Alumiinin anodisoinnin periaatteet
Alumiini on suhteellisen aktiivinen metalli, jonka standardipotentiaali on -1,66v. Se voi luonnollisesti muodostaa ilmassa oksidikalvon, jonka paksuus on noin 0,01 - 0,1 mikronia. Tämä oksidikalvo on amorfinen, ohut ja huokoinen ja sillä on heikko korroosionkestävyys. Kuitenkin, jos alumiini ja sen seokset sijoitetaan sopivaan elektrolyyttiin, alumiinituotetta käytetään anodina ja pinnalle muodostuu oksidikalvo ulkoisen virran vaikutuksesta. Tätä menetelmää kutsutaan anodiseksi hapetukseksi.
Valitsemalla erityyppisiä elektrolyyttejä erilaisilla pitoisuuksilla ja säätämällä prosessiolosuhteita hapetuksen aikana voidaan saada anodisoituja kalvoja, joiden ominaisuudet ja paksuudet ovat noin kymmeniä - satoja mikronia, ja niiden korroosionkestävyys, kulutuskestävyys ja koristeominaisuudet jne. parantunut merkittävästi. Alumiinin ja alumiiniseosten anodisointiin käytetty elektrolyytti on yleensä hapan liuos, jolla on keskimääräinen liuotusteho, ja katodina käytetään lyijyä tai alumiinia, joka johtaa vain sähköä. Kun alumiini ja sen seokset anodisoidaan, anodissa tapahtuu seuraavat reaktiot:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Katodissa tapahtuu seuraavia reaktioita:
6H2O-6- ---> 3H2 + 6OH-
Samanaikaisesti happo liuottaa kemiallisesti alumiinin ja muodostuneen oksidikalvon, ja reaktio on:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3++ 3H2O
Oksidikalvon kasvuprosessi on oksidikalvon jatkuva muodostuminen ja jatkuva liukeneminen.
Ensimmäinen osa a (käyräosa ab): huokoisen kerroksen muodostuminen. Muutaman sekunnin tai kymmenen sekunnin kuluessa sähköistyksen alkaessa alumiinipinnalle muodostuu tiheä, hyvin eristävä oksidikalvo, jonka paksuus on noin 0,01 - 0,1 mikronia, mikä on jatkuva, huokoinen kalvokerros. Ei-huokoisena kerroksena tai sulkukerroksena tämän kalvon ulkonäkö estää virran kulkua ja kalvon jatkuvaa sakeutumista. Huokoisen kerroksen paksuus on suoraan verrannollinen muodostusjännitteeseen ja kääntäen verrannollinen oksidikalvon liukenemisnopeuteen elektrolyytissä. Siksi käyrän ab-segmentin jännite osoittaa jyrkän nousun nollasta maksimiarvoon.
Toinen osa b (käyrä bc-osa): huokoisen kerroksen muodostuminen. Oksidikalvon muodostumisen myötä elektrolyytin liukeneminen kalvolle alkaa. Koska muodostunut oksidikalvo ei ole tasainen, reiät liukenevat ensin kalvon ohuimpaan osaan ja elektrolyytti voi saavuttaa tuoreen alumiinipinnan näiden reikien kautta, sähkökemiallinen reaktio voi jatkua, vastus pienenee ja jännite seuraa lasku (lasku on 10-15% suurimmasta arvosta), kalvolle ilmestyy huokoinen kerros.
Kolmas osa c (käyrä cd-osa): huokoisen kerroksen paksuuntuminen. Anodisoituaan noin 20 sekuntia jännite siirtyy suhteellisen vakaan ja hitaasti nousevaan vaiheeseen. Se osoittaa, että vaikka huokoinen kerros liukenee jatkuvasti huokoisen kerroksen muodostamiseksi, uusi huokoinen kerros kasvaa jälleen. Toisin sanoen huokoisen kerroksen muodostumis- ja liukenemisnopeus oksidikalvossa ovat periaatteessa tasapainossa, joten huokoisen kerroksen paksuus ei enää kasva, ja jännitteen muutos on pieni. Kuitenkin tällä hetkellä oksidikalvon muodostuminen ja liukeneminen reiän pohjassa ei pysähtynyt, niitä jatkui edelleen, minkä seurauksena reiän pohja siirtyi vähitellen metallimatriisin sisäpuolelle. Hapetusajan jatkuessa reiät syvenevät muodostaen huokosia ja huokoinen kalvokerros paksuuntuu vähitellen. Kun kalvon muodostumisnopeus ja liukenemisnopeus saavuttavat dynaamisen tasapainon, vaikka hapettumisaikaa pidennettäisiin, oksidikalvon paksuus ei enää kasva, ja anodinen hapetusprosessi tulisi lopettaa tällä hetkellä. Anodisen hapettumisen ominaiskäyrä ja oksidikalvon kasvuprosessi on esitetty alla olevassa kuvassa. Alumiini ja sen seokset anodisoidaan tasavirralla ja vaihtovirralla laimeassa rikkihappoelektrolyytissä, jolloin saadaan väritön ja läpinäkyvä oksidikalvo, jonka paksuus on 5-20 mikronia ja hyvä adsorptio.
Rikkihapon anodisointiprosessi on yksinkertainen, ratkaisu on vakaa, toiminta on kätevää, epäpuhtauspitoisuuden sallittu alue on laaja, virrankulutus on pieni, kustannukset ovat alhaiset ja sitä voidaan melkein soveltaa alumiinin ja erilaisia alumiiniseoksia, joten sitä on käytetty laajalti Kiinassa.
Seuraava taulukko esittää tyypillisen anodisen hapetusprosessin: kaava ja prosessiolosuhteet DC-menetelmä
Rikkihappo (g / l) 160-180
Alumiini-ioni Al30 (g / L)<>
Lämpötila (℃) 18 ～ 22
Anodivirran tiheys (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Jännite (V) 16 ～ 20
Aika (min) 20 ～ 40
Sekoitus, paineilma, säiliön nesteen kierto
Katodialue / anodialue 1,5: 1 Tärkeimmät oksidikalvon laatuun vaikuttavat tekijät ovat:
Rikkihappopitoisuus: yleensä 15-20%. Pitoisuuden kasvaessa kalvon liukenemisnopeus kasvaa ja kalvon kasvunopeus pienenee. Kalvolla on korkea huokoisuus, voimakas adsorptio, vahva elastisuus ja hyvä värjättävyys (helppo värjätä tummat värit), mutta kovuus ja kulutuskestävyys ovat hieman huonompia; Pienennä rikkihapon pitoisuutta, oksidikalvon kasvunopeus kiihtyy, kalvolla on vähemmän huokosia, korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys.
Siksi, kun sitä käytetään suojaamiseen, koristeluun ja puhtaaseen koristeluun, elektrolyyttinä käytetään sallitun konsentraation ylärajaa, toisin sanoen 20-prosenttista rikkihappoa.
② Elektrolyytin lämpötila: Elektrolyytin lämpötilalla on suuri vaikutus oksidikalvon laatuun. Lämpötilan noustessa kalvon liukenemisnopeus kasvaa ja kalvon paksuus pienenee. Kun lämpötila on 22 ～ 30 ℃, saatu kalvo on pehmeää ja sillä on hyvä adsorptiokyky, mutta kulutuskestävyys on melko heikko; kun lämpötila on yli 30 ℃, kalvo irtoaa ja epätasaisesti, joskus jopa epäjatkuvasti, ja kovuus on alhainen, joten se menettää käyttöarvonsa; kun lämpötila on välillä 10 ja 20 ℃, muodostunut oksidikalvo on huokoinen, sillä on vahva adsorptiokyky ja se on joustava, soveltuu värjäykseen, mutta kalvolla on alhainen kovuus ja heikko kulutuskestävyys;
Lämpötila on alle 10 ℃, oksidikalvon paksuus kasvaa, kovuus on korkea, kulutuskestävyys on hyvä, mutta huokoisuus on pieni. Siksi elektrolyytin lämpötilaa on valvottava tiukasti tuotannon aikana. Paksun ja kovan oksidikalvon valmistamiseksi käyttölämpötilaa on laskettava. Hapetusprosessissa käytetään paineilmasekoitusta ja suhteellisen matalaa lämpötilaa, ja kova hapetus suoritetaan yleensä nollan lähellä.
UrrentVirtatiheys: Tietyn rajan sisällä virrantiheys kasvaa, kalvon kasvunopeus kasvaa, hapetusaika lyhenee, tuloksena olevalla kalvolla on enemmän huokosia, se on helppo värjätä ja kovuus ja kulutuskestävyys kasvavat; jos virtatiheys on liian suuri, se johtuu Joule-lämmön vaikutuksesta osien pinta ylikuumenee ja paikallisen liuoksen lämpötila nousee, kalvon liukenemisnopeus kasvaa ja osien polttaminen on mahdollista ; jos virrantiheys on liian pieni, kalvon kasvunopeus on hidas, mutta tuloksena oleva kalvo on tiheämpi ja kovempi. Kulumiskestävyys vähenee.
XHapetusaika: Hapetusajan valinta riippuu elektrolyytin pitoisuudesta, lämpötilasta, anodivirran tiheydestä ja vaaditusta kalvon paksuudesta. Samoissa olosuhteissa, kun virrantiheys on vakio, kalvon kasvunopeus on verrannollinen hapetusaikaan; mutta kun kalvo kasvaa tiettyyn paksuuteen, kalvon johtokyky kasvaa kalvon kestävyyden lisääntyessä ja kalvon liukenemisnopeus kasvaa lämpötilan nousun vuoksi, joten kalvon kasvuvauhti pienenee vähitellen , ja ei lisäänny lopulta.
⑤ Sekoittaminen ja siirtäminen: se voi edistää elektrolyytin konvektiota, vahvistaa jäähdytysvaikutusta, varmistaa liuoksen lämpötilan tasaisuuden eikä aiheuta oksidikalvon laadun heikkenemistä metallin paikallisen lämmityksen vuoksi.
⑥ Epäpuhtaudet elektrolyytissä: Epäpuhtauksia, joita voi esiintyä alumiinin anodisointiin käytetyssä elektrolyytissä, ovat Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+ jne. Niistä Cl,, Fˉ, NO3ˉ lisäävät kalvon huokoisuutta, ja pinta on karkea ja löysä. Jos sen pitoisuus ylittää raja-arvon, se aiheuttaa jopa korroosiota ja osien perforaatiota (Clˉ: n tulisi olla alle 0,05 g / l, Fˉ: n tulisi olla alle 0,01 g / l); kun se on elektrolyytissä
Kun Al3+-pitoisuus ylittää tietyn arvon, työkappaleen pinnalle ilmestyy usein valkoisia pilkkuja tai pilkkuja, ja kalvon adsorptioteho heikkenee ja sitä on vaikea värjätä (Al3+: n tulisi olla alle 20 g / L); kun Cu2+-pitoisuus saavuttaa 0,02 g / l, oksidikalvo ilmestyy pintaan tummia juovia tai mustia pilkkuja; Si2+ esiintyy usein elektrolyytissä suspendoituneessa tilassa, mikä tekee elektrolyytistä hieman sameaa ja adsorboituneena kalvoon ruskeana jauheena.
⑦ Alumiiniseoskoostumus: Yleisesti ottaen muut alumiinimetallin elementit heikentävät kalvon laatua, eikä saatu oksidikalvo ole yhtä paksu kuin puhdas alumiini, ja kovuus on myös matala. Anodisointiin käytetään erilaisia koostumuksia sisältäviä alumiiniseoksia. Varo, ettet tee sitä samassa paikassa.
