Principes van aluminiumanodisatie
Aluminium is een relatief actief metaal met een standaardpotentiaal van -1,66v. Het kan van nature een oxidefilm vormen met een dikte van ongeveer 0,01 tot 0,1 micron in de lucht. Deze oxidefilm is amorf, dun en poreus en heeft een slechte corrosiebestendigheid. Als aluminium en zijn legeringen echter in een geschikte elektrolyt worden geplaatst, wordt het aluminiumproduct als anode gebruikt en wordt een oxidefilm op het oppervlak gevormd onder invloed van een externe stroom. Deze methode wordt anodische oxidatie genoemd.
Door verschillende soorten elektrolyten met verschillende concentraties te selecteren en de procesomstandigheden tijdens oxidatie te beheersen, kunnen geanodiseerde films met verschillende eigenschappen en diktes van ongeveer tientallen tot honderden micron worden verkregen, en hun corrosiebestendigheid, slijtvastheid en decoratie-eigenschappen enz. Zijn aanzienlijk verbeterd en verbeterd. De elektrolyt die wordt gebruikt bij de anodisatie van aluminium en aluminiumlegeringen is over het algemeen een zure oplossing met een gemiddeld oplossend vermogen, en lood of aluminium wordt gebruikt als kathode, die alleen elektriciteit geleidt. Wanneer aluminium en zijn legeringen anodisatie ondergaan, treden de volgende reacties op aan de anode:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Aan de kathode treden de volgende reacties op:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
Tegelijkertijd lost het zuur het aluminium en de gevormde oxidefilm chemisch op, en de reactie is:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Het groeiproces van de oxidefilm is het proces van continue vorming en continu oplossen van de oxidefilm.
De eerste sectie a (curvedoorsnede ab): niet-poreuze laagvorming. Binnen enkele seconden tot tientallen seconden aan het begin van de elektrificatie wordt een dichte, sterk isolerende oxidefilm op het aluminiumoppervlak gevormd met een dikte van ongeveer 0,01 tot 0,1 micron, wat een continue, niet-poreuze filmlaag is. Als niet-poreuze laag of barrièrelaag belemmert het uiterlijk van deze film de doorgang van stroom en de voortdurende verdikking van de film. De dikte van de niet-poreuze laag is recht evenredig met de vormspanning en omgekeerd evenredig met de oplossnelheid van de oxidefilm in de elektrolyt. Daarom vertoont de spanning van het ab-segment van de curve een scherpe stijging van nul tot de maximale waarde.
De tweede sectie b (curve bc sectie): vorming van poreuze lagen. Met de vorming van de oxidefilm begint het oplossen van de elektrolyt op de film. Omdat de gevormde oxidefilm niet uniform is, worden eerst gaten in het dunste deel van de film opgelost en kan de elektrolyt door deze gaten het verse oppervlak van aluminium bereiken, de elektrochemische reactie kan doorgaan, de weerstand neemt af en de spanning volgt. de afname (de afname is 10-15% van de hoogste waarde), verschijnt er een poreuze laag op het membraan.
De derde sectie c (curve cd sectie): verdikking van de poreuze laag. Na ongeveer 20 seconden anodiseren, komt de spanning in een relatief stabiel en langzaam stijgend stadium. Het laat zien dat terwijl de niet-poreuze laag continu wordt opgelost om een poreuze laag te vormen, er weer een nieuwe niet-poreuze laag groeit. Dat wil zeggen dat de snelheid van vorming en oplossen van de niet-poreuze laag in de oxidefilm in principe in evenwicht is, dus de niet-poreuze laag is. De dikte neemt niet langer toe en de spanningsverandering is klein. Op dit moment stopten de vorming en het oplossen van de oxidefilm aan de onderkant van het gat echter niet, ze gingen nog steeds door, met als resultaat dat de bodem van het gat geleidelijk naar de binnenkant van de metalen matrix bewoog. Naarmate de oxidatietijd voortschrijdt, worden de gaten dieper om poriën te vormen, en wordt de filmlaag met poriën geleidelijk dikker. Wanneer de filmvormingssnelheid en de oplossnelheid een dynamisch evenwicht bereiken, zelfs als de oxidatietijd wordt verlengd, zal de dikte van de oxidefilm niet meer toenemen en moet het anodische oxidatieproces op dit moment worden gestopt. De karakteristieke curve voor anodische oxidatie en het groeiproces van de oxidefilm worden weergegeven in de onderstaande afbeelding. Aluminium en zijn legeringen worden geanodiseerd door gelijkstroom en wisselstroom in de verdunde zwavelzuurelektrolyt om een kleurloze en transparante oxidefilm te verkrijgen met een dikte van 5-20 micron en een goede adsorptie.
Het anodisatieproces met zwavelzuur is eenvoudig, de oplossing is stabiel, de bediening is handig, het toegestane bereik van het gehalte aan onzuiverheden is breed, het stroomverbruik is laag, de kosten zijn laag en het kan bijna worden toegepast op de verwerking van aluminium en verschillende aluminiumlegeringen, dus het is op grote schaal gebruikt in China.
De volgende tabel toont een typisch anodisch oxidatieproces: formule en procesomstandigheden DC-methode
Zwavelzuur (g / L) 160 ～ 180
Aluminiumion Al3+ (g / L)<>
Temperatuur (℃) 18 ～ 22
Anodestroomdichtheid (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Spanning (V) 16 ～ 20
Tijd (min) 20 ～ 40
Roeren, perslucht, vloeistofcirculatie in de tank
Kathodegebied / anodegebied 1.5: 1 De belangrijkste factoren die de kwaliteit van de oxidefilm beïnvloeden zijn:
① Zwavelzuurconcentratie: meestal 15% tot 20%. Naarmate de concentratie toeneemt, neemt de oplossnelheid van de film toe en neemt de groeisnelheid van de film af. De film heeft een hoge porositeit, sterke adsorptie, sterke elasticiteit en goede aanverfbaarheid (gemakkelijk te verven donkere kleuren), maar de hardheid en slijtvastheid zijn iets slechter; Verlaag de concentratie zwavelzuur, de groeisnelheid van de oxidefilm wordt versneld, de film heeft minder poriën, een hoge hardheid en een goede slijtvastheid.
Daarom wordt bij gebruik voor bescherming, decoratie en pure decoratieverwerking de bovengrens van de toegestane concentratie, dat wil zeggen 20% zwavelzuur, als elektrolyt gebruikt.
② Elektrolyttemperatuur: De elektrolyttemperatuur heeft een grote invloed op de kwaliteit van de oxidefilm. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de oplossnelheid van de film toe en neemt de filmdikte af. Bij een temperatuur van 22 ℃ 30 ℃ is de verkregen film zacht en heeft een goede adsorptiecapaciteit, maar de slijtvastheid is vrij slecht; wanneer de temperatuur hoger is dan 30 ℃, wordt de film los en ongelijk, soms zelfs onderbroken, en de hardheid is laag, zodat het zijn gebruikswaarde verliest; wanneer de temperatuur tussen 10 en 20 ° C ligt, is de gevormde oxidefilm poreus, heeft hij een sterk adsorptievermogen en is hij elastisch, geschikt om te verven, maar de film heeft een lage hardheid en een slechte slijtvastheid;
De temperatuur is lager dan 10 ℃, de dikte van de oxidefilm neemt toe, de hardheid is hoog, de slijtvastheid is goed, maar de poreusheid is laag. Daarom moet de temperatuur van de elektrolyt tijdens de productie strikt worden gecontroleerd. Om een dikke en harde oxidefilm te maken, moet de bedrijfstemperatuur worden verlaagd. Bij het oxidatieproces wordt gebruik gemaakt van roeren met perslucht en een relatief lage temperatuur, en de harde oxidatie wordt meestal rond nul uitgevoerd.
③ Huidige dichtheid: binnen een bepaalde limiet neemt de stroomdichtheid toe, neemt de groeisnelheid van de film toe, wordt de oxidatietijd verkort, heeft de resulterende film meer poriën, is deze gemakkelijk te kleuren en nemen de hardheid en slijtvastheid toe; als de stroomdichtheid te hoog is, wordt dit veroorzaakt door De invloed van Joule-warmte zorgt ervoor dat het oppervlak van de onderdelen oververhit raakt en de temperatuur van de lokale oplossing toeneemt, de oplossnelheid van de film toeneemt en er een mogelijkheid is om de onderdelen te verbranden ; als de stroomdichtheid te laag is, is de filmgroeisnelheid traag, maar de resulterende film is dichter en harder. De slijtvastheid wordt verminderd.
④Oxidatietijd: De keuze van de oxidatietijd is afhankelijk van de elektrolytconcentratie, temperatuur, anodestroomdichtheid en de benodigde filmdikte. Onder dezelfde omstandigheden, wanneer de stroomdichtheid constant is, is de groeisnelheid van de film evenredig met de oxidatietijd; maar wanneer de film tot een bepaalde dikte groeit, neemt de geleidbaarheid van de film toe door de toename van de filmweerstand en neemt de oplossnelheid van de film toe door de temperatuurstijging, dus de groeisnelheid van de film zal geleidelijk afnemen , en zal uiteindelijk niet toenemen.
⑤ Roeren en bewegen: het kan de elektrolytconvectie bevorderen, het koeleffect versterken, de uniformiteit van de temperatuur van de oplossing garanderen en zal er niet voor zorgen dat de kwaliteit van de oxidefilm afneemt door de lokale verwarming van het metaal.
⑥ Onzuiverheden in de elektrolyt: onzuiverheden die kunnen voorkomen in de elektrolyt die wordt gebruikt voor aluminiumanodisatie zijn onder meer Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+, enz. Onder hen, Clˉ, Fˉ, NO3ˉ verhogen de porositeit van het membraan, en het oppervlak is ruw en los. Als het gehalte de grenswaarde overschrijdt, zal het zelfs corrosie en perforatie van de onderdelen veroorzaken (Clˉ moet minder zijn dan 0,05 g / l, Fˉ moet minder zijn dan 0,01 g / l); wanneer in de elektrolyt
Wanneer het gehalte aan Al3+ een bepaalde waarde overschrijdt, verschijnen er vaak witte vlekken of gespikkelde witte blokken op het oppervlak van het werkstuk, en wordt de adsorptieprestatie van de film verminderd en is het moeilijk om te verven (Al3+ moet minder zijn dan 20 g / L); wanneer het gehalte aan Cu2+ 0,02 g / L bereikt, verschijnen de oxidefilm Donkere strepen of zwarte vlekken op het oppervlak; Si2+ komt vaak voor in de elektrolyt in een gesuspendeerde toestand, waardoor de elektrolyt enigszins troebel wordt en als een bruin poeder op het membraan wordt geadsorbeerd.
⑦ Samenstelling van aluminiumlegering: over het algemeen verminderen andere elementen in aluminiummetaal de kwaliteit van de film, en de verkregen oxidefilm is niet zo dik als puur aluminium, en de hardheid is ook laag. Voor het anodiseren worden aluminiumlegeringen met verschillende samenstellingen gebruikt. Pas op dat u het niet in dezelfde sleuf doet.
