Zasady anodowania aluminium
Aluminium to stosunkowo aktywny metal o standardowym potencjale -1,66 V. W powietrzu może naturalnie tworzyć warstwę tlenku o grubości około 0,01 do 0,1 mikrona. Ta warstwa tlenku jest bezpostaciowa, cienka i porowata oraz ma słabą odporność na korozję. Jeśli jednak aluminium i jego stopy zostaną umieszczone w odpowiednim elektrolicie, produkt aluminiowy jest używany jako anoda, a pod wpływem zewnętrznego prądu na powierzchni tworzy się warstwa tlenku. Ta metoda nazywa się utlenianiem anodowym.
Dobierając różne rodzaje elektrolitów o różnych stężeniach i kontrolując warunki procesu podczas utleniania, można uzyskać anodowane folie o różnych właściwościach i grubościach od kilkudziesięciu do setek mikronów, a także ich odporność na korozję, odporność na zużycie i właściwości dekoracyjne itp. znacznie ulepszone i ulepszone. Elektrolit używany do anodowania aluminium i jego stopów jest zwykle kwaśnym roztworem o średniej zdolności rozpuszczania, a ołów lub aluminium jest używane jako katoda, która przewodzi tylko prąd. Gdy aluminium i jego stopy ulegają anodowaniu, na anodzie zachodzą następujące reakcje:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Na katodzie zachodzą następujące reakcje:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
W tym samym czasie kwas chemicznie rozpuszcza aluminium i utworzony film tlenkowy, a reakcja jest:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Proces wzrostu filmu tlenkowego jest procesem ciągłego tworzenia i ciągłego rozpuszczania filmu tlenkowego.
Pierwsza sekcja a (odcinek krzywej ab): tworzenie nieporowatej warstwy. W ciągu kilku sekund do kilkudziesięciu sekund na początku elektryzacji na powierzchni aluminium tworzy się gęsta, dobrze izolująca warstwa tlenku o grubości od około 0,01 do 0,1 mikrona, która jest ciągłą, nieporowatą warstwą folii. Jako warstwa nieporowata lub warstwa barierowa, pojawienie się tej folii utrudnia przepływ prądu i dalsze zagęszczanie folii. Grubość nieporowatej warstwy jest wprost proporcjonalna do napięcia formującego i odwrotnie proporcjonalna do szybkości rozpuszczania warstewki tlenkowej w elektrolicie. Dlatego napięcie odcinka ab krzywej wykazuje gwałtowny wzrost od zera do wartości maksymalnej.
Druga sekcja b (sekcja krzywej bc): Tworzenie warstwy porowatej. Wraz z utworzeniem warstwy tlenku rozpoczyna się rozpuszczanie elektrolitu na folii. Ponieważ utworzona warstwa tlenku nie jest jednorodna, otwory zostaną rozpuszczone najpierw w najcieńszej części folii, a elektrolit może dotrzeć do świeżej powierzchni aluminium przez te otwory, reakcja elektrochemiczna może być kontynuowana, opór spada, a napięcie spadek (spadek o 10-15% najwyższej wartości), na membranie pojawia się porowata warstwa.
Trzecia sekcja c (sekcja krzywej cd): zgrubienie warstwy porowatej. Po anodowaniu przez około 20 sekund napięcie wchodzi w względnie stabilny i powolny wzrost. Pokazuje, że podczas gdy nieporowata warstwa jest w sposób ciągły rozpuszczana, tworząc porowatą warstwę, nowa nieporowata warstwa ponownie rośnie. Oznacza to, że szybkość tworzenia i rozpuszczania nieporowatej warstwy w warstwie tlenku jest zasadniczo zrównoważona, więc nieporowata warstwa ma grubość już nie wzrasta, a zmiana napięcia jest niewielka. Jednak w tym czasie tworzenie i rozpuszczanie się warstwy tlenku na dnie otworu nie ustało, nadal trwało, w wyniku czego dno otworu stopniowo przesuwało się do wnętrza metalowej osnowy. W miarę upływu czasu utleniania otwory pogłębiają się, tworząc pory, a warstwa folii z porami stopniowo się pogrubia. Gdy szybkość tworzenia filmu i szybkość rozpuszczania osiągną równowagę dynamiczną, nawet jeśli czas utleniania zostanie wydłużony, grubość warstwy tlenku nie będzie już wzrastać i proces utleniania anodowego powinien zostać w tym momencie zatrzymany. Charakterystykę anodowego utleniania i proces wzrostu warstwy tlenku przedstawiono na poniższym rysunku. Aluminium i jego stopy są anodowane prądem stałym i zmiennym w elektrolicie rozcieńczonym kwasem siarkowym w celu uzyskania bezbarwnej i przezroczystej warstwy tlenku o grubości 5-20 mikronów i dobrej adsorpcji.
Proces anodowania w kwasie siarkowym jest prosty, rozwiązanie jest stabilne, operacja jest wygodna, dopuszczalny zakres zawartości zanieczyszczeń jest szeroki, zużycie energii jest niskie, koszt jest niski i można go prawie zastosować do obróbki aluminium i różne stopy aluminium, dlatego jest szeroko stosowany w Chinach.
Poniższa tabela przedstawia typowy proces utleniania anodowego: wzór i warunki procesu metoda DC
Kwas siarkowy (g / L) 160 ～ 180
Jon glinu Al3+ (g / l)<>
Temperatura (℃) 18 ～ 22
Gęstość prądu anodowego (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Napięcie (V) 16 ～ 20
Czas (min) 20 ～ 40
Mieszanie, sprężone powietrze, cyrkulacja cieczy w zbiorniku
Obszar katody / obszar anody 1,5: 1 Głównymi czynnikami wpływającymi na jakość warstwy tlenku są:
① Stężenie kwasu siarkowego: zwykle 15% do 20%. Wraz ze wzrostem stężenia zwiększa się szybkość rozpuszczania błony i zmniejsza się szybkość wzrostu błony. Folia ma wysoką porowatość, silną adsorpcję, dużą elastyczność i dobrą podatność na barwienie (łatwe do farbowania ciemne kolory), ale twardość i odporność na ścieranie są nieco gorsze; Zmniejsz stężenie kwasu siarkowego, przyspiesza tempo wzrostu warstwy tlenkowej, ma mniej porów, dużą twardość i dobrą odporność na ścieranie.
Dlatego w przypadku stosowania do ochrony, dekoracji i czystej obróbki dekoracji, jako elektrolit stosuje się górną granicę dopuszczalnego stężenia, czyli 20% kwas siarkowy.
② Temperatura elektrolitu: Temperatura elektrolitu ma duży wpływ na jakość warstwy tlenku. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się szybkość rozpuszczania filmu i zmniejsza się jego grubość. Gdy temperatura wynosi 22 ～ 30 ℃, otrzymana folia jest miękka i ma dobrą zdolność adsorpcji, ale odporność na ścieranie jest dość słaba; gdy temperatura jest wyższa niż 30 ℃, folia staje się luźna i nierówna, czasem nawet nieciągła, a twardość jest niska, więc traci swoją wartość użytkową; gdy temperatura wynosi od 10 do 20 ℃, utworzona warstwa tlenku jest porowata, ma dużą zdolność adsorpcji i jest elastyczna, nadaje się do barwienia, ale folia ma niską twardość i słabą odporność na ścieranie;
Temperatura jest niższa niż 10 ℃, grubość warstwy tlenku wzrasta, twardość jest wysoka, odporność na zużycie jest dobra, ale porowatość jest niska. Dlatego temperatura elektrolitu musi być ściśle kontrolowana podczas produkcji. Aby przygotować grubą i twardą warstwę tlenku, należy obniżyć temperaturę pracy. W procesie utleniania stosuje się mieszanie sprężonym powietrzem i stosunkowo niską temperaturę, a utlenianie twarde zwykle przeprowadza się w okolicach zera.
③Gęstość prądu: w pewnym zakresie gęstość prądu wzrasta, zwiększa się szybkość wzrostu filmu, skraca się czas utleniania, powstała folia ma więcej porów, jest łatwa do zabarwienia, a twardość i odporność na zużycie rosną; jeśli gęstość prądu jest zbyt duża, będzie to spowodowane wpływem ciepła Joule'a powoduje przegrzanie powierzchni części i wzrost temperatury lokalnego roztworu, zwiększa się szybkość rozpuszczania folii i istnieje możliwość spalenia części ; jeśli gęstość prądu jest zbyt niska, szybkość wzrostu filmu jest powolna, ale otrzymany film jest gęstszy i twardszy. Zmniejsza się odporność na zużycie.
④ Czas utleniania: Wybór czasu utleniania zależy od stężenia elektrolitu, temperatury, gęstości prądu anodowego i wymaganej grubości warstwy. W tych samych warunkach, gdy gęstość prądu jest stała, szybkość wzrostu filmu jest proporcjonalna do czasu utleniania; ale gdy folia rośnie do określonej grubości, przewodnictwo folii wzrasta ze względu na wzrost rezystancji folii, a szybkość rozpuszczania folii wzrasta ze względu na wzrost temperatury, więc szybkość wzrostu folii będzie się stopniowo zmniejszać i na końcu nie wzrośnie.
⑤ Mieszanie i przesuwanie: może promować konwekcję elektrolitu, wzmacniać efekt chłodzenia, zapewniać jednorodność temperatury roztworu i nie powoduje obniżenia jakości warstwy tlenku z powodu miejscowego nagrzewania metalu.
⑥ Zanieczyszczenia w elektrolicie: Zanieczyszczenia, które mogą występować w elektrolicie używanym do anodowania aluminium to Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+, itp. Wśród nich Clˉ, Fˉ, NO3ˉ zwiększają porowatość membrany, a powierzchnia jest szorstka i luźna. Jeśli jego zawartość przekroczy wartość graniczną, spowoduje nawet korozję i perforację części (Clˉ powinno być mniejsze niż 0,05 g / l, Fˉ powinno być mniejsze niż 0,01 g / l); gdy w elektrolicie
Gdy zawartość Al3+ przekracza określoną wartość, na powierzchni przedmiotu obrabianego często pojawiają się białe plamki lub białe plamki, a wydajność adsorpcji folii jest zmniejszona i trudno ją barwić (Al3+ powinien być mniejszy niż 20g / L); gdy zawartość Cu2+ osiągnie 0,02 g / l, na powierzchni pojawią się ciemne smugi lub czarne plamy; Si2+ często występuje w elektrolicie w stanie zawieszonym, przez co elektrolit jest lekko mętny i zaadsorbowany na membranie w postaci brązowego proszku.
⑦ Skład stopu aluminium: Ogólnie rzecz biorąc, inne pierwiastki w metalicznym aluminium obniżają jakość folii, a otrzymana warstwa tlenku nie jest tak gruba jak czyste aluminium, a twardość jest również niska. Do anodowania stosuje się stopy aluminium o różnym składzie. Uważaj, aby nie zrobić tego w tym samym gnieździe.
