Utlenianie anodowe

Wstęp

Utlenianie anodowe to proces elektrochemicznego utleniania metali lub stopów, powszechnie obejmujący użycie artykułu metalowego lub stopowego jako anody w roztworze elektrolitu w celu utworzenia warstwy tlenkowej, zmieniając w ten sposób stan powierzchni i właściwości metalu. Ta technika jest stosowana przede wszystkim do obróbki powierzchni aluminium, magnezu, tytanu i ich stopów, zwiększając odporność na korozję, odporność na zużycie i estetykę. Ponadto może być stosowana do przygotowywania materiałów elektrodowych, urządzeń półprzewodnikowych i ogniw słonecznych, między innymi.

Klasyfikacja

Utlenianie anodowe, powszechna technika obróbki powierzchni metali, jest często stosowana do ochrony i dekoracji stopów aluminium i stopów magnezu. Na podstawie różnych kryteriów klasyfikacji, utlenianie anodowe można podzielić na kilka kategorii:

- Ze względu na rodzaj prądu: anodowe utlenianie prądem stałym, anodowe utlenianie prądem przemiennym, anodowe utlenianie prądem impulsowym.

- Elektrolitem: kwas siarkowy, kwas szczawiowy, kwas chromowy, kwas mieszany i kwas sulfonowy, naturalne barwienie, anodowanie.

- Ze względu na właściwości warstwy folii: zwykła folia, twarda folia (gruba folia), folia ceramiczna, jasna warstwa dekoracyjna, działanie półprzewodnikowe itp. Spośród nich najczęściej stosowana jest anodowa reakcja utleniania prądem stałym, która może tworzyć równomierną i gęstą warstwę tlenku na powierzchni aluminium, zwiększając w ten sposób odporność na korozję i zużycie.

Mechanizm powstawania filmu tlenkowego

Mechanizm powstawania warstwy tlenkowej obejmuje głównie następujące kroki:

1. Reakcja anodowa: Produkty aluminiowe lub stopowe są używane jako anoda w roztworze elektrolitu, gdzie elektroliza tworzy warstwę tlenku na powierzchni, a anoda uwalnia tlen (w tym tlen cząsteczkowy, tlen atomowy i tlen jonowy), powszechnie oznaczany jako O₂. Aluminium służące jako anoda jest utleniane przez uwolniony tlen, tworząc uwodnioną warstwę 氧化铝.

2. Tworzenie i rozpuszczanie warstwy tlenku: Tworzenie i rozpuszczanie warstwy tlenku zachodzą jednocześnie. Na wczesnych etapach szybkość tworzenia warstwy jest większa niż szybkość rozpuszczania, co prowadzi do ciągłego zagęszczania warstwy. W miarę wzrostu grubości rośnie opór, spowalniając szybkość tworzenia warstwy, aż zrówna się z szybkością rozpuszczania, w którym to momencie warstwa osiąga określoną grubość.

3. Rola elektrolitu: Kwas (taki jak kwas siarkowy) w roztworze elektrolitu rozpuszcza warstwę tlenku. Reakcje tworzenia i rozpuszczania warstwy trwają w nieskończoność, aż do osiągnięcia stanu równowagi.

4. Inne czynniki: Na grubość i jakość filmu wpływają takie czynniki, jak gęstość prądu, napięcie, temperatura i czas. Różne procesy mogą prowadzić do różnic w grubości, strukturze i właściwościach filmu tlenkowego. Ważne jest, aby zauważyć, że proces formowania filmu tlenkowego jest złożonym procesem chemicznym, a badania nad jego specyficznymi mechanizmami są w toku.

Przebieg procesu

1. Odtłuszczanie: Usuwa tłuszcz i brud z powierzchni, zapewniając jakość powłoki tlenkowej.

2. Trawienie alkaliczne: Dalsze usuwanie zanieczyszczeń z powierzchni, co sprawia, że ​​staje się ona mikroskopijnie szorstka, co poprawia przyczepność warstwy tlenku.

3. Polerowanie: Usuwa matowość powierzchni, dzięki czemu powierzchnia podłoża staje się gładsza.

4. Utlenianie anodowe: tworzy na podłożu warstwę tlenku, zapewniającą ochronę i dekorację.

5. Uszczelnianie: Uszczelnia pory w warstwie tlenkowej, zwiększając jej odporność na korozję i zużycie.

Czynniki wpływające

Na wynik utleniania anodowego wpływają następujące czynniki:

1. Elektrolit:

- Typ: Różne elektrolity powodują różne właściwości powłoki tlenkowej, np. wyższą twardość w przypadku elektrolitu kwasu siarkowego.

- Koncentracja: Ma wpływ na szybkość wzrostu i jakość powłoki tlenkowej.

2. Napięcie:

- Wielkość: Określa szybkość wzrostu i grubość warstwy tlenku; zbyt wysokie lub zbyt niskie napięcie może powodować powstawanie nierównomiernych lub niskiej jakości warstw.

3 razy:

- Czas trwania: Wpływa na grubość warstwy tlenku; dłuższy czas może prowadzić do grubszych warstw, ale nadmierny czas może zmniejszyć wydajność warstwy. Czynniki te są ze sobą powiązane i wymagają starannej kontroli, aby osiągnąć pożądane efekty utleniania anodowego.

Kolor folii tlenkowej anodowej

Na kolor powłoki tlenku anodowego mogą mieć wpływ:

1. Naturalne zabarwienie: W określonych warunkach elektrolitycznych i procesowych, warstwa tlenku może przybierać określony kolor.

Barwienie elektrolityczne: Produkt powstały po utlenianiu anodowym umieszczany jest w elektrolicie zawierającym sole metali w celu elektrolizy, co umożliwia jonom metali wniknięcie w mikropory powłoki tlenkowej i zmianę jej koloru.

Barwienie chemiczne: Do barwienia powłoki tlenkowej stosuje się barwniki organiczne lub nieorganiczne, nadając jej określony kolor.

Barwienie interferencyjne: Wykorzystuje zasadę interferencji światła w celu uzyskania koloru w warstwie tlenku.

Zazwyczaj w celu uzyskania konkretnych kolorów stosuje się naturalne starzenie i barwienie chemiczne.

Grubość warstwy tlenku anodowego

Grubość warstw tlenków anodowych ogólnie dzieli się na następujące kategorie:

1. Cienka warstwa tlenku: Zwykle o grubości mniejszej niż 5 mikrometrów.

2. Średniej grubości warstwa tlenku: Jej grubość waha się od 5 do 25 mikrometrów.

3. Gruba warstwa tlenku: Ponad 25 mikrometrów grubości.

W zastosowaniach praktycznych grubość warstwy tlenku dobiera się na podstawie konkretnych wymagań i potrzeb produktu.

Aby uzyskać różną grubość warstw tlenku anodowego, można zastosować następujące metody regulacji:

1. Dostosowanie czasu utleniania: Wydłużenie czasu utleniania pozwala na stopniowe zagęszczanie się warstwy tlenku.

2. Zmiana gęstości prądu: Odpowiednie zwiększanie lub zmniejszanie gęstości prądu będzie miało wpływ na szybkość wzrostu i grubość warstwy tlenku.

3. Kontroluj temperaturę elektrolitu: Zmiany temperatury wpływają na szybkość reakcji, a tym samym na grubość warstwy tlenku.

4. Zmień formułę elektrolitu: Różne formuły elektrolitu mogą powodować różną szybkość wzrostu warstwy tlenkowej.

Badanie grubości anodowej powłoki tlenkowej

Metody testowania obejmują:

1. Kontrola wizualna: Wizualna ocena koloru, jednolitości i wad folii.

2. Pomiar grubości: Zmierz grubość folii za pomocą grubościomierza.

3. Badanie mikrotwardości: Określenie twardości powłoki.

4. Badanie odporności na korozję: ocena odporności powłoki na korozję poprzez testy zanurzeniowe, testy w mgle solnej itp.

Normy:

1. GB/T 5237.2-2017 „Profile budowlane z aluminium i stopów aluminium – Część 2: Profile anodowane”: Niniejsza norma ustala wymagania i metody badań dotyczące profili anodowanych.

2. ISO 520854 „Powłoki anodowe z tlenku aluminium i stopów aluminium”: Normy międzynarodowe dotyczą właściwości powłok anodowych z tlenku aluminium.

Przyszłe perspektywy utleniania anodowego

1. Szeroki zakres zastosowań: Technologia utleniania anodowego jest szeroko stosowana w wielu dziedzinach, takich jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny, elektroniczny, budowlany itp. Wraz z rozwojem tych gałęzi przemysłu popyt na produkty utleniania anodowego będzie nadal wzrastał.

2. Zalety użytkowe: Folie tlenkowe anodowane charakteryzują się doskonałą odpornością na korozję, odpornością na zużycie i właściwościami dekoracyjnymi, dzięki czemu spełniają wymagania użytkowe różnych produktów.

3. Postęp technologiczny: Dzięki ciągłej innowacji i udoskonalaniu technologii, procesy anodowania utleniania staną się bardziej wydajne i przyjazne dla środowiska, co jeszcze bardziej rozszerzy zakres ich zastosowań.

4. Zielony trend ekologiczny: Ekologiczne technologie obróbki powierzchni cieszą się coraz większym uznaniem. Jako proces przyjazny dla środowiska, anodowanie lepiej zaspokoi potrzeby rynku.