铝合金蚀刻加工时弱碱性化学氧化基本原理

时间:2013-10-13 作者:dlz0099 分享到:

铝合金蚀刻加工时弱碱性化学氧化基本原理
常用的碱性化学氧化溶液中含有铬酸盐,普遍认为铬酸盐是主要的氧化剂.根据M. Schenk的研究,认为铬酸盐和铝反应生成铝的氧化物〔其组成可为A12 03或Al(OH)3]和Cr2 03,其反应式为:
2A1+2Na2 CrO4一A12O3 +2Na2O十Cr2 03 (4-4)
Schenk也认为:这个反应过程实际上是二次的,且铬酸盐并非是主要的氧化剂,因为在80℃的纯水中铝表面上生成薄膜的主要成分是三水铝石(A12q ” 3H2O)”另一学者Helling对铝的化学氧化则坚持另一种不同的理论,认为铝首先和溶液中Nat CO3反应生成NaA1O2 ”
2A1+Na2CO3+3H2O—2NaAlO2+CO2+6H ? (4-5)
NaA1O:先部分发生水解生成A12 O3并释放出NaOH<2NaA1q+H20.— A1203+2NaOH (4-6)
反应式((4-5)产生的CO:和反应式(4-6)产生的NaOH作用,引起如下反应:
CO2 +2NaOH一Nat C03 + H2 0 (4-7)
由于这一反应的进行,必然破坏了反应式((4-6)的化学平衡,将使反应向右一会有两种化学原理共存。但这并不影响在实际生产中对铝合金工件进行化学氧化处理。

著者认为,以上机理并不能解释氧化膜层的生长问题。氧化膜生长的先决条件是必须有氧化膜的溶解过程,将最初形成的致密膜层溶解一部分,使氧化溶液能对基体金属继续发生反应,使氧化膜得到生长。所以著者认为氧化过程分步骤如下。
第一步氧化膜的生成,这一步即是反应式((4-4)和反应式(4-5)的同时进行,只是进行的程度不同。对于在反应式(4-4)中生成的Na2 0,以上整个过程并没有提及它的归结,如果有Na2 0的生成,则必然和溶液中的水反应生成氢氧化钠。
Na2 O+ H2 0—NaOH (4-9)
第二步氧化膜的溶解,这一步即是在第一步中生成的氢氧化钠和氧化铝反应使氧化膜发生局部溶解,裸露出基体金属,重复以上过程,使氧化膜厚度增加。
A1203 +2NaOH—2NaAI氏+ H20 (4-10)
溶液中的碳酸钠也会不同程度地参与氧化膜的溶解过程。
A1203+Na2C03—2NaAIO2 +C场(4-11)

第一步生成的氢氧化钠一部分参与反应式(4-10),一部分和反应式(4-5)和反应式(4-11)生成的二氧化碳反应生成碳酸钠[反应式(4-7)]。反应式(4-5)生成的H和铬酸盐反应,见反应式((4-8).
上面提到的析氢现象,著者认为析氢的发生决定于反应式((4-5)和反应式(4-8)进行的程度,这和溶液中碳酸钠的含量和与铬酸钠的比值有很大关系.
至于反应式(4-6)偏铝酸钠的水解过程会进行到什么样的程度,著者认为反应式(4-5)所生成的偏铝酸钠水解反应基本趋于完全,其水解产物氧化铝也成为氧化膜的一部分,而反应式(4-10)和式((4-11)所生成的偏铝酸钠水解过程并不完全,其水解产物大部分从溶液中沉淀析出。
第一步的反应式(4-4)和式((4-5)决定了初态氧化膜的性质,第二步的反应式(4-10)和式(4-11)决定了初态氧化膜的溶液速度,要想使氧化膜层增厚就必须要使第一步的反应速度大于第二步的反应速度。在第二步中反应式(4-10)受反应式(4-4)和反应式(4-9)的影响,反应式((4-11)受溶液温度及碳酸钠浓度的影响。化学氧化膜也不可能无限制地增厚,当达到一定厚度,一则在弱碱环境中氧化膜的溶解速度变慢或停止,使氧化膜停止生长,二则也可使OH一渗透到氧化膜底层,导致底层氧化膜的溶解使氧化膜层疏松,质量劣化。

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