Aliuminio anodavimo principai
Aliuminis yra gana aktyvus metalas, kurio standartinis potencialas yra -1,66v. Natūralu, kad ore gali susidaryti oksido plėvelė, kurios storis yra nuo maždaug 0,01 iki 0,1 mikrono. Ši oksido plėvelė yra amorfinė, plona ir porėta, blogai atspari korozijai. Tačiau jei aliuminis ir jo lydiniai dedami į atitinkamą elektrolitą, aliuminio gaminys naudojamas kaip anodas, o veikiant išorinei srovei ant paviršiaus susidaro oksido plėvelė. Šis metodas vadinamas anodine oksidacija.
Pasirinkus skirtingus skirtingų koncentracijų elektrolitų tipus ir kontroliuojant proceso sąlygas oksidacijos metu, galima gauti anoduotas plėveles, kurių savybės ir storis yra apie dešimtys šimtų mikronų, o jų atsparumas korozijai, atsparumas dilimui ir dekoravimo savybės ir kt. gerokai patobulėjo ir patobulėjo. Aliuminio ir aliuminio lydinių anodavimui naudojamas elektrolitas paprastai yra rūgštus tirpalas, turintis vidutinę tirpumo galią, o švinas arba aliuminis yra naudojamas kaip katodas, kuris tik praleidžia elektrą. Kai aliuminis ir jo lydiniai anoduojami, anode įvyksta šios reakcijos:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Katode įvyksta šios reakcijos:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
Tuo pačiu metu rūgštis chemiškai ištirpdo aliuminį ir susidariusią oksido plėvelę, o reakcija yra:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ ~ 3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Oksido plėvelės augimo procesas yra nuolatinis oksido plėvelės susidarymo ir nuolatinio tirpimo procesas.
Pirmasis skyrius a (kreivės pjūvis ab): neporinio sluoksnio susidarymas. Per kelias sekundes iki dešimčių sekundžių elektrifikacijos pradžioje ant aliuminio paviršiaus susidaro tanki, gerai izoliuojanti oksido plėvelė, kurios storis yra apie 0,01–0,1 mikrono, tai yra ištisinis, neporinis plėvelės sluoksnis. Kaip neporinis sluoksnis arba barjerinis sluoksnis, šios plėvelės išvaizda trukdo praeiti srovei ir toliau storinti plėvelę. Neporinio sluoksnio storis yra tiesiogiai proporcingas formavimo įtampai ir atvirkščiai proporcingas oksido plėvelės tirpimo greičiui elektrolite. Todėl kreivės ab segmento įtampa rodo staigų padidėjimą nuo nulio iki didžiausios vertės.
Antrasis b skyrius (kreivės bc pjūvis): akyto sluoksnio susidarymas. Susiformavus oksidinei plėvelei, prasideda elektrolito tirpimas ant plėvelės. Kadangi suformuota oksido plėvelė nėra vienoda, skylės pirmiausia bus ištirpintos ploniausioje plėvelės dalyje, o elektrolitas per šias skylutes gali pasiekti šviežią aliuminio paviršių, elektrocheminė reakcija gali tęstis, atsparumas mažėja ir įtampa sumažėjimas (sumažėjimas yra 10-15% didžiausios vertės), ant membranos atsiranda porėtas sluoksnis.
Trečioji dalis c (kreivės cd dalis): akyto sluoksnio sustorėjimas. Anodavus apie 20s, įtampa pereina į santykinai pastovų ir lėtai kylantį etapą. Tai rodo, kad nors neporinis sluoksnis nuolat tirpsta, kad susidarytų akytas sluoksnis, vėl auga naujas neporinis sluoksnis. Tai reiškia, kad neporinio sluoksnio susidarymo ir ištirpimo greitis oksido plėvelėje iš esmės yra subalansuotas, todėl neporinis sluoksnis yra. Storis nebeauga, o įtampos pokytis yra nedidelis. Tačiau šiuo metu oksido plėvelės susidarymas ir ištirpimas skylės dugne nesiliovė, jie vis dar vyko, todėl skylės dugnas palaipsniui pasislinko į metalinės matricos vidų. Tęsiantis oksidacijos laikui, skylės gilėja, susidaro poros, o plėvelės sluoksnis su poromis palaipsniui storėja. Kai plėvelės susidarymo greitis ir ištirpimo greitis pasiekia dinaminę pusiausvyrą, net jei oksidacijos laikas yra pratęstas, oksido plėvelės storis nebeaugs, ir anodinį oksidacijos procesą šiuo metu reikia sustabdyti. Anodinės oksidacijos charakteristikos kreivė ir oksido plėvelės augimo procesas parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje. Aliuminis ir jo lydiniai anoduojami nuolatine ir kintama srove praskiestame sieros rūgšties elektrolite, gaunant bespalvę ir skaidrią oksido plėvelę, kurios storis 5-20 mikronų ir gera adsorbcija.
Sieros rūgšties anodavimo procesas yra paprastas, tirpalas yra stabilus, operacija yra patogi, leistinas priemaišų kiekis yra platus, energijos suvartojimas yra mažas, kaina yra maža ir beveik galima pritaikyti aliuminio apdorojimui ir įvairių aliuminio lydinių, todėl jis buvo plačiai naudojamas Kinijoje.
Šioje lentelėje parodytas tipinis anodinis oksidacijos procesas: formulė ir proceso sąlygos DC metodas
Sieros rūgštis (g / l) 160 ～ 180
Aliuminio jonas Al3+ (g / L)<>
Temperatūra (℃) 18 ～ 22
Anodo srovės tankis (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Įtampa (V) 16 ～ 20
Laikas (min.) 20 ～ 40
Maišymas, suslėgtas oras, bako skysčio cirkuliacija
Katodo plotas / anodo plotas 1,5: 1 Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos oksido plėvelės kokybei, yra šie:
Sieros rūgšties koncentracija: paprastai nuo 15% iki 20%. Didėjant koncentracijai, plėvelės tirpimo greitis didėja, o plėvelės augimo greitis mažėja. Plėvelė turi didelį poringumą, stiprią adsorbciją, stiprų elastingumą ir gerą dažomumą (lengva dažyti tamsiomis spalvomis), tačiau kietumas ir atsparumas dilimui yra šiek tiek blogesni; Sumažinkite sieros rūgšties koncentraciją, pagreitėja oksido plėvelės augimo greitis, plėvelėje yra mažiau porų, didelis kietumas ir geras atsparumas dilimui.
Todėl, naudojant apsaugai, apdailai ir grynai apdailai, viršutinė leistinos koncentracijos riba, ty 20% sieros rūgštis, naudojama kaip elektrolitas.
② Elektrolito temperatūra: elektrolito temperatūra daro didelę įtaką oksido plėvelės kokybei. Didėjant temperatūrai, plėvelės tirpimo greitis didėja, o plėvelės storis mažėja. Kai temperatūra yra 22 ～ 30 ℃, gauta plėvelė yra minkšta ir pasižymi geru adsorbcijos pajėgumu, tačiau atsparumas dilimui yra gana menkas; kai temperatūra yra aukštesnė nei 30 ℃, plėvelė tampa laisva ir netolygi, kartais net pertraukiama, o kietumas yra mažas, todėl ji praranda naudojimo vertę; kai temperatūra yra nuo 10 iki 20 ℃, susidariusi oksido plėvelė yra porėta, pasižymi dideliu adsorbcijos pajėgumu ir yra elastinga, tinkama dažyti, tačiau plėvelė turi mažą kietumą ir blogą atsparumą dilimui;
Temperatūra yra žemesnė nei 10 ℃, oksido plėvelės storis padidėja, kietumas yra didelis, atsparumas dilimui yra geras, bet poringumas yra mažas. Todėl gamybos metu elektrolito temperatūra turi būti griežtai kontroliuojama. Norint paruošti storą ir kietą oksido plėvelę, reikia sumažinti darbinę temperatūrą. Oksidacijos procese naudojamas suslėgto oro maišymas ir santykinai žema temperatūra, o kietoji oksidacija paprastai atliekama maždaug nulyje.
UrrentSrovės tankis: neviršijant tam tikros ribos, padidėja srovės tankis, padidėja plėvelės augimo greitis, sutrumpėja oksidacijos laikas, susidariusioje plėvelėje yra daugiau porų, ją lengva nuspalvinti, padidėja kietumas ir atsparumas dilimui; jei srovės tankis yra per didelis, tai sukels dėl Džoulio šilumos įtakos dalių paviršius perkaista ir padidėja vietinio tirpalo temperatūra, padidėja plėvelės tirpimo greitis ir yra galimybė sudeginti dalis ; jei srovės tankis yra per mažas, plėvelės augimo greitis yra lėtas, tačiau gaunama plėvelė yra tankesnė ir kietesnė. Sumažėja atsparumas dilimui.
XOksidacijos laikas: oksidacijos laiko pasirinkimas priklauso nuo elektrolito koncentracijos, temperatūros, anodo srovės tankio ir reikiamo plėvelės storio. Tomis pačiomis sąlygomis, kai srovės tankis yra pastovus, plėvelės augimo greitis yra proporcingas oksidacijos laikui; bet kai plėvelė išauga iki tam tikro storio, plėvelės laidumas padidėja dėl plėvelės atsparumo padidėjimo, o plėvelės tirpimo greitis didėja dėl temperatūros kilimo, Taigi plėvelės augimo greitis palaipsniui mažės , ir galų gale nepadidės.
Maišymas ir judėjimas: jis gali skatinti elektrolito konvekciją, sustiprinti aušinimo efektą, užtikrinti tirpalo temperatūros tolygumą ir dėl to nesumažės oksido plėvelės kokybė dėl vietinio metalo kaitinimo.
⑥ Elektrolito priemaišos: priemaišos, kurios gali būti aliuminio anodavimui naudojamame elektrolite, yra Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+ ir kt. Tarp jų Clˉ, Fˉ, NO3ˉ padidina membranos poringumą, o paviršius yra šiurkštus ir laisvas. Jei jo kiekis viršija ribinę vertę, jis netgi sukels koroziją ir dalių perforaciją (Clˉ turėtų būti mažesnis nei 0,05g / L, Fˉ turėtų būti mažesnis nei 0,01g / L); kai yra elektrolite
Kai Al3+ kiekis viršija tam tikrą vertę, ant ruošinio paviršiaus dažnai atsiranda baltų dėmių ar dėmėtų baltų kaladėlių, o plėvelės adsorbcijos savybės sumažėja ir ją sunku dažyti (Al3+ turėtų būti mažiau nei 20 g). / L); kai Cu2+ kiekis pasiekia 0,02g / L, oksido plėvelė ant paviršiaus pasirodys tamsios juostelės arba juodos dėmės; Si2+ elektrolite dažnai būna suspensijoje, todėl elektrolitas tampa šiek tiek drumstas ir adsorbuojamas ant membranos kaip rudi milteliai.
⑦ Aliuminio lydinio sudėtis: Paprastai kalbant, kiti aliuminio metalo elementai blogina plėvelės kokybę, o gauta oksido plėvelė nėra tokia stora kaip grynas aliuminis, taip pat mažas kietumas. Anodavimui naudojami skirtingos sudėties aliuminio lydiniai. Būkite atsargūs ir nedarykite to paties lizdo.
