Principi anodizacije aluminija
Aluminij je relativno aktivan metal sa standardnim potencijalom od -1,66v. Prirodno može stvoriti oksidni film debljine oko 0,01 do 0,1 mikrona u zraku. Ovaj oksidni film je amorfan, tanak i porozan i ima lošu otpornost na koroziju. Međutim, ako se aluminij i njegove legure stave u odgovarajući elektrolit, aluminijski proizvod koristi se kao anoda, a na površini pod djelovanjem vanjske struje nastaje oksidni film. Ova metoda se naziva anodna oksidacija.
Odabirom različitih vrsta elektrolita s različitim koncentracijama i kontrolom procesnih uvjeta tijekom oksidacije mogu se dobiti anodizirani filmovi različitih svojstava i debljina od desetak do stotina mikrona, a utvrđena je i njihova otpornost na koroziju, otpornost na habanje i ukrašavanje itd. znatno poboljšan i poboljšan. Elektrolit koji se koristi za anodizaciju aluminija i aluminijevih legura općenito je kisela otopina srednje snage otapanja, a olovo ili aluminij koristi se kao katoda koja provodi samo električnu energiju. Kada se aluminij i njegove legure podvrgnu anodizaciji, na anodi se javljaju sljedeće reakcije:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Na katodi se javljaju sljedeće reakcije:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
Istodobno, kiselina kemijski otapa aluminij i nastali oksidni film, a reakcija je:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Proces rasta oksidnog filma postupak je kontinuiranog stvaranja i kontinuiranog otapanja oksidnog filma.
Prvi presjek a (krivulja presjeka ab): stvaranje neporoznog sloja. U roku od nekoliko sekundi do desetaka sekundi na početku elektrifikacije, na površini aluminija nastaje gusti visokoizolirajući oksidni film, debljine oko 0,01 do 0,1 mikrona, koji je kontinuirani, neporozni sloj filma. Kao neporozni sloj ili zaštitni sloj, izgled ovog filma ometa prolaz struje i kontinuirano zgušnjavanje filma. Debljina neporoznog sloja izravno je proporcionalna naponu formiranja i obrnuto proporcionalna brzini otapanja oksidnog filma u elektrolitu. Stoga napon ab segmenta krivulje pokazuje nagli porast od nule do maksimalne vrijednosti.
Drugi dio b (krivulja bc presjek): Stvaranje poroznog sloja. Stvaranjem oksidnog filma započinje otapanje elektrolita na filmu. Budući da formirani oksidni film nije jednoličan, prvo će se otopiti rupe u najtanjem dijelu filma i elektrolit kroz te rupe može doći do svježe površine aluminija, elektrokemijska reakcija se može nastaviti, otpor se smanjuje, a napon smanjenje (smanjenje je 10-15% najveće vrijednosti), na membrani se pojavljuje porozni sloj.
Treći dio c (krivulja cd odjeljak): zadebljanje poroznog sloja. Nakon eloksiranja oko 20s, napon ulazi u relativno stabilan i polagano rastući stupanj. To pokazuje da dok se neporozni sloj kontinuirano otapa da bi se stvorio porozni sloj, novi neporozni sloj ponovno raste. To će reći, brzina stvaranja i otapanja neporoznog sloja u oksidnom filmu u osnovi je uravnotežena, pa neporozni sloj iznosi. Debljina se više ne povećava, a promjena napona je mala. Međutim, u to vrijeme stvaranje i otapanje oksidnog filma na dnu rupe nisu prestali, oni su i dalje trajali, što je rezultiralo time da se dno rupe postupno pomicalo u unutrašnjost metalne matrice. Kako se vrijeme oksidacije nastavlja, rupe se produbljuju da bi stvorile pore, a sloj filma s porama postupno se zadebljava. Kada brzina stvaranja filma i brzina otapanja dosegnu dinamičku ravnotežu, čak i ako se vrijeme oksidacije produlji, debljina oksidnog filma više se neće povećavati, a postupak anodne oksidacije u ovom trenutku treba zaustaviti. Krivulja karakteristične anodne oksidacije i postupak rasta oksidnog filma prikazani su na donjoj slici. Aluminij i njegove legure anodiziraju se istosmjernom i izmjeničnom strujom u razrijeđenom elektrolitu sumporne kiseline da bi se dobio bezbojni i prozirni oksidni film debljine 5-20 mikrona i dobra adsorpcija.
Postupak eloksiranja sumporne kiseline jednostavan je, rješenje stabilno, rad prikladan, dopušteni raspon sadržaja nečistoća širok, potrošnja energije niska, trošak nizak i gotovo se može primijeniti na preradu aluminija i razne legure aluminija, pa se široko koristi u Kini.
Sljedeća tablica prikazuje tipični postupak anodne oksidacije: formula i uvjeti postupka DC metoda
Sumporna kiselina (g / L) 160 ～ 180
Ion aluminija Al3+ (g / L)<>
Temperatura (℃) 18 ～ 22
Gustoća anodne struje (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Napon (V) 16 ～ 20
Vrijeme (min) 20 ～ 40
Miješanje, komprimirani zrak, cirkulacija tekućine u spremniku
Katodno područje / anodno područje 1,5: 1 Glavni čimbenici koji utječu na kvalitetu oksidnog filma su:
① Koncentracija sumporne kiseline: obično 15% do 20%. Kako se koncentracija povećava, brzina otapanja filma se povećava, a stopa rasta filma smanjuje. Film ima visoku poroznost, jaku adsorpciju, snažnu elastičnost i dobru sposobnost bojenja (lako se boji tamne boje), ali tvrdoća i otpornost na habanje su nešto lošiji; Smanjite koncentraciju sumporne kiseline, ubrzava se rast oksidnog filma, film ima manje pora, visoku tvrdoću i dobru otpornost na habanje.
Stoga, kada se koristi za zaštitu, ukrašavanje i čistu obradu ukrasa, gornja granica dopuštene koncentracije, odnosno 20% sumporne kiseline koristi se kao elektrolit.
Temperature Temperatura elektrolita: Temperatura elektrolita ima velik utjecaj na kvalitetu oksidnog filma. Kako se temperatura povećava, brzina otapanja filma raste, a debljina filma opada. Kada je temperatura 22 ～ 30 ℃, dobiveni film je mekan i ima dobar adsorpcijski kapacitet, ali otpornost na habanje je prilično loša; kada je temperatura viša od 30 ℃, film postaje labav i neravan, ponekad čak i diskontinuiran, a tvrdoća je niska, pa gubi na uporabnoj vrijednosti; kada je temperatura između 10 i 20 ℃, formirani oksidni film je porozan, ima jak adsorpcijski kapacitet i elastičan je, pogodan za bojenje, ali film ima malu tvrdoću i lošu otpornost na habanje;
Temperatura je niža od 10 ℃, povećava se debljina oksidnog filma, tvrdoća je velika, otpornost na habanje je dobra, ali je poroznost mala. Stoga se tijekom proizvodnje mora strogo kontrolirati temperatura elektrolita. Da bi se pripremio gusti i tvrdi oksidni film, radna temperatura mora biti snižena. U procesu oksidacije koristi se miješanje komprimiranim zrakom i relativno niska temperatura, a tvrda oksidacija obično se izvodi oko nule.
DensityTrenutna gustoća: Unutar određene granice, gustoća struje se povećava, brzina rasta filma se povećava, vrijeme oksidacije se skraćuje, rezultirajući film ima više pora, lako se boji, a tvrdoća i otpornost na habanje se povećavaju; ako je gustoća struje previsoka, uzrokovat će je utjecaj Joulove topline zbog čega se površina dijelova pregrijava, a temperatura lokalne otopine povećava, brzina otapanja filma raste i postoji mogućnost izgaranja dijelova ; ako je gustoća struje preniska, brzina rasta filma je spora, ali rezultirajući film je gušći i tvrđi. Otpornost na habanje je smanjena.
Time Vrijeme oksidacije: Izbor vremena oksidacije ovisi o koncentraciji elektrolita, temperaturi, gustoći anodne struje i potrebnoj debljini filma. U istim uvjetima, kada je gustoća struje konstantna, stopa rasta filma proporcionalna je vremenu oksidacije; ali kad film naraste do određene debljine, provodljivost filma se povećava zbog povećanja otpora filma, a brzina otapanja filma povećava se zbog porasta temperature, pa će se stopa rasta filma postupno smanjivati , a na kraju se neće povećati.
Miješanje i kretanje: može pospješiti konvekciju elektrolita, ojačati učinak hlađenja, osigurati ujednačenost temperature otopine i neće uzrokovati smanjenje kvalitete oksidnog filma zbog lokalnog zagrijavanja metala.
⑥ Nečistoće u elektrolitu: Nečistoće koje mogu postojati u elektrolitu koji se koristi za anodizaciju aluminija uključuju Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+, itd. Među njima, Clˉ, Fˉ, NO3ˉ povećavaju poroznost membrane, a površina je hrapava i rastresita. Ako njegov sadržaj prelazi graničnu vrijednost, čak će uzrokovati koroziju i perforaciju dijelova (Clˉ treba biti manji od 0,05 g / L, Fˉ mora biti manji od 0,01 g / L); kad je u elektrolitu
Kada sadržaj Al3+ prelazi određenu vrijednost, na površini obratka često se pojavljuju bijele mrlje ili pjegavi bijeli blokovi, a adsorpcijska sposobnost filma je smanjena i teško je bojati (Al3+ treba biti manji od 20g / L); kada sadržaj Cu2+ dosegne 0,02 g / L, na površini će se pojaviti oksidni film Tamne pruge ili crne mrlje; Si2+ često postoji u elektrolitu u suspendiranom stanju, čineći elektrolit malo mutnim i adsorbiranim na membrani u obliku smeđeg praha.
Composition Sastav aluminijske legure: Općenito govoreći, drugi elementi u metalnom aluminiju smanjuju kvalitetu filma, a dobiveni oksidni film nije debeo kao čisti aluminij, a tvrdoća je također niska. Za eloksiranje se koriste aluminijske legure različitih sastava. Pazite da to ne napravite u istom utoru.
