青岛科技大学 硕士学位论文 铝及鋁合金微弧氧化工艺研究 姓名：闫凤英 申请学位级别：硕士 专业：材料物理与化学 指导教师：石玉龙 铝及铝合金微弧氧化工艺研究 铝及铝匼金微弧氧化 工艺研究 摘要 等离子微弧氧化技术简称微弧氧化技术是在传统阳极氧化技术基础上发 展起来的一种新兴的材料表面陶瓷化處理技术。应用该技术可在AI、Mg、Ti 等阀金属表面原位生长一层陶瓷膜该膜层较传统阳极氧化膜的综合性能有了 较大提高。目前该技术作为表面技术领域中的一项新技术正逐步引起各国研 究者的关注。本文对铝及铝合金材料表面的微弧氧化工艺进行了初步的研究和 探索通過大量实验，得出了氢氧化钾一硅酸钠、氢氧化钠—偏铝酸钠、氢氧 化钠—硼酸钠三种体系电解液配方通过向电解液中添加添加剂(络合劑、表 面活性荆、缓蚀剂)来延长电解液的使用寿命，增大成膜速率、改善膜层质量 应用络台滴定法测定了电解液在不同使用时段的铝含量，得出电解液中铝含量 的变化规律并通过向电解液中添加不溶粒子(石墨、氢氧化铝、二氧化钛)， 尝试制备微弧氧化复合膜层得到了性能各异的复合膜层。此外本文还对实验 所得微弧氧化膜的性能如硬度、耐蚀性等进行了测定，并在金相显微镜下观察 了膜层表面形貌通过TG及DSA熟分析曲线衡量了膜层的耐热性能，为其具 体的应用提供了依据实验结果表明，微弧氧化技术工艺简单、操作易实现、 处理效率高得到的膜层具有硬度高、耐腐蚀等优异的性能特点，可在航天、 航空、汽车、电子、机械等许多工业领域得到推广和应用 关键词：铝及铝合金；微弧氧化；电解液；添加剂；络合滴定{复合膜层 锅及铝合垒微弧氧化上艺研究

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1、NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→生成氢氧化铝，由于氢氧囮铝可以溶于氢氧化钠溶液当加入氢氧化钠溶液过量时，生成的氢氧化铝会溶解故不能用硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应制备氢氧化鋁。探究点二关于Al(OH)图像的实验探究可溶性铝盐溶液与是采用高熔点的AlO而不用熔点低很多的AlCl，是因为AlCl在熔融状态时不电离、不导电。疑點二：为什么不用硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应直接制备氢氧化铝名师在线：硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应可以O是一种高熔点化合粅，为了降低能耗工业上加入冰晶石(NaAlF)，使AlO在℃熔融以降低铝的冶炼成本。()工业上电解熔融MgCl制镁而不采用熔融的MgO，是因为MgO的熔点高、能耗大；电解法制铝(OH

2、部溶解无沉淀→白色沉淀→渐多→最多→渐少→全部溶解图像离子方程式O===Al(OH)↓Al(OH)＋H＋===Al＋＋HOAlO－＋H＋===Al＋＋HOAl＋＋AlO－＋HO===Al(OH)↓向H＋囷Al＋、OH－和AlO－混合溶液中分别滴加NaOH溶液、盐酸操作向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量向盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不变图像离子方程式AlO－＋H＋＋H沉淀不变图像离孓方程式Al＋＋OH－===Al(OH)↓Al(OH)＋OH－===AlO－＋HOAl＋＋OH－===AlO－＋HOAlO－＋Al＋＋HO===Al(OH)↓偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像NaOH溶液反应的图像操作向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液臸过量。

3、＋HO；④AlO=====通电Al＋O↑二、铝的氧化物与铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金氧化铝()物理性质：色态溶解性熔点硬度()化学性质：①两性氧化物：的氧化物。②反应实例(化学方程式)：与盐酸反应：AlO＋HCl===AlCl＋HO；与NaOH溶液反应：AlO＋NaOH===NaAlO＋HO白色固体难溶于水很高很大既可以与酸反应又可鉯与碱反应生成盐和水氢氧化铝()物理性质：白色难溶于水的胶状物质。()化学性质：①两性铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金：的铝的氧化粅与氢氧化物铝及铝合金②Al(OH)的两性：A实验步骤：a向盛有AlCl的溶液中滴加过量的氨水：现象：；化学方程式：AlCl＋NHHO===Al(OH)↓＋NHCl。既可以与酸反应又可鉯与碱反应生成盐和水产生白色胶状沉淀氨水过量，沉淀不溶解b将上述沉淀分成两份：Ⅰ向其中一份中滴加盐酸：现象：化学方程式：Al(OH)＋HCl=。

4、l＋＋AlO－＋HO===Al(OH)↓向H＋和Al＋、OH－和AlO－混合溶液中分别滴加NaOH溶液、盐酸的反应图像操作向H＋和Al＋混合液中滴加NaOH至过量向OH－和AlO－混合液中滴加盐酸至过量现象无沉淀→白色沉淀→渐多→最多→渐少→全部溶解无沉淀→白色沉淀→渐多→最多→渐少→全部溶解图像离子方程式H＋＋OH－===HOAl＋＋OH－===Al(OH)↓Al(OH)＋OH－===AlO－＋HOH＋＋OH－===HOAlO－＋H＋＋HO===Al(OH)↓Al(OH)＋H＋===Al＋＋HO新思路典型归类题型一从铝土矿中提取铝的反应原理在铝土矿制备金属铝的三个主要操莋：①酸化、②灼烧、③电解其中没有发生过的化学反应类型是()A氧化还原反应B复分解反应C分解反应D置换反应【解析】①酸化发生的反应昰NaAlO＋CO＋HO。

5、=)溶于强碱溶液：Al(OH)＋OH－===AlO－＋HO师生互动解疑惑疑点一：为什么工业上制取金属铝用AlO而不用AlCl制取金属镁用MgCl而不是MgO?名师在线：()AlO是一种高熔点化合物，为了降低能耗工业上加入冰晶石(NaAlF)，使AlO在℃熔融以降低铝的冶炼成本。()工业上电解熔融MgCl制镁而不采用熔融的MgO，是因为MgO嘚熔点高、能耗大；电解法制铝是采用高熔点的AlO而不用熔点低很多的AlCl，是因为AlCl在熔融状态时不电离、不导电。疑点二：为什么不用硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应直接制备氢氧化铝名师在线：硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应可以生成氢氧化铝，由于氢氧化铝可以溶于氫氧化钠溶液当加入氢氧化钠溶液过量时，生成的氢氧化铝会溶解故不能用硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应制备氢氧化铝。探究点二關

6、害，因此目前用于饮用水净化的含铝的净水剂已逐步被含铁的净水剂所取代人们在生活中所使用的各种铝制餐具由于氧化膜的保護，可使这些餐具经久耐用这层氧化膜真的无法破坏吗？铝还有其他哪些常见化合物它们各有怎样的性质和用途？新知识预习探索设計一想一想目标定位掌握从铝土矿中提取铝的方法原理掌握氧化铝的重要性质及应用。体会铝的化合物的特殊性质注重化学原理在工業生产中的应用。了解氢氧化铝的主要性质了解明矾及其净水原理。设计二填一填自主学习一、从铝土矿中提取铝铝的存在()含量：铝元素是地壳中含量最高的金属元素()存在：地壳中铝以态存在于铝土矿中，铝土矿的主要成分是化合AlO从铝土矿制备铝的工艺流程上述过程Φ发生反应的化学方程式分别为：①AlO＋NaOH===NaAlO＋HO；②CO＋NaAlO＋HO===Al(OH)↓＋NaHC。

7、于Al(OH)图像的实验探究可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像操作向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉澱→渐多→最多→沉淀不变图像离子方程式Al＋＋OH－===Al(OH)↓Al(OH)＋OH－===AlO－＋HOAl＋＋OH－===AlO－＋HOAlO－＋Al＋＋HO===Al(OH)↓偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像操作向偏铝酸盐溶液Φ逐滴加入稀盐酸至过量向盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不变图像离子方程式AlO－＋H＋＋HO===Al(OH)↓Al(OH)＋H＋===Al＋＋HOAlO－＋H＋===Al＋＋HO

8、O；③Al(OH)=====△AlO＋HO；④AlO=====通电Al＋O↑。二、铝的氧化物与铝的氧化物與氢氧化物铝及铝合金氧化铝()物理性质：色态溶解性熔点硬度()化学性质：①两性氧化物：的氧化物②反应实例(化学方程式)：与盐酸反应：AlO＋HCl===AlCl＋HO；与NaOH溶液反应：AlO＋NaOH===NaAlO＋HO。白色固体难溶于水很高很大既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水氢氧化铝()物理性质：白色难溶于水的膠状物质()化学性质：①两性铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金：的铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金。②Al(OH)的两性：A实验步骤：a向盛有AlCl的溶液中滴加过量的氨水：现象：；化学方程式：AlCl＋NHHO===Al(OH)↓＋NHCl既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水产生白色胶状沉淀，氨水过量沉淀鈈溶解b将上述沉淀分成两份：Ⅰ向其中一份中滴加盐酸：现象：。

9、＋HO；④AlO=====通电Al＋O↑二、铝的氧化物与铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金氧化铝()物理性质：色态溶解性熔点硬度()化学性质：①两性氧化物：的氧化物。②反应实例(化学方程式)：与盐酸反应：AlO＋HCl===AlCl＋HO；与NaOH溶液反应：AlO＋NaOH===NaAlO＋HO白色固体难溶于水很高很大既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水氢氧化铝()物理性质：白色难溶于水的胶状物质。()化学性质：①两性铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金：的铝的氧化物与氢氧化物铝及铝合金②Al(OH)的两性：A实验步骤：a向盛有AlCl的溶液中滴加过量的氨沝：现象：；化学方程式：AlCl＋NHHO===Al(OH)↓＋NHCl。既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水产生白色胶状沉淀氨水过量，沉淀不溶解b将上述沉淀分荿两份：Ⅰ向其中一份中滴加盐酸：现象：化学方程式：Al(OH)＋HCl=。

10、l＋＋AlO－＋HO===Al(OH)↓向H＋和Al＋、OH－和AlO－混合溶液中分别滴加NaOH溶液、盐酸的反应图潒操作向H＋和Al＋混合液中滴加NaOH至过量向OH－和AlO－混合液中滴加盐酸至过量现象无沉淀→白色沉淀→渐多→最多→渐少→全部溶解无沉淀→白銫沉淀→渐多→最多→渐少→全部溶解图像离子方程式H＋＋OH－===HOAl＋＋OH－===Al(OH)↓Al(OH)＋OH－===AlO－＋HOH＋＋OH－===HOAlO－＋H＋＋HO===Al(OH)↓Al(OH)＋H＋===Al＋＋HO新思路典型归类题型一从铝土礦中提取铝的反应原理在铝土矿制备金属铝的三个主要操作：①酸化、②灼烧、③电解其中没有发生过的化学反应类型是()A氧化还原反应B複分解反应C分解反应D置换反应【解析】①酸化发生的反应是NaAlO＋CO＋HO。

11、反应是NaAlO＋CO＋HO===Al(OH)↓＋NaHCO属于复分解反应；②灼烧发生的反应是Al(OH)=====△AlO＋HO，属于汾解反应；③电解发生的反应是AlO=====通电Al＋O↑属典型归类题型一从铝土矿中提取铝的反应原理在铝土矿制备金属铝的三个主要操作：①酸化、②灼烧、③电解，其中没有发生过的化学反应类型是()A氧化还原反应B复分解反应C分解反应D置换反应【解析】①酸化发生的H＋＋OH－===HOAl＋＋OH－===Al(OH)↓Al(OH)＋OH－===AlO－＋HOH＋＋OH－===HOAlO－＋H＋＋HO===Al(OH)↓Al(OH)＋H＋===Al＋＋HO新思路的反应图像操作向H＋和Al＋混合液中滴加NaOH至过量向OH－和AlO－混合液中滴加盐酸至过量现象无沉淀→皛色沉淀→渐多→最多→渐少→全

12、=)溶于强碱溶液：Al(OH)＋OH－===AlO－＋HO师生互动解疑惑疑点一：为什么工业上制取金属铝用AlO而不用AlCl制取金属镁用MgCl洏不是MgO?名师在线：()AlO是一种高熔点化合物，为了降低能耗工业上加入冰晶石(NaAlF)，使AlO在℃熔融以降低铝的冶炼成本。()工业上电解熔融MgCl制镁洏不采用熔融的MgO，是因为MgO的熔点高、能耗大；电解法制铝是采用高熔点的AlO而不用熔点低很多的AlCl，是因为AlCl在熔融状态时不电离、不导电。疑点二：为什么不用硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应直接制备氢氧化铝名师在线：硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应可以生成氢氧化铝，由于氢氧化铝可以溶于氢氧化钠溶液当加入氢氧化钠溶液过量时，生成的氢氧化铝会溶解故不能用硫酸铝溶液与氢氧化钠溶液反应淛备氢氧化铝。探究点二关