响大溶液中阴离子浓度记为，一般为卤素或等。
此时（单电子为例）=1、2、3之中的某一正数。
不仅影响电位，还可以以一定的反应级数参加反应。
这说明与金属表面上的金属形成了表面络和物。
2 并不是所有的阴离子都能加速阳极过程。
如果生成的表面络合物可溶，则使金属上的键变弱，容易使金属离子进入溶液，从而加速电极过程；而有些阴离子则无此能力，在表面上吸附后阻化了反应的进行。
阳极工艺流程
阳极工艺流程阳极工艺是一种重要的金属加工工艺，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
它通过电化学原理，在金属表面形成一层致密、均匀、耐腐蚀的氧化膜，提高金属的耐蚀性和耐磨性。
下面将介绍阳极工艺的流程。
首先，准备工件。
在进行阳极处理之前，需要对工件进行清洗和去油处理，以确保金属表面干净无尘，去除表面油污和杂质，为后续的处理工作做好准备。
接着，进行阳极氧化。
将清洁的工件放入含有氧化剂的电解槽中，通过外加电流，在工件表面形成氧化膜。
氧化剂通常采用硫酸、硫酸铬、磷酸等化学物质，根据不同金属材料的特性和要求选择合适的氧化剂。
随后，进行封孔处理。
在氧化膜形成后，需要对其进行封孔处理，以提高氧化膜的密封性和耐蚀性。
封孔处理通常采用热水封孔或镉盐封孔，通过热水或镉盐溶液的浸泡，将氧化膜表面的微孔封闭，形成致密的保护膜。
接着，进行着色处理。
根据工件的要求，可以对氧化膜进行着色处理，以改变其表面颜色，增加装饰效果。
着色处理通常采用阳极氧化着色或化学着色，通过在特定条件下控制氧化膜的厚度和孔隙结构，使其呈现出不同的颜色。
最后，进行封闭处理。
在氧化膜形成并完成着色处理后，需要对其进行封闭处理，以提高其耐蚀性和耐磨性。
封闭处理通常采用热封闭或冷封闭，通过热处理或化学溶液浸泡，将氧化膜表面的微孔封闭，形成致密的保护膜。
总之，阳极工艺流程包括准备工件、阳极氧化、封孔处理、着色处理和封闭处理。
通过这一系列工艺步骤，可以使金属表面形成均匀致密的氧化膜，提高其耐蚀性和耐磨性，满足不同工件的功能和装饰需求。
阳极工艺在工业生产中具有重要的应用价值，对于提高产品质量和降低成本具有重要意义。
铝的阳极氧化电解过程中的现象
铝的阳极氧化电解过程中的现象
铝的阳极氧化电解过程中，会出现以下现象：
1. 电解液的颜色变化：在阳极氧化过程中，电解液中的染料或金属离子会被氧化还原，导致电解液颜色的变化。
通常情况下，电解液会由无色逐渐变为浅黄色、橙色或红棕色。
2. 气泡的产生：在阳极处，铝原子被氧化成Al3+离子，并且释放出3个电子。
这些电子会向阴极移动，而在阳极处则会留下一个空位。
这个空位会吸引周围的水分子，并使其分解成氢离子和氧气。
因此，在阳极处会产生大量气泡。
3. 阳极表面的形态变化：随着阳极表面Al3+离子的不断释放和水分子的分解，阳极表面会逐渐形成一层厚度均匀、致密、多孔且具有一定硬度和耐腐蚀性质的氧化铝层。
这种氧化铝层可以保护铝材不受进一步腐蚀。
4. 电流密度的变化：阳极氧化的过程是一个电化学反应，需要一定的电流密度才能进行。
在反应初期，电流密度较大，随着氧化铝层的不断增厚，电流密度会逐渐减小。
5. 温度和pH值的影响：阳极氧化过程中，温度和pH值会对反应速率和产物性质产生影响。
一般来说，较高的温度和较低的pH值有利于反应进行。
但是过高或过低的温度和pH值都会导致不良后果。
综上所述，阳极氧化是一种重要的表面处理技术，在铝制品制造、建筑装饰、汽车制造等领域得到广泛应用。
通过掌握阳极氧化过程中出现的各种现象，可以更好地理解这一技术，并且为其优化提供参考。
阳极氧化基本介绍
阳极氧化基本介绍阳极氧化是一种电化学过程，通过在金属表面形成一层坚硬、致密、耐磨的氧化层，提高金属材料的防腐、耐磨和耐腐蚀性能。
它广泛应用于航空、汽车、建筑和电子等行业中，用于改善金属材料的性能和保护金属表面。
阳极氧化的基本过程是将金属制件作为阳极，将其浸泡在含有一定浓度的电解液中，通过外加电源的正向电流，使金属材料发生电化学反应。
在阳极表面形成氧化层，通过不同的电解液、电流密度和处理时间等参数的控制，可以得到不同硬度、颜色和厚度的氧化层。
阳极氧化涂层有很多优点，首先是极大地提高了金属材料的耐蚀性能。
氧化层具有致密的结构，可以有效隔绝外界气体、液体和腐蚀介质的侵蚀，延长金属材料的使用寿命。
其次，阳极氧化涂层具有较高的硬度，可以提高金属材料的耐磨性能，减少表面磨损。
此外，阳极氧化涂层还具有一定的绝缘性能和导热性能，可应用于电子元器件和热交换器等领域。
阳极氧化的过程包括预处理、电解液配制、电解过程和后处理等步骤。
首先，金属制件需要经过预处理，包括去除油污、氧化皮和粗糙表面的处理，以确保金属表面的干净和平整。
其次，需要选择合适的电解液配制，不同的金属材料和要求需要使用不同成分的电解液。
电解液的成分包括酸、碱和盐等物质，在电解液中添加一些添加剂，如湿润剂、表面活化剂和缓冲剂等，可以改善阳极氧化的效果。
然后将金属制件放置在电解槽中，与阳极连接，通过外加电源提供正向电流，使阳极氧化反应发生。
在处理过程中，需要控制电流密度、电解液的浓度和温度，以及处理的时间，以获得所需的氧化层性能。
最后，经过阳极氧化处理后，金属制件需要进行后处理，包括清洗、封闭孔隙、上色和密封等工艺，以提高氧化层的耐蚀和装饰性能。
总的来说，阳极氧化是一种重要的表面处理技术，可以提高金属材料的性能和延长使用寿命。
它在航空、汽车和建筑等领域中得到广泛应用，为各行各业提供了高性能的金属制件。
随着科学技术的不断进步，阳极氧化技术也在不断发展和创新，为行业的进步和发展做出了贡献。
[化学]第八章金属阳极过程与金属腐蚀
![[化学]第八章金属阳极过程与金属腐蚀](https://img.taocdn.com/s3/m/18d2fd79453610661fd9f44d.png)
❖ ①金属晶格离解破坏，晶格中的金属原子离解或变成吸附态的金属原子。 Me→Me(吸)
❖ ②吸附态金属原子失去电子变成金属离子，成为水化离子（或配离子）。 Me(吸) →Men+ ·nH2O（表面）
❖ ③形成的水化金属离子经过扩散从电极表面进入本体溶液中。 Men+·nH2O(表面） →Men+ ·nH2O(本体)
如碱性溶液中： O H O 22H 2O 4e
酸性深液中： 2H 2O 4e O 24H
8.4 金属的钝化现象
三、 阳极钝化的条件
1.外加电位大于临界钝化电位。当φ＜φ钝化时，金属处于活性溶解区， 不会出现钝化。当φ＞φ钝化后，就会出现钝化。φ钝化越小，金属越 容易钝化，φ钝化与金属本性，合金的形成及溶液的pH值有关。 2.阳极电流大于临界钝化电流，iA>i钝化，同样的i钝化越小，金属越容 易钝化。 ❖ 同样，当发生化学钝化时，也可以观察到电极电势显著的向正方向移 动。而且为了使某种金属转变为钝态溶液中氧化剂的浓度也不能小于 某一临界数值。称为“临界钝化浓度”。若氧化剂的浓度低于此临界 浓度，则不但不会导致钝态的出现，反而将引起金属更快的溶解。
石墨是熔盐电解中不可缺少的阳极材料，导电性好，又能抵抗1000度 左右高温条件下溶盐的侵蚀和冲刷。但在水溶液中由于会吸水发生胀 裂以及受析出气体的腐蚀，只在某些特殊情况下才采用。 ❖ ②表面覆盖具有电子导电性的氧化物层的金属材料。如锰电解和锌电 解中广泛使用的Pb-Ag（~1%）阳极。其表面生成一层的PbO2+Ag2O膜。 这层膜极其致密与稳定。
8.3可溶阳极的溶解
❖ 实践证明，在电流密度较小时，许多金属的阳极溶解过程电化学极化 非常明显，浓差极化几乎忽略不计。即使电流密度增大时，虽有浓差 极化，但是浓差极化较小。
阳极氧化原理
阳极氧化原理
阳极氧化是一种将金属物体暴露在氧化电解液中，利用电化学反应形成氧化膜的方法。
在这个过程中，金属物体被定位为阳极，而电解液中的负离子则是电解质。
在电解过程中，金属表面会发生氧化反应，形成一层致密的氧化膜。
阳极氧化的过程是通过施加电流将金属物体与电解液连接，在两者之间形成一个电解质电导通路，使电解液中的负离子向阳极移动，与阳极上的金属发生氧化反应。
这个氧化反应在阳极表面产生氧化物，也是阳极氧化膜的主要成分。
阳极氧化过程中所用的电解液通常包含氧化剂和碱性剂。
氧化剂的作用是提供氧气，促进氧化反应的进行。
而碱性剂则是调节电解液的pH值，使其适合氧化反应的进行，并增加氧化膜的硬度和密度。
随着电流的通过和氧化反应的进行，金属表面上的氧化膜厚度会不断增加，形成一层均匀且致密的氧化膜。
这层氧化膜可以提高金属的耐腐蚀性、硬度和耐磨性，同时还能增加金属表面的绝缘性能。
总的来说，阳极氧化是一种通过电化学反应在金属表面形成氧化膜的方法。
它通过调节电解液的成分和施加适当的电流，使金属表面发生氧化反应，从而形成一层致密的氧化膜，提高金属的性能和使用寿命。
电化学原理-第八章-金属的阳极过程
后果
阳极 钝化 OH 放电
Ni2
pH
黄棕色覆盖在阳极上， 使阳极有效工作面减少； 真实电流密度相应增大。
钝 化
镀层质量
解决方法：加 入活化剂 NaCl 或 NiCl2
二、溶液组成的影响
3、氧化剂的影响 溶液中存在氧化剂，促使金属钝化。 例如：硝酸银、重铬酸钾、高锰酸钾、溶解
氧、 O离H子阳极反应析出氧。
的
电流密度极化铁电极，只需通过 0.05mol / dm3NaOH
就使铁钝化。
电量
1105 mA/ cm2 0.3mC / cm2
五、对吸附理论进行验证的实验现象
（2）界面电容测量
如果界面上存在极薄的膜，则界面电容应比自由表面 的双电层电容小。
C 0 r
l
但实测界面电容变化不大，表明成相膜不存在。
某些金属在碱性溶液中，也会产生有一定溶解度的酸根离
子（如
），因而不易钝化。
ZnO22
三、阳极电流密度的影响
临界钝化
电流密度
当ja
j
时，
pp
ja jpp
ja 加速金属溶解，
变化不大。
ja jpp
ja j pp
t
当ja
j
时，
pp
ja 加速金属钝化，
发生阶跃 ，阳极转为钝态。
ja越大，钝化所需时间t p越短。
（例如：不锈钢
）
1Cr18Ni9
五、对吸附理论进行验证的实验现象
（3）反应速度的变化 铂电极表面6%被氧覆盖，可使铂的溶解速度
下降4倍。 铂电极表面12%被氧覆盖，可使铂的溶解速度
下降16倍。 表明，金属表面没有形成氧的单分子层时，就
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成相膜理论
金属或合金在发生钝化时表面会形成一层很薄但很致密且 覆盖性能良好的三维薄膜，通常为金属的氧化物。由于这 层膜的存在，将金属与电解质溶液隔离开。
钝化膜是具有电子导电性的，但却不导通离子。即制约了 金属离子从电极表面向溶液相的扩散。从而引起金属溶解 速度的大为下降。
实验依据
将钝化了的金属表面用很小的阴极电流进行活 化。并根据阴极电量计算电极表面上的固态反 应物的数量及平均覆盖厚度。
在某些钝化了的金属表面上，还可以直接观察 到成相膜的存在，并可以测定其厚度及组成。
偏光方法证明在钝化了的金属表面上存在大量 小晶体。
利用椭圆偏光法在许多钝化了的金属电极上测 量了钝化膜的厚度。
➢ 过硫酸盐不能使铁钝化。 与阴离子的特性对钝化过程的影响有关。
钝化现象
发生钝化的金属或合金具有如下的特点： ➢从表面上看，金属或合金的溶解速度，即腐蚀
速度大大降低； ➢金属或合金的电极电位发生突变，一般明显正
移； ➢若能对金属表面进行探测，会发现表面成分与
结构发生变化。
金属钝化的途径
化学钝化或自钝化：没有外加极化时，由于介 质中存在氧化剂(去极化剂)，氧化剂的还原引 起金属钝化。
阳极钝化：借助于外电源进行阳极极化。
具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化 曲线
恒电位法测定的阳极极化曲线来研究金属的钝化 行为和合金成分、溶液组成对阳极钝化的影响， 评价材料的耐蚀性。
外加电流可促使某些金属发生阳极极化，如果将 金属的电位控制在稳定的钝化区内，就可以防止 金属发生活性溶解或过钝化溶解，使金属得到保 护—阳极保护的基本原理。
电极体系
Ag/Ag+ Tl(Hg)/Tl+ Hg/Hg+ Cu/Cu2+ Cd/Cd2+ Cd(Hg)/Cd2+ Zn/Zn2+ Zn(Hg)/Zn2+ ln(Hg)/ln3+ Bi(Hg)/Bi3+
α(或αn)
0.5 0.4 0.6 0.49 0.9 0.4-0.6 0.47 0.52 0.9 1.18
当金属阳极溶解时，可以在金属表面生成一 层致密的、覆盖得很好的固体产物薄膜。这层 产物膜构成独立的固相膜层，把金属表面与介 质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，导致金属 溶解速度大大降低，使金属进入钝态。
成相膜理论
在电极表面上生成固态反应物膜的前提是在电 极反应中能生成固态反应产物
生成固相反应产物也并不构成出现钝态的充分 条件，即并非任何固态产物都能导致钝态的出 现
在金属表面先生成一层较疏松不具备保护作用的固体膜， 接着在此膜上面再生长一层阻挡膜。内层膜的厚度与电 位不呈线性关系，但外层膜的厚度与电位呈线性关系。 如金属Co在中性溶液中生成的表面钝化膜就属于这种情 况。
在金属的表面形成致密的阻挡层，在其上再覆盖一层多 孔膜。内层的厚度与电位呈线性关系，但外层几乎与电 位无关。
本章重点
金属阳极过程的特点 金属钝化的原因 影响金属阳极过程的主要因素 钝态金属的活化
第一节 金属阳极过程的特点
金属作为反应物发生氧化反应的电极过程。 “正常的”阳极溶解过程，在这一阶段中直
接生成溶液中的金属离子：通常服从电化学 极化规律。 阳极反应中生成不溶性的反应产物并常出现 与此有关的钝化现象：失去电化学活性，阳 极溶解速度非常小。
β(或βn)
0.5 0.6 1.4 1.47 1.1 1.4-1.6 1.47 1.40 2.2 1.76
大多数金属阳极在活化溶解时的交换电流密度 是比较大的，所以阳极极化一般不大。
电极电位的变化对阳极反应速度的加速作用比 阴极过程要显著，故阳极极化度一般要比阴极 极化度要小。
阳极过程也可能是分若干个单电子步骤进行的， 并以失去“最后一个电子”的步骤 [M(n-1)+→Mn++e]速度最慢。
表8.1 某些金属的交换电流密度范围 (金属离子浓度为1mol/dm3)
低过电位金属 中过电位金属 高过电位金属 j=10-10-3A/cm2 j=10-3-10-6A/cm2 j=10-8-10-15A/cm2
Pb
Cu
Fe
Sn
Zn
Co
Hg
Bi
Ni
Cd
Sb
过渡族金属
Ag
贵金属
表8.2 某些金属电极的传递系数
形成的膜必须是致密的。那些在表面形成的疏松的氧化物 或氢氧化物固体相不足以对金属起到保护作用，不能被称 之为钝化膜。但这些疏松的膜可能是钝化膜的初始形态， 当电极电位升高后可能进一步转化为高价的具有保护作用 的氧化膜，促使金属钝化的发生。
常见的金属的钝化膜形态
单一的三维氧化物阻挡膜。显然这层三维膜的结构必须 致密。一般说来，若维钝电流保持不变，则当达到稳态 时，阻挡层的厚度是电位的线性函数，即膜的厚度随电 位上升而线性增加。一个例子是金属铬在酸性溶液中的 钝化情况。
Cr、Ni、Co、Mo、Ta、Nb、W、Ti也具有钝化现象。 其它强氧化剂KNO3、K2Cr2O7、KMnO4、AgNO3、
KClO3。 镁在氢氟酸、钼和铌在盐酸中均可发生上述异常的溶解速
度下降的现象。
钝Байду номын сангаас现象
钝化的发生并不单纯取决于钝化剂氧化能力的 强弱。
➢ 过氧化氢或高锰酸钾溶液对铁的钝化作用却 比重铬酸盐差。
金属的钝化
在一定的条件下，金属阳极会失去电化学 活性，阳极溶解速度变得非常小。这一现象称 为金属的钝化，此时的金属由活化态转变为钝 态，即阳极即处于钝化状态。
钝化现象
在低浓度硝酸溶液中，铁迅速发生腐蚀破坏，且溶解速度 随硝酸浓度提高而增大，硝酸浓度增加到30-40%时溶解 速度达到最大值。但是，当硝酸浓度超过某一临界值 （>40%） ，铁的溶解速度反而急剧下降，表面上看铁的 溶解几乎停滞。
与钝化有关的概念
钝态 passive state，passivity 钝化 passivation 钝化膜 passive film 初始钝化电位，致钝电位 primary passive
potential 过钝化电位 transpassive potential
第二节 金属的钝化
成相膜理论