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.
oblika
Elektrolit, uporabljen pri anodni oksidaciji zlitin Al in aluminijevih zlitin, je praviloma kisla raztopina s srednjo topilno močjo. Kot katoda ima svinec le vlogo prevajanja električne energije. Ko so aluminij in njegove zlitine eloksirane, 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 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 to zmanjšanje (zmanjšanje je 10-15% najvišje vrednosti) se na membrani pojavi porozni sloj.
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 neprekinjeno raztaplja in tvori porozno plast, nova neporozna plast spet raste. Se pravi, da je hitrost tvorbe in raztapljanja neporozne plasti v oksidnem filmu v bistvu uravnotežena, zato neporozna plast debeline ne narašča več, sprememba napetosti pa 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. Anodna značilna krivulja in postopek rasti oksidnega filma.
Obrt
Metod za eloksiranje aluminija in njegovih aluminijevih zlitin je veliko. Najpogosteje uporabljene metode so eloksiranje z žveplovo kislino, eloksiranje kromove kisline, eloksiranje oksalne kisline, trdo eloksiranje in eloksiranje porcelana.
Žveplova kislina
V razredčenem elektrolitu žveplove kisline se za eloksiranje aluminija in njegovih zlitin uporablja enosmerni in izmenični tok, dobimo pa lahko 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 več tipičnih postopkov eloksiranja:
Formulacija in pogoji postopka DC metoda AC metoda
1 2 3
Žveplova kislina (g / L) 50 ～ 200 160 ～ 170 100 ～ 150
Aluminijev ion Al3+ (g / L)<><><>
Temperatura (℃) 15 ～ 25 0 ～ 3 15 ～ 25
Gostota anodnega toka (A / dm2) 0,8 ～ 1,5 0,4 ～ 6 2 ～ 4
Napetost (V) 18 ～ 25 16 ～ 20 18 ～ 30
Čas (min) 20 ～ 40 60 20 ～ 40
Mešanje stisnjenega zraka stisnjenega zraka stisnjenega zraka
Območje katode / območje anode 1,5: 1 1,5: 1 1: 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 obdelavi okrasja 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, vendar ima film nizko trdoto in slabo odpornost proti obrabi; ko je temperatura nizka Pri 10 ° C se debelina oksidnega filma poveča, trdota je velika in odpornost proti obrabi 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 obdelovanca (Clˉ naj bo manjši od 0,05 g / L, Fˉ manjši od 0,01 g / L); ko vsebnost Al3+ v elektrolitu preseže določeno vrednost, bo površina obdelovanca pogosto videti bela. Točkasti ali pikasto podobni beli bloki in zmanjšajo adsorpcijsko učinkovitost filma, zato je težko barvati (Al3+ mora biti manjši od 20 g / L); ko vsebnost Cu2+ doseže 0,02 g / L, se na oksidnem filmu pojavijo temne črte ali črne lise; Si2+ je pogosto suspendiran. Stanje obstaja v elektrolitu, zaradi česar je elektrolit nekoliko moten in se adsorbira na membrani kot rjav prah.
⑦ Sestava aluminijeve zlitine: elementi v aluminijevi kovini zmanjšajo kakovost filma, dobljeni oksidni film pa 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.
Kromova kislina
Anodizacija kromove kisline se nanaša na tehnologijo anodne oksidacije aluminija in njegovih zlitin s 5-10% elektrolita kromove kisline. Oksidni film, pridobljen s to metodo, ima naslednje značilnosti: is je tanjši (v primerjavi z žveplovo in oksalno-oksidno folijo), približno 2-5 mikronov, in lahko ohranja prvotno natančnost in hrapavost obdelovanca; QualityKvaliteta je mehka in elastična, por pa skoraj ni. Odpornost proti koroziji je močnejša kot pri anodiziranem filmu žveplove kisline; ③Moten je, barva sega od sive do temno sive ali celo mavrične, zato ga ni lahko barvati; ④Filma je zaradi nekaj por mogoče uporabiti brez tesnilne obdelave; ⑤Dobra vezna sila z organskimi snovmi, zato se pogosto uporablja kot spodnja plast barve; ⑥ V primerjavi z eloksiranjem z žveplovo kislino so stroški višji in njegova uporaba je omejena.
Naslednja tabela prikazuje več postopkov eloksiranja kromove kisline:
Formula in pogoji postopka 1 2 3
Kromova kislina (g / L) 90 ～ 100 50 ～ 55 30 ～ 35
Temperatura (℃) 37 ± 2 39 ± 2 40 ± 2
Gostota toka (A / dm2) 0,3 ～ 2,5 0,3 ～ 0,7 0,2 ～ 0,6
Napetost (V) 0 ～ 40 0 ～ 40 0 ～ 40
Čas oksidacije (min) 35 60 60
Katodni material Aluminijasta plošča in grafit
Oksalna kislina
Anodizacija oksalne kisline je oksidacijski postopek, pri katerem se z enosmernim ali izmeničnim tokom uporablja 2% do 10% elektrolita oksalne kisline.
Kadar se za anodno oksidacijo uporablja enosmerni tok, trdota in odpornost korozije nastalega filma ni manjša od trdnosti folije anodnega oksida H2SO4 in ker je topnost raztopine oksalne kisline na aluminijasti in oksidni foliji majhna, je debelejša plast oksidnega filma je mogoče dobiti kot v raztopini žveplove kisline. Če oksidiramo z izmeničnim tokom, lahko dobimo mehkejši in bolj elastičen film. Debelina eloksiranega filma oksalne kisline je običajno 8-20 mikronov, največja debelina pa lahko doseže 60 mikronov.
Dokler se med postopkom oksidacije spremenijo pogoji postopka (kot so koncentracija oksalne kisline, temperatura, gostota toka, valovna oblika itd.), Lahko brez nadaljnega barvanja dobimo okrasne filme, kot so srebrno bele, zlato rumene do rjave.
Elektrolit za eloksiranje oksalne kisline je občutljiv na kloridne ione in korozijske lise se bodo pojavile na filmu, ko bo njegova masna koncentracija presegla 0,04 g / L. Tudi masna koncentracija trivalentnega aluminijevega iona ne sme presegati 3g / L.
Vendar je eloksiranje oksalne kisline drago in porabi veliko energije (ker je odpornost elektrolita oksalne kisline večja kot odpornost žveplove kisline in kromove kisline), raztopina je strupena in stabilnost elektrolitov je slaba. V spodnji tabeli je prikazanih več postopkov eloksiranja oksalne kisline.
Formula in pogoji postopka 1 2 3
Oksalna kislina (g / L) 30 ± 3 50 ± 5 50 ± 10
Temperatura (℃) 18 ± 3 30 ± 3 30 ± 3
Gostota toka (A / dm2) 1 ～ 2 1 ～ 2 2 ～ 3
Napetost (V) 110 ～ 120 30 ～ 35 40 ～ 60
Čas oksidacije (min) 120 30 ～ 60 30 ～ 60
Katodni material Ogljikova palica Ogljikova palica
Napajanje DC DC AC
Porcelan
Elektrolitu se doda nekaj snovi, ki se v filmu adsorbirajo med tvorbo oksidnega filma, s čimer se dobi gladek, sijoč, enakomeren in neprozoren oksidni film, podoben emajlu in barvi sklenine, kar imenujemo GG; porcelanski anodni oksidni film&;" ali" porcelanov oksid film" ;. Ta vrsta oksidnega filma ima dobro elastičnost in dobro odpornost proti koroziji. Po barvanju dobimo videz s plastičnim občutkom. Nastala debelina filma je približno 6-25 mikronov.
Sledijo dve metodi oksidacije porcelana:
To Dodajte nekaj soli elementov redkih kovin (kot so titan, torij itd.) V raztopino žveplove kisline ali oksalne kisline: med oksidacijskim postopkom se zaradi hidrolize teh soli kromoforne snovi odlagajo v pore oksida. film, ki tvori podoben sloj emajlnega filma, ima visoko trdoto, lahko ohranja visoko natančnost in visoko stopnjo gladkosti delov, vendar je drag, krog uporabe raztopine je kratek in pogoji postopka so strogi.
An Kot anodna raztopina se uporablja mešanica kromovega anhidrida in borove kisline: preprosta sestava, poceni, dobra elastičnost oksidnega filma, vendar nižja trdota kot prejšnja in se lahko uporablja za splošno okrasno površinsko obdelavo porcelanske oksidacije.
Opomba: Katodni material je lahko čisti aluminij, svinčena plošča ali jeklena plošča.
V oksidacijski raztopini bo sprememba različnih komponent določila barvo oksidnega filma: na primer s povečanjem kromovega anhidrida se bo barva filma spremenila v neprozorno sivo; s povečanjem borove kisline se bo barva filma spremenila v mlečno belo. S povečanjem oksalne kisline se barva filma spremeni v rumeno.