Анодированный алюминий Тип электролитической пассивации, используемый для увеличения толщины оксидного слоя на поверхности металлических деталей. В целом, профили из алюминиевых сплавов легко окисляются. Хотя оксидный слой обладает определенным пассивирующим эффектом, оксидный слой отслаивается в результате длительного воздействия. Потеря защиты, поэтому анодное окисление должно использовать преимущества его свойств легкого окисления для управления образованием оксидных слоев с помощью электрохимических методов, чтобы предотвратить дальнейшее окисление алюминия и улучшить механические свойства его поверхности. Другая цель - использовать разные химические реакции. Он производит различные цвета для улучшения красоты и широко используется в обшивке самолетов, военном оружии, роликах для бумаги копировальных аппаратов, алюминиевых шторах для зданий, алюминиевых дверях и окнах и т. Д. Анодированный алюминиевый сплав может улучшить коррозионную стойкость, увеличить цвет окисления и улучшить адгезию. . Но это не может повысить прочность алюминия. Кроме того, слой анодного оксида не проводит ток.

1. История

Происхождение названия

Происхождение названия анодирования заключается в том, что металлические части размещаются на аноде в электронной схеме. Анодирование делает металлические детали менее подверженными коррозии и износу, а грунтовка более плотно прилегает к деталям. Анодирование обеспечивает множество эффектов модификации поверхности. Например, нанесение покрытия на более толстую и пористую поверхность, чтобы краситель легче впитывался, или более тонкий прозрачный слой для увеличения отражения света.

Первое крупномасштабное промышленное применение процесса анодного окисления было в 1923 году. Цель заключалась в том, чтобы предотвратить окисление и коррозию гидросамолета, сделанного из дюралюминия. Ранний процесс с использованием хромовой кислоты в качестве электролита назывался процессом Бенго-Стюарта, и этот процесс используется до сих пор.

В 1927 году процесс анодного окисления электролита хромовой кислоты был преобразован в сернокислый электролит Гауэром и О'Брайеном и зарегистрирован как патент. На сегодняшний день сернокислый электролит является наиболее распространенным методом анодного окисления [3].

Процесс анодирования щавелевой кислотой был зарегистрирован в качестве патента в Японии в 1923 году, и впоследствии этот процесс широко использовался в Германии, особенно в немецкой строительной промышленности. Анодированный алюминиевые профили когда-то были очень популярным строительным материалом в 1960-х и 1970-х годах, но их быстро заменили более дешевым пластиком и процессами порошкового покрытия.

Последней разработкой в ​​области анодирования является процесс на основе фосфорной кислоты. До настоящего времени (2020 г.) этот процесс использовался только для предварительной обработки связующих или органических покрытий. Постоянно разрабатываются различные новые процессы анодирования, поэтому будущая тенденция состоит в том, чтобы классифицировать процессы анодирования на основе характеристик покрытий, являющихся военными и промышленными стандартами, а не химических реакций процесса.

2. поток процесса

Химическое обезжиривание (Na3 PO4 60 г / л, Na2CO3 40 г / л, 40 ℃, 3 мин) -> промывка 1> щелочное травление (NaOH, 40 г / л, 3 мин) -> промывка 1> Idemitsu (HNO3 40 г / л, 15 сек. ) - промывка водой - промывка деионизированной водой - анодное окисление (180 г / л H2SO4, плотность тока 1,4 А / дм2, время окисления 30 мин, температура 18 ~ 22 ℃) - промывка водой (10 мин) → промывка водой → сушка продувкой .

После анодирования для герметизации используются следующие четыре процесса:

(1) Герметизация в кипящей воде в кипящей чистой воде (pH = 6,5 ~ 7), герметизация в течение 10 минут;

(2) Неправильное солевое блокирование, 30 г / л фторколиевой кислоты калия (pH = 4,5 ~ 4,6) при комнатной температуре, блокирование в течение 10 минут;

(3) Блокирование неправильной солью, 30 / л фторколиевой кислоты калия (pH = 5,0 ~ 5,1) при температуре среды 60 ℃, блокирование в течение 10 минут;

(4) Герметизация HB, 6 г / л HB (pH = 5,5 ~ 6) при 60 ~ 65 ℃, герметизация в течение 10 минут

3. эффект

Анодирование используется, чтобы избежать острых углов или заусенцев после нарезания резьбы. Он также используется в качестве диэлектрика емкости с электролитом. Анодный слой чаще всего используется для защиты алюминиевых сплавов. Есть также другие, такие как титан, цинк, магний, ниобий, цирконий, гафний и тантал. . В растворе нейтрального или щелочного электролита железо и углеродистая сталь отслаиваются. Хлопья представляют собой гидроксид железа или ржавчину, состоящую из поверхности анодной полости и катода, в которых отсутствует кислород, и полости собираются, как серная кислота. Анионы, такие как соль и хлорид, ускоряют ржавление основного металла. Углеродные чешуйки или углеродные блоки внутри железного блока, такого как высокоуглеродистая сталь или чугун, будут взаимодействовать с поверхностным покрытием или слоем гальваники. Железосодержащие металлы обычно помещают в раствор азотной кислоты для анодирования или дымящую азотную кислоту используют для образования слоя твердого черного оксида железа.

4. метод обработки

Предварительная обработка поверхности

При предварительной обработке поверхности алюминиевого сплава основной целью является удаление масла и загрязнений с поверхности, чтобы обеспечить чистоту поверхности, а также чтобы состояние образца соответствовало требованиям. Во-первых, в соответствии с требованием 1: 1 используйте абсолютный этанол и деионизированную воду для достижения соответствующей конфигурации очищающего раствора; во-вторых, поместите вырезанный образец непосредственно в стакан с чистящим раствором и поместите его внутрь ультразвукового очистителя, очистите в течение 5 минут; после завершения очистки протрите его фильтровальной бумагой, а затем выберите наждачную бумагу 240 #, 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # для полировки; В-третьих, очистите образец в дистиллированной воде, затем поместите его в стакан (с раствором ацетона), очистите его в стиральной машине в течение 10 минут, затем выньте образец и высушите его.

Подготовка анодно-оксидной пленки

Добавьте образец непосредственно в устройство для анодирования (предварительная обработка), выберите раствор серной кислоты 100 г / л, установите напряжение окисления на 8, 10, 12, 14, 16 В и, наконец, получите соответствующий образец для подготовки к последующему анализу.

Обработка уплотнений

Добавьте необходимое количество деионизированной воды в химический стакан, а затем поместите его в водяную баню для непосредственного нагрева и кипячения и, наконец, поместите образец в деионизированную воду для герметизации, а затем потребуйте выдержку в течение 20 минут. Выньте образец, промойте деионизированной водой и подождите, пока он высохнет на воздухе.

Тестирование производительности

В тесте производительности на этот раз выбраны два аспекта: во-первых, металлографическое наблюдение. Если вы решите использовать металлургический микроскоп, вы можете анализировать и наблюдать за анодированной пленкой и областью, на которой нет покрытия. Во-вторых, толщина оксидной пленки и точечные эксперименты. В основном это измерение толщины оксидной пленки и анализ точечного эксперимента.

5. эксперимент

Экспериментальный материал и его предварительная обработка. Экспериментальный материал представляет собой образец алюминиевого сплава 5052, его химический состав показан в таблице ниже.

Перед экспериментом отполируйте наждачной бумагой зернистостью 1200, чтобы удалить оксидную пленку, которая естественным образом образуется на поверхности образца при воздействии воздуха, а затем погрузите его в щелочной раствор примерно на 10 минут. После обезжиривания проводят травление, при этом масляная, пыль и оксидная пленка на поверхности образца полностью удаляются травящим действием кислоты. Состояние поверхности образца после травления соответствует требованиям, а анодирование щавелевой кислотой и анодирование хромовой кислотой можно проводить после очистки и сушки. Следующая таблица показывает состав и технологические условия обезжиривающих и травильных растворов.

Анодирование щавелевой кислотой и анодирование хромовой кислотой

Используя источник питания для анодирования постоянного тока, обработанный 5052 алюминиевый сплав образец помещается в электролит в качестве анода, и оксидная пленка формируется на поверхности образца по принципу электролиза после подачи питания. Состав электролита и условия процесса анодирования щавелевой кислотой: щавелевая кислота 50 г / л, напряжение 45 В, плотность тока 1,4 А / дм2, температура электролита 25 ℃, время 55 мин.

Состав электролита и условия процесса анодирования хромовой кислоты: хромовая кислота 40 г / л, напряжение 40 В, плотность тока 0,75 А / дм2, температура электролита 35 ° C, время 55 мин.

Определение морфологии и эксплуатационные испытания пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты

Морфология пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты была охарактеризована с помощью растрового электронного микроскопа Hitachi S-4800. Шероховатость поверхности пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты измеряли измерителем шероховатости SJ-210. Были взяты четыре позиции и соответственно записаны результаты измерений. Используйте электрохимическую рабочую станцию ​​Princeton PARSTAT2273 для проверки кривых поляризации и спектров импеданса пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты. Электродная система представляет собой трехэлектродную систему: платиновый электрод является вспомогательным электродом, а насыщенный каломельный электрод является электродом сравнения. Образец пленки анодного оксида щавелевой кислоты и образец пленки анодного оксида хромовой кислоты использовали в качестве рабочих электродов, и оба они были испытаны в растворе хлорида натрия (3,5 мас.%). Скорость сканирования теста поляризационной кривой составляет 0,5 мВ / с, а тест спектра импеданса сканирует от 105 Гц в области высоких частот до 10-2 Гц в области низких частот.

Толщина пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты

Толщина анодной оксидной пленки относится к расстоянию от внешней поверхности анодной оксидной пленки до внутренней поверхности (то есть границы раздела между анодной оксидной пленкой и подложкой). Толщина оказывает большое влияние на характеристики анодной оксидной пленки (такие как коррозионная стойкость, сопротивление изгибу и т. Д.).

Морфология пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты. Пленка анодного оксида в основном играет декоративный и защитный эффект на алюминиевый сплав, поэтому морфологическое качество пленки анодного оксида особенно важно. Вообще говоря, качество топографии анодированной пленки в основном включает в себя цвет, шероховатость поверхности и дефекты поверхности. Появление пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты наблюдали невооруженным глазом. Первый был светло-серым, а второй - серебристо-белым. Две пленки анодного оксида не имели поверхностных дефектов на макроуровне.

Коррозионная стойкость пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты

На следующем рисунке показаны поляризационные кривые образца алюминиевого сплава 5052, пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты. Из рисунка ниже видно, что потенциалы коррозии пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты составляют -412,6 мВ и -645,7 мВ, соответственно, что выше, чем потенциал коррозии образца алюминиевого сплава 5052. (-750,4 мВ). Для подгонки поляризационной кривой использовался метод экстраполяции кривой Тафеля. Кроме того, плотности тока коррозии пленки анодного оксида щавелевой кислоты и пленки анодного оксида хромовой кислоты составляли 1,31 × 10-5 А / см2, 1,70 × 10-5 А / см2 По сравнению с образцом из алюминиевого сплава 5052 плотность тока коррозии значительно увеличилась. ниже. Плотность тока коррозии теоретически может характеризовать скорость коррозии испытуемого материала, и между ними существует соотношение преобразования. Вообще говоря, чем меньше плотность тока коррозии, тем медленнее коррозия испытываемого материала. Следовательно, порядок коррозионной стойкости следующий: пленка анодного оксида щавелевой кислоты> пленка анодного оксида хромовой кислоты> образец алюминиевого сплава 5052.