Αρχές ανοδίωσης αλουμινίου
Το αλουμίνιο είναι ένα σχετικά ενεργό μέταλλο με τυπικό δυναμικό -1,66v. Μπορεί φυσικά να σχηματίσει φιλμ οξειδίου με πάχος περίπου 0,01 έως 0,1 μικρά στον αέρα. Αυτό το φιλμ οξειδίου είναι άμορφο, λεπτό και πορώδες και έχει χαμηλή αντοχή στη διάβρωση. Ωστόσο, εάν το αλουμίνιο και τα κράματά του τοποθετηθούν σε κατάλληλο ηλεκτρολύτη, το προϊόν αλουμινίου χρησιμοποιείται ως άνοδος και σχηματίζεται μια μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια υπό τη δράση εξωτερικού ρεύματος. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται ανοδική οξείδωση.
Επιλέγοντας διαφορετικούς τύπους ηλεκτρολυτών με διαφορετικές συγκεντρώσεις και ελέγχοντας τις συνθήκες διεργασίας κατά την οξείδωση, μπορούν να ληφθούν ανοδιωμένες μεμβράνες με διαφορετικές ιδιότητες και πάχη από δεκάδες έως εκατοντάδες μικρά και η αντίσταση στη διάβρωση, η αντοχή στη φθορά και οι ιδιότητες διακόσμησης κ.λπ. βελτιώθηκε σημαντικά και βελτιώθηκε. Ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται στην ανοδίωση του αλουμινίου και των κραμάτων αλουμινίου είναι γενικά ένα όξινο διάλυμα με μέση ισχύ διάλυσης, και ο μόλυβδος ή το αλουμίνιο χρησιμοποιείται ως κάθοδος, η οποία παράγει μόνο ηλεκτρισμό. Όταν το αλουμίνιο και τα κράματά του υφίστανται ανοδίωση, εμφανίζονται οι ακόλουθες αντιδράσεις στην άνοδο:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Οι ακόλουθες αντιδράσεις εμφανίζονται στην κάθοδο:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
Ταυτόχρονα, το οξύ διαλύει χημικά το αλουμίνιο και το σχηματισμένο φιλμ οξειδίου και η αντίδραση είναι:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Η διαδικασία ανάπτυξης του φιλμ οξειδίου είναι η διαδικασία συνεχούς σχηματισμού και συνεχούς διάλυσης του φιλμ οξειδίου.
Το πρώτο τμήμα α (καμπύλη τομή αβ): σχηματισμός μη πορώδους στρώματος. Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα έως δεκάδες δευτερόλεπτα στην αρχή της ηλεκτροκίνησης, σχηματίζεται ένα πυκνό, υψηλής μόνωσης φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια αλουμινίου, με πάχος περίπου 0,01 έως 0,1 μικρά, το οποίο είναι ένα συνεχές, μη πορώδες στρώμα φιλμ. Ως μη πορώδες στρώμα ή στρώμα φραγμού, η εμφάνιση αυτής της μεμβράνης εμποδίζει τη διέλευση ρεύματος και τη συνεχιζόμενη πάχυνση της μεμβράνης. Το πάχος του μη πορώδους στρώματος είναι άμεσα ανάλογο με την τάση σχηματισμού και αντιστρόφως ανάλογο με τον ρυθμό διάλυσης του φιλμ οξειδίου στον ηλεκτρολύτη. Επομένως, η τάση του τμήματος ab της καμπύλης δείχνει απότομη αύξηση από το μηδέν στη μέγιστη τιμή.
Το δεύτερο τμήμα b (καμπύλη bc ενότητα): Διαμόρφωση πορώδους στρώματος. Με το σχηματισμό του φιλμ οξειδίου, αρχίζει η διάλυση του ηλεκτρολύτη στο φιλμ. Επειδή το σχηματισμένο φιλμ οξειδίου δεν είναι ομοιόμορφο, οι οπές θα διαλυθούν πρώτα στο λεπτότερο μέρος της μεμβράνης και ο ηλεκτρολύτης μπορεί να φτάσει στη φρέσκια επιφάνεια του αλουμινίου μέσω αυτών των οπών, η ηλεκτροχημική αντίδραση μπορεί να συνεχιστεί, η αντίσταση μειώνεται και η τάση που ακολουθεί η μείωση (η μείωση είναι 10-15% της υψηλότερης τιμής), ένα πορώδες στρώμα εμφανίζεται στη μεμβράνη.
Το τρίτο τμήμα c (καμπύλη cd ενότητα): πάχυνση του πορώδους στρώματος. Μετά από ανοδίωση για περίπου 20s, η τάση εισέρχεται σε ένα σχετικά σταθερό και αργό στάδιο ανόδου. Δείχνει ότι ενώ το μη πορώδες στρώμα διαλύεται συνεχώς για να σχηματίσει ένα πορώδες στρώμα, ένα νέο μη πορώδες στρώμα αναπτύσσεται ξανά. Δηλαδή, ο ρυθμός σχηματισμού και διάλυσης του μη πορώδους στρώματος στο φιλμ οξειδίου είναι βασικά ισορροπημένος, έτσι το μη πορώδες στρώμα είναι Το πάχος δεν αυξάνεται πλέον και η αλλαγή τάσης είναι μικρή. Ωστόσο, αυτή τη στιγμή, ο σχηματισμός και η διάλυση της μεμβράνης οξειδίου στο κάτω μέρος της οπής δεν σταμάτησαν, συνεχίζονταν, με αποτέλεσμα, ο πυθμένας της οπής να μετακινηθεί σταδιακά στο εσωτερικό της μεταλλικής μήτρας. Καθώς ο χρόνος οξείδωσης συνεχίζεται, οι οπές βαθαίνουν για να σχηματίσουν πόρους και το στρώμα μεμβράνης με πόρους πυκνά σταδιακά. Όταν ο ρυθμός σχηματισμού φιλμ και ο ρυθμός διαλυτοποίησης φτάσουν σε δυναμική ισορροπία, ακόμη και αν ο χρόνος οξείδωσης παραταθεί, το πάχος του φιλμ οξειδίου δεν θα αυξηθεί πια, και η διαδικασία ανοδικής οξείδωσης πρέπει να διακοπεί αυτή τη στιγμή. Η χαρακτηριστική καμπύλη ανοδικής οξείδωσης και η διαδικασία ανάπτυξης φιλμ οξειδίου παρουσιάζονται στο παρακάτω σχήμα. Το αλουμίνιο και τα κράματά του ανοδίζονται από συνεχές ρεύμα και εναλλασσόμενο ρεύμα στον αραιό ηλεκτρολύτη θειικού οξέος για να ληφθεί ένα άχρωμο και διαφανές φιλμ οξειδίου με πάχος 5-20 μικρά και καλή προσρόφηση.
Η διαδικασία ανοδίωσης θειικού οξέος είναι απλή, η λύση είναι σταθερή, η λειτουργία είναι βολική, το επιτρεπόμενο εύρος περιεκτικότητας ακαθαρσιών είναι ευρύ, η κατανάλωση ισχύος είναι χαμηλή, το κόστος είναι χαμηλό και μπορεί σχεδόν να εφαρμοστεί στην επεξεργασία αλουμινίου και διάφορα κράματα αλουμινίου, έτσι έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην Κίνα.
Ο παρακάτω πίνακας δείχνει μια τυπική διαδικασία ανοδικής οξείδωσης: τύπος και συνθήκες επεξεργασίας μέθοδος DC
Θειικό οξύ (g / L) 160 ～ 180
Ιόντων αλουμινίου Al3+ (g / L)<>
Θερμοκρασία (℃) 18 ～ 22
Πυκνότητα ρεύματος ανόδου (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Τάση (V) 16 ～ 20
Χρόνος (ελάχιστο) 20 ～ 40
Αναδευόμενο, πεπιεσμένο αέρα, κυκλοφορία υγρού δεξαμενής
Περιοχή καθόδου / περιοχή ανόδου 1,5: 1 Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα του φιλμ οξειδίου είναι:
Concentration Συγκέντρωση θειικού οξέος: συνήθως 15% έως 20%. Καθώς η συγκέντρωση αυξάνεται, ο ρυθμός διάλυσης του υμενίου αυξάνεται και ο ρυθμός ανάπτυξης του υμενίου μειώνεται. Η ταινία έχει υψηλό πορώδες, ισχυρή προσρόφηση, ισχυρή ελαστικότητα και καλή βαφή (εύκολο στη βαφή σκούρα χρώματα), αλλά η σκληρότητα και η αντοχή στην τριβή είναι ελαφρώς χειρότερη. Μειώστε τη συγκέντρωση θειικού οξέος, ο ρυθμός ανάπτυξης του φιλμ οξειδίου επιταχύνεται, το φιλμ έχει λιγότερους πόρους, υψηλή σκληρότητα και καλή αντοχή στη φθορά.
Επομένως, όταν χρησιμοποιείται για προστασία, διακόσμηση και καθαρή διακόσμηση, το ανώτερο όριο της επιτρεπόμενης συγκέντρωσης, δηλαδή 20% θειικό οξύ χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης.
Temperature Θερμοκρασία ηλεκτρολύτη: Η θερμοκρασία ηλεκτρολύτη έχει μεγάλη επίδραση στην ποιότητα του φιλμ οξειδίου. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο ρυθμός διάλυσης του φιλμ αυξάνεται και το πάχος του φιλμ μειώνεται. Όταν η θερμοκρασία είναι 22 ～ 30 ℃, το ληφθέν φιλμ είναι μαλακό και έχει καλή ικανότητα προσρόφησης, αλλά η αντοχή στην τριβή είναι αρκετά χαμηλή. όταν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από 30 ℃, η μεμβράνη χαλαρώνει και είναι άνιση, μερικές φορές ακόμη και ασυνεχής και η σκληρότητα είναι χαμηλή, έτσι χάνει την αξία χρήσης όταν η θερμοκρασία είναι μεταξύ 10 και 20 ℃, το σχηματισμένο φιλμ οξειδίου είναι πορώδες, έχει ισχυρή ικανότητα προσρόφησης και είναι ελαστικό, κατάλληλο για βαφή, αλλά το φιλμ έχει χαμηλή σκληρότητα και χαμηλή αντοχή στη φθορά.
Η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από 10 ℃, το πάχος του φιλμ οξειδίου αυξάνεται, η σκληρότητα είναι υψηλή, η αντοχή στη φθορά είναι καλή, αλλά το πορώδες είναι χαμηλό. Επομένως, η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη πρέπει να ελέγχεται αυστηρά κατά την παραγωγή. Για να προετοιμάσετε ένα παχύ και σκληρό φιλμ οξειδίου, η θερμοκρασία λειτουργίας πρέπει να μειωθεί. Στη διαδικασία οξείδωσης, χρησιμοποιείται ανάδευση πεπιεσμένου αέρα και σχετικά χαμηλή θερμοκρασία, και η σκληρή οξείδωση συνήθως πραγματοποιείται περίπου στο μηδέν.
Density Τρέχουσα πυκνότητα: Μέσα σε ένα ορισμένο όριο, η τρέχουσα πυκνότητα αυξάνεται, ο ρυθμός ανάπτυξης της μεμβράνης αυξάνεται, ο χρόνος οξείδωσης μειώνεται, το προκύπτον φιλμ έχει περισσότερους πόρους, είναι εύκολο να χρωματιστεί και η σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά αυξάνονται. εάν η τρέχουσα πυκνότητα είναι πολύ υψηλή, θα προκληθεί από την επίδραση της θερμότητας Joule που κάνει την επιφάνεια των μερών να υπερθερμαίνεται και η θερμοκρασία του τοπικού διαλύματος αυξάνεται, ο ρυθμός διάλυσης της μεμβράνης αυξάνεται και υπάρχει πιθανότητα καύσης των μερών ; Εάν η τρέχουσα πυκνότητα είναι πολύ χαμηλή, ο ρυθμός ανάπτυξης του φιλμ είναι αργός, αλλά το προκύπτον φιλμ είναι πυκνότερο και σκληρότερο. Η αντοχή στη φθορά μειώνεται.
Time Χρόνος οξείδωσης: Η επιλογή του χρόνου οξείδωσης εξαρτάται από τη συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη, τη θερμοκρασία, την πυκνότητα ρεύματος ανόδου και το απαιτούμενο πάχος του φιλμ. Υπό τις ίδιες συνθήκες, όταν η τρέχουσα πυκνότητα είναι σταθερή, ο ρυθμός ανάπτυξης της μεμβράνης είναι ανάλογος με τον χρόνο οξείδωσης. αλλά όταν η μεμβράνη μεγαλώνει σε ένα ορισμένο πάχος, η αγωγιμότητα της μεμβράνης αυξάνεται λόγω της αύξησης της αντίστασης της μεμβράνης και ο ρυθμός διάλυσης της μεμβράνης αυξάνεται λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας, έτσι ο ρυθμός ανάπτυξης της μεμβράνης θα μειωθεί σταδιακά , και δεν θα αυξηθεί στο τέλος.
⑤ Ανάδευση και κίνηση: μπορεί να προωθήσει τη μεταφορά του ηλεκτρολύτη, να ενισχύσει το φαινόμενο ψύξης, να εξασφαλίσει την ομοιομορφία της θερμοκρασίας του διαλύματος και να μην προκαλέσει μείωση της ποιότητας του φιλμ οξειδίου λόγω της τοπικής θέρμανσης του μετάλλου.
⑥ Ακαθαρσίες στον ηλεκτρολύτη: Οι ακαθαρσίες που μπορεί να υπάρχουν στον ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται για την ανοδίωση αλουμινίου περιλαμβάνουν Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+, κ.λπ. Μεταξύ αυτών, Clˉ, Fˉ, NO3ˉ αυξάνουν το πορώδες της μεμβράνης, και η επιφάνεια είναι τραχιά και χαλαρή. Εάν το περιεχόμενό του υπερβαίνει την οριακή τιμή, θα προκαλέσει ακόμη και διάβρωση και διάτρηση των εξαρτημάτων (το Clˉ πρέπει να είναι μικρότερο από 0,05g / L, το Fˉ πρέπει να είναι μικρότερο από 0,01g / L). όταν βρίσκεται στον ηλεκτρολύτη
Όταν το περιεχόμενο του Al3+ υπερβαίνει μια συγκεκριμένη τιμή, στην επιφάνεια του αντικειμένου εργασίας εμφανίζονται συχνά λευκές κηλίδες ή λευκά στίγματα, και η απόδοση προσρόφησης της μεμβράνης μειώνεται και είναι δύσκολο να βαφτεί (το Al3+ πρέπει να είναι μικρότερο από 20g /ΜΕΓΑΛΟ); Όταν το περιεχόμενο Cu2+ φτάσει τα 0,02 g / L, θα εμφανιστεί στην επιφάνεια το φιλμ οξειδίου Σκούρες ραβδώσεις ή μαύρες κηλίδες. Το Si2+ υπάρχει συχνά στον ηλεκτρολύτη σε αιωρούμενη κατάσταση, καθιστώντας τον ηλεκτρολύτη ελαφρώς θολό και προσροφημένο στη μεμβράνη ως καφέ σκόνη.
Composition Σύνθεση κράματος αλουμινίου: Γενικά, άλλα στοιχεία σε μέταλλο αλουμινίου μειώνουν την ποιότητα της μεμβράνης και το φιλμ οξειδίου που λαμβάνεται δεν είναι τόσο παχύ όσο το καθαρό αλουμίνιο και η σκληρότητα είναι επίσης χαμηλή. Κράματα αλουμινίου με διαφορετικές συνθέσεις χρησιμοποιούνται για ανοδίωση. Προσέξτε να μην το κάνετε στην ίδια υποδοχή.
