Prinsipper for aluminiumanodisering
Aluminium er et relativt aktivt metall med et standardpotensial på -1,66v. Det kan naturlig danne en oksidfilm med en tykkelse på ca. 0,01 til 0,1 mikron i luften. Denne oksidfilmen er amorf, tynn og porøs og har dårlig korrosjonsbestandighet. Imidlertid, hvis aluminium og dets legeringer plasseres i en passende elektrolytt, brukes aluminiumsproduktet som anode, og en oksidfilm dannes på overflaten under påvirkning av en ekstern strøm. Denne metoden kalles anodisk oksidasjon.
Ved å velge forskjellige typer elektrolytter med forskjellige konsentrasjoner, og kontrollere prosessbetingelsene under oksydasjon, kan anodiserte filmer med forskjellige egenskaper og tykkelser på omtrent ti til hundre mikron oppnås, og deres korrosjonsbestandighet, slitestyrke og dekorasjonsegenskaper osv. betydelig forbedret og forbedret. Elektrolytten som brukes i anodisering av aluminium og aluminiumslegeringer er generelt en sur løsning med middels oppløsningsevne, og bly eller aluminium brukes som en katode, som bare leder elektrisitet. Når aluminium og dets legeringer gjennomgår anodisering, oppstår følgende reaksjoner ved anoden:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Følgende reaksjoner oppstår ved katoden:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
Samtidig løser syren kjemisk aluminiumet og den dannede oksidfilmen, og reaksjonen er:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ H3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Vekstprosessen til oksidfilmen er prosessen med kontinuerlig dannelse og kontinuerlig oppløsning av oksidfilmen.
Den første seksjonen a (kurvesnitt ab): ikke-porøs lagdannelse. Innen noen få sekunder til titalls sekunder ved begynnelsen av elektrifiseringen dannes en tett, høyisolerende oksidfilm på aluminiumoverflaten, med en tykkelse på ca. 0,01 til 0,1 mikron, som er et kontinuerlig, ikke-porøst filmlag. Som et ikke-porøst lag eller sperresjikt hindrer utseendet til denne filmen strømmen og den fortsatte fortykningen av filmen. Tykkelsen på det ikke-porøse laget er direkte proporsjonal med formningsspenningen og omvendt proporsjonal med oppløsningshastigheten til oksidfilmen i elektrolytten. Derfor viser spenningen til ab-segmentet i kurven en kraftig økning fra null til maksimumsverdien.
Den andre seksjonen b (kurve bc-seksjonen): Porøs lagdannelse. Med dannelsen av oksidfilmen begynner oppløsningen av elektrolytten på filmen. Fordi den dannede oksidfilmen ikke er ensartet, vil hull først løses opp i den tynneste delen av filmen, og elektrolytten kan nå den friske overflaten av aluminium gjennom disse hullene, den elektrokjemiske reaksjonen kan fortsette, motstanden avtar og spenningen som følger reduksjonen (reduksjonen er 10-15% av den høyeste verdien), vises et porøst lag på membranen.
Den tredje seksjonen c (kurve-cd-seksjonen): fortykning av det porøse laget. Etter anodisering i omtrent 20-årene går spenningen inn i et relativt jevnt og langsomt stigende stadium. Det viser at mens det ikke-porøse laget kontinuerlig oppløses for å danne et porøst lag, vokser et nytt ikke-porøst lag igjen. Det vil si at dannelseshastigheten og oppløsningen av det ikke-porøse laget i oksidfilmen er i utgangspunktet balansert, så det ikke-porøse laget er Tykkelsen øker ikke lenger, og spenningsendringen er liten. Imidlertid stoppet ikke dannelsen og oppløsningen av oksidfilmen i bunnen av hullet, de fortsatte fortsatt, som et resultat flyttet bunnen av hullet gradvis til innsiden av metallmatrisen. Når oksidasjonstiden fortsetter, blir hullene dypere for å danne porer, og filmlaget med porer tykner gradvis. Når filmdannelseshastigheten og oppløsningshastigheten når en dynamisk balanse, selv om oksidasjonstiden forlenges, vil tykkelsen på oksidfilmen ikke øke lenger, og den anodiske oksidasjonsprosessen bør stoppes på dette tidspunktet. Den anodiske oksidasjonsegenskaperkurven og oksidfilmvekstprosessen er vist i figuren nedenfor. Aluminium og dets legeringer elokseres av likestrøm og vekselstrøm i den fortynnede svovelsyreelektrolytten for å oppnå en fargeløs og gjennomsiktig oksidfilm med en tykkelse på 5-20 mikron og god adsorpsjon.
Svovelsyreanodiseringsprosessen er enkel, løsningen er stabil, driften er praktisk, det tillatte området for urenhetsinnhold er bredt, strømforbruket er lavt, kostnadene er lave, og det kan nesten brukes på behandlingen av aluminium og forskjellige aluminiumslegeringer, så det har blitt mye brukt i Kina.
Følgende tabell viser en typisk anodisk oksidasjonsprosess: formel og prosessbetingelser DC-metode
Svovelsyre (g / l) 160-180
Aluminiumion Al3+ (g / L)<>
Temperatur (℃) 18 ～ 22
Anodestrømtetthet (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Spenning (V) 16 ～ 20
Tid (min) 20 ～ 40
Omrøring, trykkluft, sirkulasjon av tankvæske
Katodeområde / anodeområde 1,5: 1 De viktigste faktorene som påvirker kvaliteten på oksidfilmen er:
Svovelsyrekonsentrasjon: vanligvis 15% til 20%. Når konsentrasjonen øker, øker oppløsningshastigheten til filmen, og veksthastigheten til filmen avtar. Filmen har høy porøsitet, sterk adsorpsjon, sterk elastisitet og god fargbarhet (lett å farge mørke farger), men hardheten og slitestyrken er litt verre; Reduser konsentrasjonen av svovelsyre, oksidfilmens veksthastighet akselereres, filmen har mindre porer, høy hardhet og god slitestyrke.
Derfor brukes den øvre grensen for den tillatte konsentrasjonen, det vil si 20% svovelsyre, som elektrolytt når den brukes til beskyttelse, dekorasjon og ren dekorasjonsbehandling.
② Elektrolyttemperatur: Elektrolyttemperaturen har stor innflytelse på kvaliteten på oksidfilmen. Når temperaturen øker, øker oppløsningshastigheten til filmen og filmtykkelsen avtar. Når temperaturen er 22-30 ° C, er den oppnådde filmen myk og har god adsorpsjonskapasitet, men slitestyrken er ganske dårlig; når temperaturen er høyere enn 30 ℃, blir filmen løs og ujevn, noen ganger til og med diskontinuerlig, og hardheten er lav, så den mister bruksverdien; når temperaturen er mellom 10 og 20 ℃, er den dannede oksidfilmen porøs, har sterk adsorpsjonskapasitet og er elastisk, egnet for farging, men filmen har lav hardhet og dårlig slitestyrke;
Temperaturen er lavere enn 10 ℃, tykkelsen på oksidfilmen øker, hardheten er høy, slitestyrken er god, men porøsiteten er lav. Derfor må temperaturen på elektrolytten kontrolleres strengt under produksjonen. For å fremstille en tykk og hard oksidfilm, må driftstemperaturen senkes. I oksidasjonsprosessen brukes omrøring av trykkluft og en relativt lav temperatur, og den harde oksydasjonen utføres vanligvis rundt null.
③ Strømtetthet: Innen en viss grense øker strømtettheten, filmveksthastigheten øker, oksidasjonstiden forkortes, den resulterende filmen har flere porer, er lett å fargelegge, og hardheten og slitestyrken øker; Hvis strømtettheten er for høy, vil den være forårsaket av innflytelsen fra Joule-varme gjør at overflaten til delene blir overopphetet og temperaturen på den lokale løsningen øker, oppløsningshastigheten til filmen øker, og det er en mulighet for å brenne delene ; hvis strømtettheten er for lav, er filmveksthastigheten treg, men den resulterende filmen er tettere og hardere. Slitestyrken er redusert.
XOksideringstid: Valget av oksidasjonstid avhenger av elektrolyttkonsentrasjonen, temperaturen, anodestrømtettheten og den nødvendige filmtykkelsen. Under samme forhold, når strømtettheten er konstant, er veksthastigheten til filmen proporsjonal med oksidasjonstiden; men når filmen vokser til en viss tykkelse, økes ledningsevnen til filmen på grunn av økningen i filmmotstanden, og oppløsningshastigheten til filmen øker på grunn av temperaturstigningen, så filmens vekstrate vil gradvis reduseres , og vil ikke øke til slutt.
IrRøring og bevegelse: det kan fremme elektrolyttkonveksjonen, styrke kjøleeffekten, sikre ensartetheten i løsningstemperaturen og vil ikke føre til at kvaliteten på oksidfilmen blir redusert på grunn av lokal oppvarming av metallet.
⑥ Urenheter i elektrolytten: Urenheter som kan eksistere i elektrolytten som brukes til aluminiumanodisering inkluderer Cl2, F2, NO3 NO, Cu2 Cu, Al3+, Fe2 Fe, etc. Blant dem øker Cl2, F2, NO3 NO porøsiteten til membranen, og overflaten er ru og løs. Hvis innholdet overskrider grenseverdien, vil det til og med forårsake korrosjon og perforering av delene (Cl2 skal være mindre enn 0,05 g / L, F2 skal være mindre enn 0,01 g / L); når du er i elektrolytten
Når innholdet av Al3+ overstiger en viss verdi, vises ofte hvite flekker eller flekkete hvite blokker på overflaten av arbeidsstykket, og adsorpsjonsytelsen til filmen blir redusert, og det er vanskelig å fargelegge (Al3+ bør være mindre enn 20 g / L); når innholdet av Cu2+ når 0,02 g / L, vil oksidfilmen Mørke striper eller svarte flekker vises på overflaten; Si2+ eksisterer ofte i elektrolytten i suspendert tilstand, noe som gjør elektrolytten litt uklar og adsorbert på membranen som et brunt pulver.
Composition Sammensetning av aluminiumslegering: Generelt sett reduserer andre elementer i aluminiummetall kvaliteten på filmen, og den oppnådde oksidfilmen er ikke så tykk som ren aluminium, og hardheten er også lav. Aluminiumlegeringer med forskjellige sammensetninger brukes til anodisering. Vær forsiktig så du ikke gjør det i samme spor.
