اصول آنودایزاسیون آلومینیوم
آلومینیوم فلزی نسبتاً فعال با پتانسیل استاندارد 1.66 ولت است. این می تواند به طور طبیعی یک فیلم اکسید با ضخامت حدود 0.01 تا 0.1 میکرون در هوا تشکیل دهد. این فیلم اکسید آمورف ، نازک و متخلخل است و مقاومت کمی در برابر خوردگی دارد. اما اگر آلومینیوم و آلیاژهای آن در یک الکترولیت مناسب قرار گیرند ، از محصول آلومینیوم به عنوان آند استفاده می شود و تحت تأثیر جریان خارجی ، یک فیلم اکسید روی سطح تشکیل می شود. این روش اکسیداسیون آندی نامیده می شود.
با انتخاب انواع مختلف الکترولیت ها با غلظت های مختلف و کنترل شرایط فرآیند در طی اکسیداسیون ، می توان فیلم های آندایز شده با خواص و ضخامت های مختلف حدود ده ها تا صدها میکرون را بدست آورد و مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر سایش و خصوصیات تزئینی و غیره به طور قابل توجهی بهبود یافته و بهبود یافته است. الکترولیت مورد استفاده در آندایزاسیون آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم به طور کلی یک محلول اسیدی با قدرت حلال متوسط است و از سرب یا آلومینیوم به عنوان کاتد استفاده می شود که فقط برق را هدایت می کند. هنگامی که آلومینیوم و آلیاژهای آن تحت آنودایز قرار می گیرند ، واکنش های زیر در آند رخ می دهد:
2Al --->؛ 6e- + 2Al3+
واکنش های زیر در کاتد رخ می دهد:
6H2O +6e- --->؛ 3H2 + 6OH-
در همان زمان ، اسید به طور شیمیایی آلومینیوم و فیلم اکسید تشکیل شده را حل می کند و واکنش به شرح زیر است:
2Al + 6H+ --->؛ 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ --->؛ 2Al3+ + 3H2O
روند رشد فیلم اکسید ، فرآیند تشکیل مداوم و انحلال مداوم فیلم اکسید است.
بخش اول a (بخش منحنی ab): تشکیل لایه غیر متخلخل. در طی چند ثانیه تا ده ثانیه در ابتدای برق ، یک فیلم اکسید با عایق بالا و متراکم روی سطح آلومینیوم با ضخامت حدود 0.01 تا 0.1 میکرون تشکیل می شود که یک لایه فیلم غیر متخلخل مداوم است. به عنوان یک لایه غیر متخلخل یا لایه مانع ، شکل ظاهری این فیلم مانع عبور جریان و ادامه ضخیم شدن فیلم می شود. ضخامت لایه غیر متخلخل با ولتاژ تشکیل مستقیماً متناسب و با سرعت انحلال فیلم اکسید در الکترولیت متناسب است. بنابراین ، ولتاژ قطعه ab منحنی یک افزایش شدید از صفر به حداکثر مقدار را نشان می دهد.
بخش دوم b (منحنی bc بخش): تشکیل لایه متخلخل. با تشکیل فیلم اکسید ، انحلال الکترولیت روی فیلم آغاز می شود. از آنجا که فیلم اکسید تشکیل شده یکنواخت نیست ، ابتدا سوراخها در نازک ترین قسمت فیلم حل می شوند و الکترولیت می تواند از طریق این سوراخ ها به سطح تازه آلومینیوم برسد ، واکنش الکتروشیمیایی ادامه می یابد ، مقاومت کاهش می یابد و ولتاژ زیر کاهش (کاهش 10-15٪ از بالاترین مقدار) ، یک لایه متخلخل بر روی غشا ظاهر می شود.
بخش سوم c (بخش cd منحنی): ضخیم شدن لایه متخلخل. پس از آنودایز حدود 20 سال ، ولتاژ وارد یک مرحله افزایش نسبتاً ثابت و آهسته می شود. این نشان می دهد که در حالی که لایه غیر متخلخل به طور مداوم در حال حل شدن است تا یک لایه متخلخل ایجاد کند ، یک لایه غیر متخلخل جدید دوباره در حال رشد است. به عبارت دیگر ، میزان تشکیل و انحلال لایه غیر متخلخل در فیلم اکسید اساساً متعادل است ، بنابراین لایه غیر متخلخل است ضخامت دیگر افزایش نمی یابد و تغییر ولتاژ اندک است. با این حال ، در این زمان ، تشکیل و انحلال فیلم اکسید در پایین سوراخ متوقف نشد ، آنها هنوز هم ادامه داشتند ، در نتیجه ، پایین سوراخ به تدریج به داخل ماتریس فلزی منتقل شد. با ادامه زمان اکسیداسیون ، سوراخ ها عمیق تر می شوند و منافذی ایجاد می کنند و لایه فیلم دارای منافذ به تدریج ضخیم می شود. هنگامی که سرعت تشکیل فیلم و سرعت انحلال به تعادل پویایی برسد ، حتی اگر زمان اکسیداسیون افزایش یابد ، ضخامت فیلم اکسید دیگر افزایش نخواهد یافت و در این زمان باید فرآیند اکسیداسیون آندی متوقف شود. منحنی مشخصه اکسیداسیون آندی و روند رشد فیلم اکسید در شکل زیر نشان داده شده است. آلومینیوم و آلیاژهای آن با جریان مستقیم و جریان متناوب در الکترولیت اسید سولفوریک رقیق آنودایز می شوند تا یک فیلم اکسید بی رنگ و شفاف با ضخامت 5-20 میکرون و جذب خوب بدست آورند.
فرآیند آندایزاسیون اسید سولفوریک ساده است ، محلول پایدار است ، عملیات راحت است ، محدوده مجاز محتوای ناخالصی گسترده است ، مصرف برق کم است ، هزینه کم است و تقریبا می توان آن را برای پردازش آلومینیوم و آلیاژهای مختلف آلومینیوم ، بنابراین در چین به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.
جدول زیر یک فرآیند اکسیداسیون آندی معمولی را نشان می دهد: فرمول و شرایط فرآیند روش DC
اسید سولفوریک (گرم در لیتر) 160 ～ 180
یون آلومینیوم Al3+ (گرم / لیتر)< ؛ 25
دما (℃) 18 ～ 22
چگالی جریان آند (A / dm2) 1.2 ～ 1.5
ولتاژ (V) 16 20
زمان (دقیقه) 20 ～ 40
گردش هوا ، فشرده ، گردش مایع مخزن
منطقه کاتد / ناحیه آند 1.5: 1 اصلی ترین عواملی که بر کیفیت فیلم اکسید تأثیر می گذارد عبارتند از:
concentration غلظت اسید سولفوریک: معمولاً 15٪ تا 20٪. با افزایش غلظت ، سرعت انحلال فیلم افزایش می یابد و سرعت رشد فیلم کاهش می یابد. این فیلم دارای تخلخل زیاد ، جذب قوی ، کشش قوی و رنگ پذیری خوب (رنگ آمیزی آسان رنگ های تیره) است ، اما سختی و مقاومت در برابر سایش کمی بدتر است. غلظت اسید سولفوریک را کاهش دهید ، سرعت رشد فیلم اکسید تسریع می شود ، فیلم دارای منافذ کمتر ، سختی بالا و مقاومت در برابر سایش مناسب است.
بنابراین ، هنگامی که برای حفاظت ، تزئین و پردازش خالص تزئین استفاده می شود ، از حد بالایی غلظت مجاز یعنی 20٪ اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت استفاده می شود.
temperature دمای الکترولیت: دمای الکترولیت تأثیر زیادی در کیفیت فیلم اکسید دارد. با افزایش دما ، سرعت انحلال فیلم افزایش یافته و ضخامت فیلم کاهش می یابد. وقتی دما 22 ～ 30 باشد ، فیلم بدست آمده نرم و دارای ظرفیت جذب خوبی است ، اما مقاومت در برابر سایش بسیار ضعیف است. وقتی دما از 30 higher بالاتر باشد ، فیلم شل و ناهموار می شود ، حتی گاهی ناپیوسته می شود و سختی آن کم است ، بنابراین ارزش استفاده خود را از دست می دهد. هنگامی که دما بین 10 تا 20 is باشد ، فیلم اکسید تشکیل شده متخلخل است ، دارای ظرفیت جذب قوی و الاستیک است ، مناسب برای رنگرزی است ، اما فیلم دارای سختی کم و مقاومت در برابر سایش ضعیف است.
دما کمتر از 10 است ، ضخامت فیلم اکسید افزایش می یابد ، سختی بالا است ، مقاومت در برابر سایش خوب است ، اما تخلخل کم است. بنابراین ، درجه حرارت الکترولیت باید به شدت در هنگام تولید کنترل شود. برای تهیه یک فیلم اکسید ضخیم و سخت ، باید درجه حرارت کار کاهش یابد. در فرآیند اکسیداسیون ، از هم زدن هوای فشرده و دمای نسبتاً کم استفاده می شود و اکسیداسیون سخت معمولاً در حدود صفر انجام می شود.
تراکم جریان: در یک حد مشخص ، چگالی جریان افزایش می یابد ، سرعت رشد فیلم افزایش می یابد ، زمان اکسیداسیون کوتاه می شود ، فیلم حاصل از منافذ بیشتری دارد ، رنگ آن آسان است و سختی و مقاومت در برابر سایش افزایش می یابد. اگر چگالی جریان بیش از حد زیاد باشد ، این امر ناشی از تأثیر گرمای ژول باعث گرم شدن سطح قطعات و افزایش دمای محلول محلی ، سرعت انحلال فیلم افزایش می یابد و احتمال سوختن قطعات وجود دارد. ؛ اگر چگالی جریان خیلی کم باشد ، سرعت رشد فیلم کند است ، اما فیلم حاصل چگال تر و سخت تر است. مقاومت در برابر سایش کاهش می یابد.
زمان اکسیداسیون: انتخاب زمان اکسیداسیون به غلظت الکترولیت ، دما ، تراکم جریان آند و ضخامت فیلم مورد نیاز بستگی دارد. در همان شرایط ، وقتی چگالی جریان ثابت باشد ، سرعت رشد فیلم متناسب با زمان اکسیداسیون است. اما وقتی فیلم به ضخامت خاصی رسید ، رسانایی فیلم به دلیل افزایش مقاومت فیلم افزایش می یابد و به دلیل افزایش دما ، سرعت انحلال فیلم افزایش می یابد ، بنابراین سرعت رشد فیلم به تدریج کاهش می یابد ، و در آخر افزایش نخواهد یافت.
ring هم زدن و جابجایی: این می تواند باعث جابجایی الکترولیت ، تقویت اثر خنک سازی ، اطمینان از یکنواختی دمای محلول شود و به دلیل گرم شدن موضعی فلز ، باعث کاهش کیفیت فیلم اکسید نخواهد شد.
⑥ ناخالصی ها در الکترولیت: ناخالصی هایی که ممکن است در الکترولیت مورد استفاده برای آنودایزر آلومینیوم وجود داشته باشد شامل Clˉ ، Fˉ ، NO3ˉ ، Cu2+ ، Al3+ ، Fe2+ و غیره است. در این میان ، Clˉ ، Fˉ ، NO3ˉ تخلخل غشا را افزایش می دهد ، و سطح آن خشن و سست است. اگر محتوای آن بیش از حد مجاز باشد ، حتی باعث خوردگی و سوراخ شدن قطعات می شود (Clˉ باید کمتر از 0.05g / L باشد ، Fˉ باید کمتر از 0.01g / L باشد) ؛ هنگامی که در الکترولیت است
وقتی محتوای Al3+ از مقدار مشخصی بیشتر شود ، لکه های سفید یا بلوک های سفید خالدار اغلب در سطح قطعه کار ظاهر می شوند و عملکرد جذب فیلم کاهش می یابد و رنگ آمیزی آن دشوار است (Al3+ باید کمتر از 20 گرم باشد / L) وقتی محتوای Cu2+ به 0.02 گرم در لیتر رسید ، فیلم اکسید رگه های تیره یا لکه های سیاه روی سطح ظاهر می شود. Si2 اغلب در الکترولیت به حالت معلق وجود دارد و باعث می شود الکترولیت کمی کدر شده و به صورت پودر قهوه ای روی غشا جذب شود.
composition ترکیب آلیاژ آلومینیوم: به طور کلی ، سایر عناصر موجود در فلز آلومینیوم کیفیت فیلم را کاهش می دهد و فیلم اکسید بدست آمده به ضخامت آلومینیوم خالص نیست و سختی آن نیز کم است. برای آندایزینگ از آلیاژهای آلومینیوم با ترکیبات مختلف استفاده می شود. مراقب باشید که این کار را در همان شکاف انجام ندهید.
