阳极电镀氧化铝（精选三篇）
阳极电镀氧化铝 篇1
1 实验方法
切取镍板清洗表面后置于阳极袋中, 电源设备是型号为DE-2的直流电解电源。电镀液为纯净水配制的340g/L NiSO4·7H2O, 14g/L NaCl, 37g/L H3BO3溶液, 温度50℃～55℃。
电镀24h后取出镍板, 在JEOL JSM-5900LV扫描式电子显微镜下观察。
取出阳极袋底部的残渣后, 纯水清洗后烘干, 用日本理学电机D/MAX-RAX型X射线衍射仪进行X射线衍射 (XRD) 分析。
用M273A电化学式分析仪器在54℃的电镀液中测量镍阳极的极化曲线, 辅助电极采用石墨, 参比电极采用饱和甘汞电极, 扫描速度为5mv/s。
2 结果与讨论
2.1 镍渣的XRD分析
在电镀结束时收取阳极袋底部的残渣进行X射线衍射图谱分析与电镀镍工厂的镍渣作对比如图1所示。图谱中存在的3个晶面 (111) 面, (200) 面, (220) 面处成分镍的峰值很强, 实验得到的镍渣分析图谱与电镀厂镍渣分析图谱非常相似, 可以明显看到相同3个晶面的衍射峰, 说明实验研究和实际电镀产生的镍渣成分相同, 都是金属镍构成。
2.2 电解镍的钝化机理
用恒电位法法测得的镍阳极在含5g/L NaCl电镀液中的阳极极化曲线如图2所示。
按钝化理论可知[1], 图2的AB为金属正常溶解区, B点的电位称为致钝电位, 相应的电流称为致钝电流密度;BC段发生钝化过程, 这时金属的溶解速度随着电极电势的变大而很快减小;CD段电极处于比较稳定的钝化状态;DE段为超钝化区。
按钝化的成相膜理论[1], 对钝化曲线ABCDE作如下分析:AB段电解镍正常溶解, 当电位增至Eb时, 电极表面开始形成钝化膜, 随着电位正移, 钝化膜的溶解与形成交替进行。当达到B点时, 钝化膜的形成速度已占主要地位, 致使金属的电化学溶解减慢, 电流沿BC逐渐减小, 直至C点, 电极表面已覆盖了比较稳定的钝化膜层, 金属的电化学溶解达到最低值, 当电位继续正移, 电流只有很小的变化, 至D点已达到氧的析出电位, 氧气析出电流又开始上升金属溶解速度重新增大。现在再看看通常镍的电化学阳极溶解机理:
在镀镍的正常情况下, 镍溶解成镍离子:Ni-2e→Ni2+
镍具有强烈的钝化性能, 当有电流通过时镍的钝化倾向表现得更加强烈。如果电解液中氯离子很低或没有氯离子[2], 在电流密度达到某一数值之前, 镍阳极能维持正常溶解, 至D点达到氧的析出电位, 这时阳极附近放出氧气:
2H2O-4e→ 4H++O2↑, 由于氧的析出, 镍会发生氧化现象:4Ni2++3O2→2Ni2O3-8e, 此时, 阳极的正常溶解停止, 生成的褐色三氧化二镍覆盖在阳极的局部表面上, 这样的表面不能导电, 因而阳极的工作表面减小, 氧气的大量析出使电流密度相应增大, 阳极电势升高, 表现为图2的DE段。
减少阳极钝化的方法通常是在溶液中加入氯离子。溶液中存在氯离子 (Cl-) , 则生成的三价镍氧化物与氯离子发生作用:
Ni2O3+2Cl-+6H+→2Ni2++Cl2+3H2O
电解镍表面的氧化膜先变松, 然后溶解。阳极的活化状态一直保持到阳极表面氯离子的浓度由于电流分布不均匀而减小, 在电镀所需电流密度与所采用的电流密度不相适应时, 阳极上又开始电解水析出气体氧气:2H2O-4e→4H++O2↑, 电解镍阳极的溶解变得微小, 从而重新引起阳极钝化。电解镍就以这种活化—钝化—再活化的交替形式溶解, 这种交替现象就是阳极循环钝化现象[2]。在这样的交替循环下, 电解镍表面的海绵状物质形成。
本实验对电镀后的电解镍板进行电子扫描, 观察电镀后镍阳极表面的残渣形貌。
图3是电镀24h后镍表面的扫描电镜照片, 在电镀24h后镍板边缘疏松, 触碰后即脱落, 镍板表面有一层布满小孔的氧化膜, 表层下面有侧向不规则凹坑, 形成海绵状, 在电镀达到一定时间这层海绵状物质会自行脱落成为电镀残渣。
在扫描电子显微镜下观察发现, 由电解钝化形成的表层海绵状物质在凹坑上呈架空状态, 这样的形态在电镀时间延长的情况下更容易脱落, 覆盖在镍表面上也使导电不良。这层表面覆盖物沉降不规则, 在清理阳极袋时, 浪费很多海绵状细碎小镍块。扫面电镜观察的结果与极化理论相符:阳极循环钝化的交替进行使电解镍表面的海绵状物质形成。
2.3 电镀液中氯离子对镍阳极溶解行为的影响
溶液组成往往影响阳极过程, 特别是溶液中各种阴离子的性质与浓度对钝化曲线影响较大, 减少镍阳极钝化的方法通常是在溶液中加入氯离子, 本实验系统地做了不同Cl-浓度对镍阳极溶解行为的影响, 结果如图4所示。
从图中可看出, 电解镍在电镀液中的致钝电流随着Cl-浓度增大而增大, 致钝电位逐渐变小, 电镀镍的钝化范围缩小。这些结果表明Cl-对镍阳极钝化膜有较大的活化作用, Cl-浓度愈大活化作用也愈明显。
在阳极电化学溶解过程中[3], 阴离子向阳极迁移, 它们可与金属表面原子形成可溶性金属盐或络合物使钝化膜难以形成, 有利于金属的电化学溶解, 故致钝电流增大。当金属表面已形成钝化膜以后, 氯离子又可在钝化膜上吸附并置换氧原子, 促使钝化膜溶解, 反映在钝化曲线上, 钝化区范围缩小。镍本身是易钝化的金属, 在空气中或在潮湿空气中很易形成透明的钝化膜而不再继续氧化。本实验使用的电镀液中是含有NaCl的, NaCl的加入有效地促进镍阳极的正常溶解。
3 结 论
(1) 电镀残渣以金属镍构成;
(2) 电镀镍过程中电解镍阳极的溶解是一个循环交替钝化的过程, 即活化—钝化—再活化。这样的溶解方式使电解镍的表面形成一层海绵状物质呈架空状态, 电解到一定时间这层物质脱落成为残渣;
(3) 氯离子对镍的阳极钝化有较大的活化作用。
参考文献
[1]查全性.电极过程动力学导论[M].北京:科学出版社, 2002, 6:321-325.
[2]陈天玉.镀镍工艺基础[M].北京:化学工业出版社, 2006, 8:40-42.
硬质阳极氧化 篇2
1.制品上所有棱角应倒成直径不小于0.5mm的圆弧，不允许有锐角及毛刺以避免电流集中造成局部过热、变脆、断裂。
2.零件表面应较光滑，因为硬质氧化后表面粗糙度会降低一级。
3.不要求厚膜部位用过氯乙烯胶加以保护，螺纹孔，定位销孔用塑料或胶皮堵塞。
4.不宜用于承受冲击，弯曲或变形的零件，达到一定厚度的硬化膜会使铝合金casting alloy的疲劳
? 强度有较大的降低，尤其是高强度的铝合金，故对承受疲劳载荷的零件进行硬质阳极应十分慎重。
5.制品经硬质氧化后，尺寸增加约为膜厚的一半（单边）所以对尺寸要求严格的制品 中，应根据膜厚确定其阳极氧化前的尺寸余量.
1.特性：硬质氧化是一种电化学处理方式，是纯铝或铝合金材料上形成一极硬、耐高温、耐磨、有高电阻性、耐腐蚀的硬氧化膜。膜层厚度thickness可达200um，外观呈灰、褐色成灰深灰色（视材料而定）此一极高之表面硬度，配合铝合金本身轻、机械加工容易、低成本的特性，广泛应用于各种工业及军事用途上，此值得我国工业升级之际，更是精密工业不可或缺的.一环。
2.硬度hardness：指膜层之硬度，膜层厚度（thickness）指build up 和penetrating两部份。t＝1/2build up+1/2penetrating。硬度之最低标准为b.s.5599规定hrc36以上（约hv350）接近材料部分可超过hrc60（hv700）以上。
3.耐磨性adrasion-resistance：以tabes abraser cs-17 1000g负载，铝合金硬化处理之耐磨性远优于硬铬电镀及其它之硬化钢。
4.尺寸精确：膜层厚度一般为50±5um，元件单面尺寸约增加25um，对于较精细公差及特殊厚度要求，需于图面上特别注明。
5.抗蚀性：经封孔，盐雾试验（astm117规格）超过5000小时无腐蚀现象发生。
6.合金材料适合性：适用于所有铝合金，包括1000纯铝（1050、1100）、铝铜系、3000铝锰系、5000铝镁系。6000铝镁矽系（6061、6063）7000铝锌系（7050）及铸造铝合金514.2、a514.2、518.2、adc.5 adc.6等。
7.耐电压（breakdown voltage）:达1500vdc以上。
固体氧化物燃料电池阳极材料综述 篇3
关键词：固体氧化物燃料电池 阳极 固体结构
中图分类号：TQ174 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0051-01
固体氧化物燃料电池（SOFC）是继AFC、PAFC、MCFC之后的一种全固体结构的第四代燃料电池。1937年二氧化锆陶瓷首次用于燃料电池，研制出世界上第一台SOFC，标志固体氧化物燃料电池的诞生。从此，以氧离子导体为固体电解质的SOFC得到广泛的研究。
SOFC阳极是为燃气提供电化学氧化的场所，所以材料必须在还原气氛中足够稳定，并具有对燃料的催化活性和足够高的电子电导率。由于SOFC的操作温度为中、高温，材料要求与其它电池材料在操作温度甚至更高的温度范围内具有化学相容性和热膨胀系数匹配性。此外，阳极还必须具有强度高、韧性好、加工容易、成本低的特点。满足以上条件的主要包括金属、金属陶瓷、氧化物阳极、镓酸镧基电池阳极。
1 金属阳极
由于SOFC的操作温度很高，所以目前研究较多的金属为Ni、Co、Fe及贵金属材料。Setoguchi等人发现，Ni对于氢的氧化表现出最好的电化学活性[1]，且Ni具有较低的价格和较高的稳定性，因此是目前研究最为广泛的阳极材料。金属Co也是很好的阳极材料，对于直接碳氢燃料具有较好的电化学催化活性，但由于价格较高，在SOFC中应用较少。Fe虽然价格较低，但容易被氧化从而失去催化活性。
由于纯金属阳极不能传导O2-，燃料的电化学反应只能在界面发生。且金属阳极同电解质的热膨胀匹配性相差较大，加热冷却循环多次后，容易发生电极剥落。另外，高温下电极的烧结、气化现象都会严重影响电池的工作性能。
2 金属陶瓷阳极
金属陶瓷复合材料是为了克服金属阳极遇到的问题而发明的新型材料。是在纯的金属中掺入高氧离子电导物质得到的，可以减轻烧结现象和改善热相容性。同时，掺入的高氧离子电导率物质可以增加电极的氧离子电导率，使反应活性区扩展到电极内部，提高电极的活性。
金属Ni常与氧化钇稳定的氧化锆混合制成多孔金属陶瓷Ni-YSZ，是目前应用最广泛的高温SOFC阳极材料。Cu对于直接碳氢燃料具有良好的抗积碳作用。由于Cu是一种惰性金属，催化活性不足以催化C-C键的断裂和形成，从而减轻了碳沉积的现象。R. Cracium[2]等在YSZ基体中用Cu取代Ni后，获得了与Ni-YSZ阳极材料相当的性能。
此外，人们也尝试过用其它金属来代替Ni。Co在还原环境下性能稳定，不易被氧化，有较好的催化活性，并且对硫有更好的耐受度，所以可以用Co代替Ni与电解质材料形成金属陶瓷阳极。但由于价格昂贵，不适合商业化运作。相比之下，Ru-YSZ阳极更具优势，Ru的熔点高，性能稳定，不易烧结，并且对碳氢燃料催化活性高，反应后没有碳沉积。Minoru Suzuki等报道，以Ru-YSZ为阳极的电池在1273K下最高功率密度可达1.55W·cm-2。
3 氧化物阳极
混合导体全称是离子电子混合导体，是优异的中温阴极材料，同时也是新兴的电池阳极材料。该材料中，氧离子和电子都是可以移动的，氧离子可以直接传到阳极颗粒，电子也能迅速传到连接体，三相界区域大大增加。在直接碳氢燃料中，氧化物活性不足以促使C-C键的形成，因此该阳极材料不易发生碳沉积，和硫中毒。
钙钛矿结构的氧化物是一种可能的固体氧化物燃料电池阳极，其化学简式是ABO3，简单立方点阵，空间群为Pm3m。该材料具有高度的稳定性，有可能避免由于电池启动过程中气氛转换造成的电极相变，简化电池启动过程，延长电池寿命；钙钛矿材料还可能优化出与电解质无反应并具有相近热膨胀系数的电极，提高电池的稳定性和抗硫能力。因此高稳定性、高活性的钙钛矿型阳极材料的开发是一个极有意义的课题。
4 镓酸镧基电池阳极
镓酸镧系列电解质是最近报道的一类优异的中温电解质材料。研究与镓酸镧材料相匹配的阳极材料一直是该类燃料电池的热点。最近Wang[3]等报道的Ni-Fe-LSGMC8.5复合阳极组成的Ni-Fe-LSGMC8.5/LSGMC5/SSC-LSGMC5单电池以氢为燃气，在1073K的功率输出可达1.26W·cm-2。以二甲醚为燃料时，该阳极材料对应的单电池在1073K下的功率输出可达0.99 W·cm-2。电池长期运行后表现出良好的稳定性，且电没有发现明显的积碳。Ishihara等制备的阳极支撑型的Ni-Fe-SDC/LSGM-SDC/SSC单电池以氢为燃气、在973K的功率输出可达3.27 W·cm-2。
参考文献
[1]S. P. Jiang. in “Science and Technology of Zirconia V” [C] edited by S. P. S. Badwal， M. J. Bannnister， R. H. J. Hannink， Technomic Publishing Co.， Lancaster， PA.， 1993： 819.
[2]R.Cracium，S.Park，R.J.Gorte，J.M.Vohs，C.Wang，W.L.Worrell.A novel method for preparing anode cermets for solid oxide fuel cells[J].J.Electrochem.Soc.，1999，146（11）：4019-4022.
