Načela eloksiranja aluminija
Aluminij je razmeroma aktivna kovina s standardnim potencialom -1,66v. V zraku lahko naravno tvori oksidni film z debelino približno 0,01 do 0,1 mikrona. Ta oksidni film je amorfen, tanek in porozen in ima slabo odpornost proti koroziji. Če pa aluminij in njegove zlitine damo v ustrezen elektrolit, uporabimo aluminijast izdelek kot anodo in na površini pod delovanjem zunanjega toka nastane oksidni film. Ta metoda se imenuje anodna oksidacija.
Z izbiro različnih vrst elektrolitov z različnimi koncentracijami in nadzorovanjem procesnih pogojev med oksidacijo lahko dobimo eloksirane filme z različnimi lastnostmi in debelino od približno deset do sto mikronov in ugotovimo njihovo odpornost proti koroziji, odpornost proti obrabi in dekoracijo itd. bistveno izboljšali in izboljšali. Elektrolit, ki se uporablja pri anodizaciji aluminija in aluminijevih zlitin, je praviloma kisla raztopina s srednjo topilno močjo, svinec ali aluminij pa se uporablja kot katoda, ki samo prevaja elektriko. Ko se aluminij in njegove zlitine eloksirajo, se na anodi pojavijo naslednje reakcije:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Na katodi se pojavijo naslednje reakcije:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
Hkrati kislina kemično raztopi aluminij in nastali oksidni film, reakcija pa je:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Proces rasti oksidnega filma je proces neprekinjenega tvorjenja in stalnega raztapljanja oksidnega filma.
Prvi odsek a (odsek krivulje ab): nastanek neporozne plasti. V nekaj sekundah do deset sekundah na začetku elektrifikacije na površini aluminija nastane gost, visokoizolacijski oksidni film, debeline približno 0,01 do 0,1 mikrona, ki je neprekinjena, neporozna plast filma. Videz tega filma kot neporozne ali pregradne plasti ovira prehod toka in nadaljnje zgoščevanje filma. Debelina neporozne plasti je neposredno sorazmerna s tvorilno napetostjo in obratno sorazmerna s hitrostjo raztapljanja oksidnega filma v elektrolitu. Zato napetost ab segmenta krivulje kaže močan porast od nič do največje vrednosti.
Drugi odsek b (odsek krivulje bc): Oblikovanje porozne plasti. Z nastankom oksidnega filma se začne raztapljanje elektrolita na filmu. Ker nastali oksidni film ni enakomeren, se bodo luknje najprej raztopile v najtanjšem delu filma in elektrolit lahko skozi te luknje doseže svežo površino aluminija, elektrokemijska reakcija se lahko nadaljuje, upor zmanjša in napetost sledi zmanjšanje (zmanjšanje je 10-15% najvišje vrednosti), se na membrani pojavi porozna plast.
Tretji del c (krivulja cd odsek): zgoščevanje porozne plasti. Po eloksiranju približno 20s napetost vstopi v razmeroma enakomerno in počasi naraščajočo stopnjo. Kaže, da medtem ko se neporozna plast neprestano raztaplja in tvori porozno plast, nova neporozna plast spet raste. Se pravi, da sta hitrost tvorbe in raztapljanja neporozne plasti v oksidnem filmu v osnovi uravnotežena, zato je neporozna plast debelina več ne narašča in sprememba napetosti je majhna. Vendar se v tem času tvorjenje in raztapljanje oksidnega filma na dnu luknje ni ustavilo, še vedno se je nadaljevalo, posledično pa se je dno luknje postopoma premaknilo v notranjost kovinske matrice. Ko se čas oksidacije nadaljuje, se luknje poglabljajo in tvorijo pore, filmska plast s porami pa se postopoma zgosti. Ko stopnja tvorbe filma in stopnja raztapljanja dosežeta dinamično ravnovesje, tudi če se čas oksidacije podaljša, se debelina oksidnega filma ne bo več povečevala, zato je treba postopek anodne oksidacije trenutno ustaviti. Krivulja značilnosti anodne oksidacije in postopek rasti oksidnega filma sta prikazana na spodnji sliki. Aluminij in njegove zlitine se eloksirajo z enosmernim in izmeničnim tokom v razredčenem elektrolitu žveplove kisline, da dobimo brezbarven in prozoren oksidni film debeline 5-20 mikronov in dobro adsorpcijo.
Postopek eloksiranja žveplove kisline je preprost, rešitev stabilna, delovanje priročno, dovoljen obseg vsebnosti nečistoč je širok, poraba energije nizka, stroški nizki in se skoraj lahko uporabi za predelavo aluminija in različne aluminijeve zlitine, zato se pogosto uporablja na Kitajskem.
Naslednja tabela prikazuje tipični postopek anodne oksidacije: formula in pogoji postopka DC metoda
Žveplova kislina (g / L) 160 ～ 180
25. Aluminijev ion Al3+ (g / L)
Temperatura (℃) 18 ～ 22
Gostota anodnega toka (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Napetost (V) 16 ～ 20
Čas (min) 20 ～ 40
Mešanje, stisnjen zrak, kroženje tekočine v rezervoarju
Katodno območje / anodno območje 1,5: 1 Glavni dejavniki, ki vplivajo na kakovost oksidnega filma, so:
Concentration Koncentracija žveplove kisline: običajno 15% do 20%. Ko se koncentracija poveča, se hitrost raztapljanja filma poveča in stopnja rasti filma se zmanjša. Film ima visoko poroznost, močno adsorpcijo, močno elastičnost in dobro barvitost (enostavno barvanje temnih barv), vendar sta trdota in odpornost proti obrabi nekoliko slabša; Zmanjšajte koncentracijo žveplove kisline, stopnja rasti oksidnega filma se pospeši, film ima manj por, visoko trdoto in dobro odpornost proti obrabi.
Zato se pri zaščiti, dekoraciji in čisti dekorativni obdelavi kot elektrolit uporablja zgornja meja dovoljene koncentracije, to je 20% žveplove kisline.
Temperature Temperatura elektrolita: Temperatura elektrolita močno vpliva na kakovost oksidnega filma. S povečanjem temperature se stopnja raztapljanja filma poveča in debelina filma zmanjša. Ko je temperatura 22 ～ 30 ℃, je dobljeni film mehak in ima dobro adsorpcijsko sposobnost, vendar je odpornost proti obrabi precej slaba; ko je temperatura višja od 30 ℃, film postane ohlapen in neenakomeren, včasih celo prekinjen, trdota pa nizka, zato izgubi uporabno vrednost; ko je temperatura med 10 in 20 ℃, je oblikovani oksidni film porozen, ima močno adsorpcijsko sposobnost in je elastičen, primeren za barvanje, film pa ima nizko trdoto in slabo odpornost proti obrabi;
Temperatura je nižja od 10 ℃, debelina oksidnega filma se poveča, trdota je velika, odpornost proti obrabi je dobra, poroznost pa nizka. Zato je treba med proizvodnjo strogo nadzorovati temperaturo elektrolita. Za pripravo debelega in trdega oksidnega filma je treba delovno temperaturo znižati. V procesu oksidacije se uporablja mešanje stisnjenega zraka in razmeroma nizka temperatura, trda oksidacija pa se običajno izvaja pri približno nič.
③Točna gostota: znotraj določene meje se trenutna gostota poveča, hitrost rasti filma se poveča, čas oksidacije se skrajša, nastali film ima več por, je enostaven za barvanje, trdota in odpornost proti obrabi pa se povečata; če je trenutna gostota previsoka, jo bo povzročil vpliv Joulove toplote, da se površina delov pregreje in se temperatura lokalne raztopine poveča, stopnja raztapljanja filma se poveča in obstaja možnost, da deli zažgejo ; če je trenutna gostota prenizka, je hitrost rasti filma počasna, toda nastali film je gostejši in trši. Odpornost proti obrabi se zmanjša.
Time Čas oksidacije: Izbira časa oksidacije je odvisna od koncentracije elektrolita, temperature, gostote anodnega toka in zahtevane debeline filma. V enakih pogojih, ko je gostota toka konstantna, je stopnja rasti filma sorazmerna s časom oksidacije; ko pa film zraste do določene debeline, se prevodnost filma poveča zaradi povečanja odpornosti filma in stopnja raztapljanja filma se poveča zaradi povišanja temperature, zato se bo hitrost rasti filma postopoma zmanjševala in se na koncu ne bo povečal.
Mešanje in premikanje: lahko spodbuja konvekcijo elektrolita, okrepi hladilni učinek, zagotovi enakomernost temperature raztopine in zaradi lokalnega segrevanja kovine ne bo zmanjšal kakovosti oksidnega filma.
⑥ Nečistoče v elektrolitu: Nečistoče, ki lahko obstajajo v elektrolitu, ki se uporablja za eloksiranje aluminija, vključujejo Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+ itd. Med njimi Clˉ, Fˉ, NO3ˉ povečajo poroznost membrane, in površina je hrapava in ohlapna. Če njegova vsebnost presega mejno vrednost, bo celo povzročila korozijo in perforacijo delov (Clˉ naj bo manjša od 0,05 g / L, Fˉ naj bo manjša od 0,01 g / L); ko je v elektrolitu
Ko vsebnost Al3+ preseže določeno vrednost, se na površini obdelovanca pogosto pojavijo bele lise ali pikčasti beli bloki, adsorpcijska sposobnost filma se zmanjša in je težko barvati (Al3+ mora biti manj kot 20 g / L); ko vsebnost Cu2+ doseže 0,02 g / L, se na površini pojavijo oksidni film Temne proge ali črne lise; Si2+ pogosto obstaja v elektrolitu v suspendiranem stanju, zaradi česar je elektrolit rahlo moten in adsorbira na membrani kot rjav prah.
⑦ Sestava aluminijeve zlitine: Na splošno drugi elementi v aluminijevi kovini zmanjšujejo kakovost filma in dobljeni oksidni film ni tako debel kot čisti aluminij, trdota pa je tudi nizka. Za eloksiranje se uporabljajo aluminijeve zlitine z različno sestavo. Pazite, da tega ne storite v isti reži.
