Принципи анодизације алуминијума
Алуминијум је релативно активан метал са стандардним потенцијалом од -1,66в. Природно може да формира оксидни филм дебљине око 0,01 до 0,1 микрона у ваздуху. Овај оксидни филм је аморфан, танак и порозан и има лошу отпорност на корозију. Међутим, ако се алуминијум и његове легуре ставе у одговарајући електролит, алуминијумски производ се користи као анода, а на површини под дејством спољне струје настаје оксидни филм. Ова метода се назива анодна оксидација.
Одабиром различитих врста електролита са различитим концентрацијама и контролом услова процеса током оксидације могу се добити елоксирани филмови различитих својстава и дебљина од десетак до стотина микрона, а утврђена је и њихова отпорност на корозију, отпорност на хабање и украшавање итд. знатно побољшан и побољшан. Електролит који се користи за анодизацију алуминијума и легура алуминијума је углавном кисели раствор средње снаге растварања, а олово или алуминијум се користи као катода која само проводи електричну енергију. Када се алуминијум и његове легуре подвргну анодизацији, на аноди се јављају следеће реакције:
2Ал --- ГГ гт; 6е- + 2Ал3+
На катоди се јављају следеће реакције:
6Х2О +6е- --- ГГ гт; 3Х2 + 6ОХ-
Истовремено, киселина хемијски раствара алуминијум и формирани оксидни филм, а реакција је:
2Ал + 6Х+ --- ГГ гт; 2Ал3+ +3Х2
Ал2О3 + 6Х+ --- ГГ гт; 2Ал3+ + 3Х2О
Процес раста оксидног филма је процес непрекидног формирања и континуираног растварања оксидног филма.
Први пресек а (криви део аб): стварање непорозног слоја. У року од неколико секунди до десетина секунди на почетку електрификације, на површини алуминијума настаје густи оксидни филм са високом изолацијом, дебљине од око 0,01 до 0,1 микрона, који је континуирани, непорозни слој филма. Као непорозни слој или баријерни слој, изглед овог филма омета пролазак струје и даље згушњавање филма. Дебљина непорозног слоја је директно пропорционална напону формирања и обрнуто пропорционална брзини растварања оксидног филма у електролиту. Према томе, напон аб сегмента криве показује нагли пораст од нуле до максималне вредности.
Други део б (крива бц одељак): Формирање порозног слоја. Формирањем оксидног филма започиње растварање електролита на филму. Будући да формирани оксидни филм није једноличан, рупе ће се прво растворити у најтањем делу филма, а електролит кроз те рупе може доћи до свеже површине алуминијума, електрохемијска реакција се може наставити, отпор се смањује и напон смањење (смањење је 10-15% највише вредности), на мембрани се појављује порозни слој.
Трећи део ц (криви цд одељак): задебљање порозног слоја. Након елоксирања око 20с, напон улази у релативно стабилну и споро растућу фазу. То показује да док се непорозни слој континуирано раствара да би се створио порозни слој, нови непорозни слој поново расте. То ће рећи, брзина стварања и растварања непорозног слоја у оксидном филму су у основи уравнотежени, па је непорозни слој дебљина више не расте, а промена напона је мала. Међутим, у овом тренутку формирање и растварање оксидног филма на дну рупе нису престали, они су и даље трајали, као резултат, дно рупе се постепено преселило у унутрашњост металне матрице. Како се време оксидације наставља, рупе се продубљују да би створиле поре, а слој филма с порама се постепено згушњава. Када брзина стварања филма и брзина растварања достигну динамичку равнотежу, чак и ако се продужи време оксидације, дебљина оксидног филма више се неће повећавати и у овом тренутку треба зауставити процес анодне оксидације. Крива карактеристичне анодне оксидације и процес раста оксидног филма приказани су на доњој слици. Алуминијум и његове легуре се елоксирају једносмерном и наизменичном струјом у разблаженом електролиту сумпорне киселине да би се добио безбојни и прозирни оксидни филм дебљине 5-20 микрона и добре адсорпције.
Поступак елоксирања сумпорне киселине је једноставан, решење је стабилно, рад је прикладан, дозвољени опсег садржаја нечистоћа је широк, потрошња енергије је мала, трошак је низак и готово се може применити на прераду алуминијума и разне легуре алуминијума, па се широко користи у Кини.
Следећа табела приказује типични поступак анодне оксидације: формула и услови процеса ДЦ метода
Сумпорна киселина (г / Л) 160 ～ 180
Јон алуминијума Ал3+ (г / Л) ГГ лт; 25
Температура (℃) 18 ～ 22
Густина анодне струје (А / дм2) 1,2 ～ 1,5
Напон (В) 16 ～ 20
Време (мин) 20 ～ 40
Мешање, компримовани ваздух, циркулација течности у резервоару
Катодно подручје / анодно подручје 1,5: 1 Главни фактори који утичу на квалитет оксидног филма су:
① Концентрација сумпорне киселине: обично 15% до 20%. Како се концентрација повећава, брзина растварања филма се повећава, а стопа раста филма смањује. Филм има високу порозност, јаку адсорпцију, снажну еластичност и добру обојеност (лако се боје тамне боје), али тврдоћа и отпорност на хабање су нешто лошији; Смањите концентрацију сумпорне киселине, убрзава се раст оксидног филма, филм има мање пора, високу тврдоћу и добру отпорност на хабање.
Стога, када се користи за заштиту, украшавање и чисту обраду украса, горња граница дозвољене концентрације, односно 20% сумпорне киселине користи се као електролит.
Температуре Температура електролита: Температура електролита има велики утицај на квалитет оксидног филма. Како се температура повећава, брзина растварања филма расте, а дебљина филма опада. Када је температура 22 ～ 30 ℃, добијени филм је мекан и има добар адсорпциони капацитет, али је отпорност на хабање прилично лоша; када је температура виша од 30 ℃, филм постаје растресит и нераван, понекад чак и испрекидан, а тврдоћа је ниска, па губи на употребној вредности; када је температура између 10 и 20 ℃, формирани оксидни филм је порозан, има јак адсорпциони капацитет и еластичан је, погодан за бојење, али филм има малу тврдоћу и лошу отпорност на хабање;
Температура је нижа од 10 ℃, повећава се дебљина оксидног филма, тврдоћа је велика, отпорност на хабање је добра, али је порозност мала. Због тога се током производње мора строго контролисати температура електролита. Да би се припремио густи и тврди оксидни филм, радна температура мора бити снижена. У процесу оксидације користе се мешање компримованим ваздухом и релативно ниска температура, а тврда оксидација се обично изводи на око нуле.
③Тренутна густина: У оквиру одређене границе, густина струје се повећава, брзина раста филма се повећава, време оксидације се скраћује, резултујући филм има више пора, лако се боји, а тврдоћа и отпорност на хабање се повећавају; ако је густина струје превисока, то ће бити узроковано утицајем џул-топлоте што доводи до прегревања површине делова и повећања температуре локалног раствора, повећања брзине растварања филма и постоји могућност сагоревања делова ; ако је густина струје прениска, стопа раста филма је спора, али резултујући филм је густији и тврђи. Отпорност на хабање је смањена.
④ Време оксидације: Избор времена оксидације зависи од концентрације електролита, температуре, густине анодне струје и потребне дебљине филма. Под истим условима, када је густина струје константна, стопа раста филма је пропорционална времену оксидације; али када филм нарасте до одређене дебљине, проводљивост филма се повећава због повећања отпора филма, а брзина растварања филма се повећава услед пораста температуре, па ће се стопа раста филма постепено смањивати , и на крају се неће повећавати.
Мишање и кретање: може да поспеши конвекцију електролита, ојача ефекат хлађења, обезбеди уједначеност температуре раствора и неће довести до смањења квалитета оксидног филма због локалног загревања метала.
⑥ Нечистоће у електролиту: Нечистоће које могу постојати у електролиту који се користи за анодизацију алуминијума укључују Цлˉ, Фˉ, НО3ˉ, Цу2+, Ал3+, Фе2+ итд. Међу њима, Цлˉ, Фˉ, НО3ˉ повећавају порозност мембране, а површина је храпава и растресита. Ако његов садржај пређе граничну вредност, чак ће проузроковати корозију и перфорацију делова (Цлˉ треба да буде мањи од 0,05 г / Л, Фˉ треба да буде мањи од 0,01 г / Л); када је у електролиту
Када садржај Ал3+ пређе одређену вредност, на површини обратка често се појављују беле мрље или ишарани бели блокови, а адсорпционе перформансе филма се смањују и тешко је бојење (Ал3+ треба да буде мање од 20г / Л); када садржај Цу2+ достигне 0,02г / Л, на површини ће се појавити оксидни филм Тамне пруге или црне мрље; Си2+ често постоји у електролиту у суспендованом стању, чинећи електролит благо мутним и адсорбује се на мембрани у облику смеђег праха.
⑦ Састав легуре алуминијума: Уопштено говорећи, други елементи у металу алуминијума смањују квалитет филма, а добијени оксидни филм није дебео као чисти алуминијум, а тврдоћа је такође ниска. За елоксирање се користе легуре алуминијума различитих састава. Пазите да то не направите у истом отвору.
