铝表面形貌对纳米孔氧化铝膜生长的影响
材料的表面形貌对涂层粘接性能的影响研究
材料的表面形貌对涂层粘接性能的影响研究引言：涂层是一种常用的表面处理技术，它能够为材料提供耐磨、耐腐蚀、防氧化等性能，也常用于美观装饰。
然而，涂层的粘接性能往往决定了其使用寿命和效果。
而材料表面的形貌对涂层的粘接性能有着重要影响。
本文将探讨材料表面形貌对涂层粘接性能的影响，并对其研究进展进行综述。
第一部分：表面形貌对涂层附着力的影响1. 表面能对涂层附着力的影响表面能是材料表面分子间相互作用力的总和，它与表面形貌密切相关。
当材料表面形貌粗糙时，表面能增大，使得涂层的附着能力增强。
此时，涂层能够更好地与材料表面接触，形成更强的附着力。
2. 表面形貌对涂层覆盖性的影响表面形貌的均匀性和平整度对涂层覆盖性有着决定性影响。
当材料表面形貌不均匀，存在凹凸不平的情况时，涂层的覆盖性将受到限制。
表面形貌越平整，涂层的覆盖性越好，附着力也相应增强。
第二部分：影响涂层粘接性能的主要表面形貌特征1. 粗糙度表面粗糙度是表征材料表面凹凸程度的参数之一。
粗糙度的增加通常会提高涂层与材料表面的接触面积，从而增加涂层的附着力。
然而，过高的粗糙度也可能导致涂层的覆盖性下降。
2. 毛细格子表面的毛细格子是表征材料表面微观孔洞和凹凸结构的特征之一。
毛细格子的存在能够提高涂层与材料表面之间的物理结合力，从而增加涂层的附着力。
不同类型的毛细格子对涂层粘接性能的影响可能有所不同。
3. 表面能表面能是材料与涂层之间相互作用的重要参数。
表面能的大小与表面形貌有关，影响涂层与材料之间的物理结合力。
表面能越大，涂层与材料之间的物理结合力越强。
第三部分：表面形貌优化技术对涂层粘接性能的提高1. 磨削技术磨削是一种常用的表面加工技术，可以改善材料表面形貌，提高涂层的粘接性能。
通过控制磨削工艺参数，可以得到不同表面形貌特征，从而实现涂层附着能力的调控。
2. 表面处理剂表面处理剂的使用可以改变材料表面的化学性质，从而提高涂层与材料之间的粘接性能。
表面处理剂可以在材料表面形成一层致密的保护膜，减小表面能，并提高涂层的附着力。
铝氧化膜生成速度
铝氧化膜生成速度铝氧化膜是一种在铝金属表面形成的一层氧化薄膜，具有良好的耐腐蚀性和绝缘性能。
它是由铝与氧反应生成的，可以在自然环境下形成，也可以通过电化学方法加速生成。
铝氧化膜的生成速度对于铝金属的应用具有重要的影响，下面将从不同的角度来探讨铝氧化膜的生成速度。
铝氧化膜的生成速度与铝金属的表面状态有关。
铝金属表面的氧化膜可以通过两种方式生成，一种是自然氧化，另一种是通过电化学氧化。
自然氧化是指在自然环境下，铝金属与空气中的氧气反应生成氧化膜。
在干燥的环境中，氧化膜的生成速度较慢；而在潮湿的环境中，由于水分的存在，氧化膜的生成速度会加快。
电化学氧化是指通过电化学方法，在电解液中施加电压，使铝金属表面发生氧化反应生成氧化膜。
电化学氧化可以使氧化膜的生成速度得到有效控制，可以根据需要调节电压和电解液的成分来控制氧化膜的厚度和性能。
铝氧化膜的生成速度与氧化剂的浓度有关。
氧化剂是指在氧化反应中起催化作用的物质，常见的氧化剂有氧气、硫酸等。
氧化剂的浓度越高，铝金属与氧化剂反应的速度就越快，氧化膜的生成速度也会相应增加。
在实际应用中，可以通过调节氧化剂的浓度来控制铝氧化膜的生成速度，以满足不同需求。
铝氧化膜的生成速度还与温度有关。
一般来说，温度越高，氧化反应的速度越快，铝氧化膜的生成速度也会相应增加。
这是因为在高温下，反应物的分子运动速度加快，反应速率增加。
因此，在需要加快铝氧化膜生成速度的情况下，可以适当提高温度。
铝氧化膜的生成速度还受到其他因素的影响，如表面处理、电解液的成分、电压等。
表面处理可以去除铝金属表面的氧化物和杂质，使氧化反应更容易进行。
电解液的成分可以改变氧化反应的速率和产物的性质。
电压的大小直接影响氧化膜的生成速度和厚度。
铝氧化膜的生成速度受到多种因素的影响，包括表面状态、氧化剂浓度、温度、表面处理、电解液成分和电压等。
在实际应用中，根据需要可以通过调节这些因素来控制铝氧化膜的生成速度，以满足不同的要求。
微弧氧化中放电和冷却时间对膜层生长及性能影响的研究
微弧氧化中放电和冷却时间对膜层生长及性能影响的研究微弧氧化技术是一种金属表面处理方法，通过在金属表面产生微弧放电，形成陶瓷类膜层，提高金属表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
在微弧氧化过程中，放电和冷却时间是两个重要的参数，对膜层的生长和性能有着显著的影响。
本文通过对微弧氧化中放电和冷却时间对膜层生长及性能的影响进行研究，旨在深入了解微弧氧化的工艺参数对膜层形成机理的影响。
首先，我们对微弧氧化实验进行了设计，确定了放电时间和冷却时间的范围。
然后，选择了常见的工程材料铝合金作为实验材料，将试样一端暴露在电解液中，形成阳极，另一端连接负极，作为对比。
在微弧氧化实验中，将放电时间分别设置为5秒、10秒和15秒，冷却时间分别设置为5秒、10秒和15秒。
在实验过程中，我们观察了微弧氧化过程中膜层的生长情况，并对其表面形貌进行了扫描电子显微镜观察。
实验结果显示，随着放电时间的增加，膜层的厚度逐渐增加。
当放电时间为15秒时，膜层厚度最大。
此外，随着冷却时间的增加，膜层的致密性逐渐增加，表面形貌变得更加光滑。
当冷却时间为15秒时，膜层的致密性最好。
为了进一步研究微弧氧化中放电和冷却时间对膜层的性能影响，我们进行了一系列物理性能测试。
例如，我们测试了膜层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
实验结果显示，随着放电时间的增加，膜层的硬度逐渐增加，且具有更好的耐磨性和耐腐蚀性。
对于冷却时间，我们观察到膜层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性随着冷却时间的增加而增加。
进一步分析实验结果，我们认为微弧氧化中的放电时间主要影响膜层的厚度，而冷却时间主要影响膜层的致密性和物理性能。
在放电过程中，较长的放电时间能够提供更多的能量，使得膜层更加厚实。
而较长的冷却时间能够确保膜层的致密性良好，减少气孔和缺陷的形成。
总之，本研究通过对微弧氧化中放电和冷却时间对膜层生长及性能影响的研究，深入探讨了微弧氧化的工艺参数对膜层形成机理的影响。
实验结果表明，适当调控放电和冷却时间能够获得具有优异性能的膜层，为微弧氧化工艺的工程应用提供了理论和实验依据。
铝形成的致密氧化膜的原理_概述说明以及解释
铝形成的致密氧化膜的原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述铝是一种常见的金属材料，在许多领域都有广泛的应用。
然而，铝具有较高的活性，容易与氧气反应生成致密的氧化膜。
这种氧化膜能够形成在铝表面，并具有良好的耐蚀性和阻隔性能，从而保护铝材料不受环境中湿度、酸碱等因素的腐蚀。
1.2 文章结构本文将对铝形成的致密氧化膜的原理进行概述说明和解释。
首先，我们将介绍致密氧化膜形成的基本原理，包括铝的氧化反应和氧离子传输过程。
接着，我们会探讨影响致密氧化膜形成条件和因素，并分析致密氧化膜的性质和特点，如密度、厚度、阻隔性能、耐蚀性能以及其对机械性能和表面硬度的增强作用。
此外，我们还会讨论不同方法对致密氧化膜形成的影响, 包括温湿度条件控制、掺杂元素和不同电解液组成及条件。
最后，我们将总结研究现状并提出问题分析，并展望致密氧化膜技术的应用前景。
1.3 目的本文旨在系统概述铝形成致密氧化膜的原理，并探讨其在材料科学与工程中的应用前景。
通过深入了解铝氧化反应过程以及影响致密氧化膜形成和性质的因素，我们可以为进一步研究和探索改善致密氧化膜技术提供理论基础和指导方向。
此外，对于高效保护铝材料、延长使用寿命以及推动相关领域的发展也具有重要意义。
2. 致密氧化膜的形成原理:铝的氧化反应:在自然界中，铝与氧发生氧化反应，生成铝的氧化物。
当铝表面暴露在空气中时，与空气中的氧分子发生反应，形成一层致密的氧化膜。
这一过程被称为铝的自然氧化。
氧离子传输过程:在形成致密氧化膜的过程中,最重要的是氧离子传输。
当铝与空气中的氧接触时，铝表面会产生一个粗糙不均匀的初始热涌层(Al2O3)。
随着时间和环境条件(如温度、湿度等)的变化，更多的氟阵列受到热激活并开始扩散到初始热涌层下方，同时释放出电子，并将其转移至铝金属内部以维持电荷平衡。
这些电子将靠近初始热涌层上侵入预取单位(Al2O3)x- (x＜1)，从而加速了反应速率并促进了新鲜（0,x）值大小也逐渐增大。
铝表面的氧化膜
铝表面的氧化膜
铝是一种常见的金属材料，具有轻质、导热性好等优点，因此在工业生产和日常生活中被广泛应用。
然而，铝表面的氧化膜却是铝材料的一个不可忽视的特点。
在铝表面形成的氧化膜，对于铝的性能和应用有着重要的影响。
铝表面的氧化膜是指铝与氧气在空气中发生氧化反应而形成的一层氧化物薄膜。
这层薄膜一般为Al2O3，是一种具有很高的热稳定性和化学稳定性的氧化物。
这种氧化膜可以有效地防止铝表面进一步氧化和腐蚀，提高了铝的耐腐蚀性能和机械性能。
同时，铝表面的氧化膜也具有一定的绝缘性能，可以有效隔离铝基材和外界环境，保护铝材料不受外界环境的影响。
铝表面的氧化膜还可以提供一定的装饰效果。
由于氧化膜的形成会改变铝的表面颜色，使得铝材料可以呈现出不同的颜色和光泽。
这种装饰效果可以使铝制品在外观上更加美观，提高其市场竞争力。
同时，氧化膜还可以提供一定的抗磨损性能，延长铝制品的使用寿命。
铝表面的氧化膜还具有一定的润滑性能。
氧化膜本身具有一定的硬度和光滑度，可以降低铝材料与其他材料的摩擦系数，减少磨损和能量损失。
因此，在某些特定的应用场合，铝表面的氧化膜还可以作为一种固体润滑剂来使用，提高机械装置的工作效率和使用寿命。
总的来说，铝表面的氧化膜是铝材料的一个重要特点，具有防腐蚀、装饰、润滑等多种功能。
在铝制品的生产和应用过程中，合理控制和利用铝表面的氧化膜，可以提高产品的质量和性能，拓展铝材料的应用领域。
因此，对铝表面的氧化膜进行深入研究和利用，对于推动铝材料产业的发展具有重要意义。
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Material Sciences 材料科学, 2019, 9(2), 151-156 Published Online February 2019 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ms https://doi.org/10.12677/ms.2019.92019
文章引用: 张金龙. 铝表面形貌对纳米孔氧化铝膜生长的影响[J]. 材料科学, 2019, 9(2): 151-156. DOI: 10.12677/ms.2019.92019
Effect of Surface Morphology of Aluminum on the Growth of Nanoporous Alumina Film
Jinlong Zhang School of Materials Science and Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan Shandong
Received: Jan. 7th, 2019; accepted: Feb. 6th, 2019; published: Feb. 13th, 2019
Abstract In order to obtain Aluminum Alloy porous anodic oxide film of high quality flat surface, electro-chemical polishing technology was used to polish 1060 aluminum alloy, the effect of surface mor-phology and alloy composition on the growth of aluminum oxide film was studied. The results showed that: After electrochemical polishing, the roughness of aluminum plate surface and stress concentration of grain boundary can be reduced significantly, and the polyphase segregation alloy in the form of a small amount of solid solution can be effectively removed, the highly ordered na-noporous alumina membrane is obtained. It is verified that the surface morphology of aluminum plays a key role in the preparation of porous alumina.
Keywords Electrochemical Polishing, 1060 Aluminum Alloy, Surface Morphology, Polyphase Segregation Alloy, Porous Alumina
铝表面形貌对纳米孔氧化铝膜生长的影响 张金龙 山东建筑大学，材料科学与工程学院，山东 济南
收稿日期：2019年1月7日；录用日期：2019年2月6日；发布日期：2019年2月13日
摘 要 为获得高质量平整表面的铝合金多孔阳极氧化膜，本文采用电化学抛光技术对1060铝合金进行抛光试验，研究了铝合金表面形貌和合金成分对氧化铝薄膜生长的影响。结果表明：在电化学抛光之后，铝板表面的粗糙度和内部晶界的应力集中可以显著降低，能有效去除以少量固溶形式存在的多相偏析合金，得到张金龙 DOI: 10.12677/ms.2019.92019 152 材料科学
了高度有序平整的纳米孔氧化铝膜，验证了铝表面形貌在多孔氧化铝的制备中起到了关键性的作用。 关键词 电化学抛光，1060铝合金，表面形貌，多相偏析合金，多孔氧化铝
Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1. 引言 1060铝合金为工业纯铝系中具有代表性的民用高端产品，具有良好的耐蚀性、导热性、电磁屏蔽以及易加工成形等优点，广泛应用于高表面质量要求的民用产品，如建筑物外观装饰、化工仪器及太阳能光热转化系统中平板型太阳能集热器的吸热板材料等领域。铝合金阳极氧化技术可以提高铝合金的耐磨性和耐腐蚀性[1]，是智能手机等3C产品理想的外壳材料，也广泛应用于航天、光电学及磁学等方面。但铝合金阳极氧化所获得的氧化膜厚度并不均匀，且表面不平整，一般不能直接应用于光电领域以及3C产品中，有必要研究氧化铝薄膜生长的影响因素，以获得高质量的平整表面。 电解抛光是一种以“电解液 + 直流电源”的交互作用，对铝合金表面进行精细处理的抛光工艺，可以消除金属表面磨损、划痕等表面缺陷，获得光洁平整的光亮镜面[2]。具体操作流程为：将铝合金放入盛有抛光专用电解液的电解槽中，通电反应后铝合金表面会生成一层钝化膜，铝离子透过该膜后迅速扩散，使得铝合金表面的凸出部分和表面未凸出部分形成电流密度差，导致凸出部分溶解速度大于表面未凸出部分，从而实现了使表面平整的效果。 为获得高质量平整表面的铝合金多孔阳极氧化膜，本文采用电化学抛光技术对1060铝合金进行了处理获得了镜面效果，探讨了铝合金表面形貌对制备纳米孔氧化铝膜的影响，分析了氧化铝膜缺陷产生的原因。该问题的研究对于拓宽氧化铝模板的应用及大尺寸有序氧化铝的制备均具有着重要的指导意义。 2. 仪器与材料
2.1. 实验仪器 MiniFlex II型X射线衍射仪(日本Rigaku公司)；JSM-7610F扫描电子显微镜(日本电子株式会社)；FlexSEM1000扫描电子显微镜(日本Hitachi公司)；高频脉冲直流恒压恒流电源(深圳富顺泰科技公司)；THD-0506型低温恒温槽(宁波天恒仪器厂)；85-2A型磁力搅拌器(常州荣冠实验分析仪器厂)。
2.2. 实验材料 主要材料：1060铝合金片(化学组成(wt%)：Al，99.6%；Si ≤ 0.25%；Cu ≤ 0.05%；Mg ≤ 0.05%；Zn ≤ 0.05%；Mn ≤ 0.05%；Fe ≤ 0.4%；V ≤ 0.05%；Ti ≤ 0.03%)；丙酮、氢氧化钠、高氯酸、无水乙醇、草酸、磷酸(均为分析纯)。 3. 方法与结果
3.1. 实验方法 预处理：将铝片剪裁成14 mm*30 mm*0.4 mm尺寸的样片并在丙酮中超声清洗以进行表面脱脂[3]后，张金龙 DOI: 10.12677/ms.2019.92019 153 材料科学
在40 g/L的NaOH溶液中进行碱洗，直到出现大量气泡后取出，去离子水超声水洗晾干；将样片置于体积比为1:4的高氯酸/无水乙醇[4]混合溶液中，在电流密度为70 mA/cm2的电化学条件下电解抛光4 min~6
min至镜面，阳极为样片，阴极为石墨，0℃~5℃下磁力搅拌，抛光完成后超声去离子水清洗，再经无水
乙醇清洗后快速晾干装入自封袋，待后续实验操作。 阳极氧化：预处理后的铝片作阳极，石墨片作阴极，阴极面积稍大于阳极面积，0.3 mol/L草酸溶液为电解液[5]，控制氧化电压，调至稳压50 V，以稳定的氧化电流反应40 min。
3.2. 电化学抛光对铝片表面形貌的影响
图1为抛光铝片和未抛光铝片的表面形貌电镜照片。通过扫瞄电子显微镜照片可以看出，未经过电化学抛光处理过的铝片表面如图1(a,c)还存在制备过程中产生的凹坑等机械微观缺陷，表面较为粗糙，在高倍数下晶粒尺寸不均匀呈圆柱状，存在晶界的应力集中，晶界周围有纳米级的白色偏析物质，取图1(c)中白色偏析物质部位做能谱结果如图2，表1为白色偏析物质的质量结果，该偏析物含有较多的Al、Ti元素，其余组分为C、Mg和Si。
Figure 1. (a) SEM surface view of unpolished aluminum sheet; (b) SEM surface view of polished aluminum sheet; (c) SEM front view of unpolished aluminium sheet; (d) SEM front view of polished aluminium sheet 图1. (a)未抛光铝片的SEM表面图；(b)抛光铝片的SEM表面图；(c)未抛光铝片的SEM正面图；(d)抛光铝片的SEM正面图
Figure 2. EDS spectra of white segregated substances 图2. 白色偏析物质的EDS谱 张金龙 DOI: 10.12677/ms.2019.92019 154 材料科学
Table 1. Quality results of white segregate substance 表1. 白色偏析物质的质量结果
Elt. Line Intensity (c/s) Conc. Units C Ka 14.14 3.060 wt.% Mg Ka 21.22 0.557 wt.% Al Ka 2114.25 57.769 wt.% Si Ka 0.74 0.032 wt.% Ti Ka 589.09 38.582 wt.% 100.000 Wt%
采用电化学抛光之后其表面变得光亮平滑，如图1(b)电镜下凸起都有效地去除了，在微米级是光滑平整的，呈镜面状态，平均反射率在90%以上，使铝片的表面形貌平整均一。如图1(d)表面覆盖的粗大的晶粒及白色偏析物质被有效溶解，晶界的应力集中现象也明显变少，得到了细化均匀的晶粒，组织非常均匀，在相同倍数的电镜照片下很难观察到有微观缺陷的存在。 3.3. 铝片表面形貌对制备纳米孔氧化铝膜的影响
图3为两种铝片在相同的氧化条件下分别经过氧化后得到的纳米孔氧化铝膜的电镜照片。从其正面的电镜照片可以明显看出不同表面形貌的铝片氧化得到了不同形貌的氧化铝膜。图3(a)是抛光铝片得到的氧化铝，其多孔阳极氧化铝的结构也与目前学术界所普遍认同的AAO模板结构相一致，由截面图4可以看出，在铝基底上，高度有序的密排纳米孔垂直于模板的表面并贯穿模板，孔洞之间没有交叉现象，纳米孔洞整齐地分布在模板上，每个孔洞都独立存在，整个模板就是一块“带孔的板”[6]。本文所制备的AAO模板的厚度大约为20 um，纳米管管道的孔径为大约150纳米，孔径尺寸均匀，孔径与孔径之间的间隔大约为60纳米，较Masuda所得出孔径两倍于孔距的规律[7]稍小一点。 值得注意的是，在相同的氧化条件下未抛光铝片氧化得到了杂乱无章的氧化铝结构如图3(b)及图4(b)，该显著区别间接证明了铝片表面形貌对氧化铝生长起到了关键作用。