Introduktion
Anodoxidation är en elektrokemisk oxidationsprocess för metaller eller legeringar, som vanligtvis involverar användningen av en metall- eller legeringsartikel som anod i en elektrolytlösning för att bilda en oxidfilm, och därigenom förändra metallens yttillstånd och egenskaper. Denna teknik tillämpas främst på ytbehandling av aluminium, magnesium, titan och deras legeringar, vilket förbättrar korrosionsbeständigheten, slitstyrkan och estetiken. Dessutom kan den användas för beredning av elektrodmaterial, halvledarenheter och solceller, bland annat.
Klassificering
Anodisk oxidation, en vanlig metallytbehandlingsteknik, används ofta för skydd och dekoration av aluminiumlegeringar och magnesiumlegeringar. Baserat på olika klassificeringskriterier kan anodoxidation delas in i flera kategorier:
- Efter strömtyp: Likströms anodisk oxidation, växelström anodisk oxidation, pulsström anodisk oxidation.
- Genom elektrolyt: Svavelsyra, oxalsyra, kromsyra, blandad syra och sulfonsyrabaserad naturlig färgning anodisk oxidation.
- Efter filmskiktsegenskaper: Normal film, hårdfilm (tjockfilm), keramisk film, ljust dekorativt skikt, halvledarverkan etc. Bland dem är den vanligaste anodoxidationen likström, som kan bilda en enhetlig och tät oxidfilm på aluminiumytan, vilket förbättrar korrosionsbeständigheten och slitstyrkan.
Bildningsmekanism för oxidfilm
Bildningsmekanismen för oxidfilmen involverar huvudsakligen följande steg:
1. Anodreaktion: Aluminium- eller legeringsprodukter används som anod i elektrolytlösningen, där elektrolys bildar en oxidfilm på ytan, där anoden frigör syre (inklusive molekylärt syre, atomärt syre och joniskt syre), vanligtvis representerat som O2. Aluminiumet som tjänar som anod oxideras av det syre som frigörs och bildar en hydratiserad 氧化铝-film.
2. Oxidfilmbildning och upplösning: Bildningen och upplösningen av oxidfilmen sker samtidigt. I de tidiga stadierna är filmbildningshastigheten högre än upplösningshastigheten, vilket leder till en kontinuerlig förtjockning av filmen. När tjockleken ökar, växer motståndet, vilket saktar ner filmbildningshastigheten tills den är lika med upplösningshastigheten, vid vilken tidpunkt filmen når en viss tjocklek.
3. Elektrolytens roll: Syran (som svavelsyra) i elektrolytlösningen verkar för att lösa upp oxidfilmen. Bildnings- och upplösningsreaktionerna av filmen fortsätter på obestämd tid tills den når ett balanserat tillstånd.
4. Andra faktorer: Filmens tjocklek och kvalitet påverkas av faktorer som strömtäthet, spänning, temperatur och tid. Olika processer kan leda till skillnader i tjocklek, struktur och egenskaper hos oxidfilmen. Det är viktigt att notera att bildningsprocessen av oxidfilmen är en komplex kemisk process, och forskning om dess specifika mekanismer pågår.
Process flöde
1. Avfettning: Tar bort fett och smuts från ytan, vilket säkerställer kvaliteten på oxidfilmen.
2. Alkali-etsning: Tar ytterligare bort orenheter från ytan, vilket gör den mikroskopiskt grov, vilket förbättrar vidhäftningen av oxidfilmen.
3. Polering: Tar bort smuts på ytan, vilket gör underlagets yta slätare.
4. Anodoxidation: Bildar en oxidfilm på underlaget som ger skydd och dekoration.
5. Tätning: Tätar porerna i oxidfilmen, vilket förbättrar dess korrosionsbeständighet och slitstyrka.
Påverkande faktorer
Följande faktorer påverkar resultatet av anodisk oxidation:
1. Elektrolyt:
- Typ: Olika elektrolyter ger olika oxidfilmegenskaper, såsom högre hårdhet med svavelsyraelektrolyt.
- Koncentration: Påverkar tillväxthastigheten och kvaliteten på oxidfilmen.
2. Spänning:
- Magnitude: Bestämmer tillväxthastigheten och tjockleken på oxidfilmen; för hög eller för låg spänning kan resultera i ojämna filmer eller filmer av dålig kvalitet.
3. Tid:
- Varaktighet: Påverkar tjockleken på oxidfilmen; längre tid kan leda till tjockare filmer, men för lång tid kan minska filmens prestanda. Dessa faktorer är relaterade till varandra och kräver noggrann kontroll för att uppnå de önskade anodiska oxidationseffekterna.
Färg på anodisk oxidfilm
Färgen på den anodiska oxidfilmen kan påverkas av:
1. Naturlig färg: Under specifika elektrolyt- och processförhållanden kan själva oxidfilmen uppvisa en viss färg.
Elektrolytisk färgning: Produkten efter anodisk oxidation placeras i en elektrolyt som innehåller metallsalter för elektrolys, vilket låter metalljoner komma in i mikroporerna i oxidfilmen och få den att ändra färg.
Kemisk färgning: Organiska eller oorganiska färgämnen används för att färga oxidfilmen, vilket ger den en specifik färg.
Interferensfärgning: Detta använder principen om ljusinterferens för att producera färg i oxidfilmen.
Vanligtvis används naturligt åldrande och kemisk färgning för att få specifika färger.
Tjocklek på anodisk oxidfilm
Tjockleken på anodoxider faller vanligtvis i följande kategorier:
1. Tunn oxidfilm: Vanligtvis mindre än 5 mikrometer tjock.
2. Medeltjock oxidfilm: Spänner från 5 till 25 mikrometer tjock.
3. Tjock oxidfilm: Mer än 25 mikrometer tjock.
I praktiska tillämpningar väljs tjockleken på oxidfilmen utifrån specifika krav och produktbehov.
För att få olika tjocklekar på anodoxidfilmer kan följande metoder användas för att justera:
1. Justera oxidationstiden: Förlängning av oxidationstiden gör att oxidfilmen gradvis tjocknar.
2. Ändra strömtätheten: Korrekt ökning eller minskning av strömtätheten kommer att påverka tillväxthastigheten och tjockleken på oxidfilmen.
3. Kontrollera elektrolytens temperatur: Temperaturförändringar påverkar reaktionshastigheten och därmed oxidfilmens tjocklek.
4. Ändra elektrolytformeln: Olika elektrolytformler kan leda till olika tillväxthastigheter för oxidfilm.
Tjocklekstestning av anodisk oxidfilm
Testmetoder inkluderar:
1. Visuell inspektion: Att observera filmens färg, enhetlighet och defekter visuellt.
2. Tjockleksmätning: Använd en tjockleksmätare för att mäta filmens tjocklek.
3. Mikrohårdhetstest: Fastställande av filmens hårdhet.
4. Korrosionsbeständighetstest: Bedömning av filmens korrosionsbeständighet genom nedsänkningstest, saltspraytest, etc.
Standarder:
1. GB/T 5237.2-2017 "Aluminium and Aluminum Alloy Building Profiles - Part 2: Anodized Profiles": Denna standard ställer krav och testmetoder för anodiserade profiler.
2. ISO 520854 "Aluminium och aluminiumlegeringar anodisk oxidfilm": Internationella standarder avser prestanda hos anodisk oxidfilm.
Framtidsutsikter för anodisk oxidation
1. Brett användningsområde: Anodisk oxidationsteknik används i stor utsträckning inom många områden som flyg-, bil-, elektronik, konstruktion, etc. Med utvecklingen av dessa industrier kommer efterfrågan på anodoxidationsprodukter att fortsätta att öka.
2. Prestandafördelar: Anodiska oxidfilmer har utmärkt korrosionsbeständighet, slitstyrka och dekorativa egenskaper, vilket uppfyller prestandakraven för olika produkter.
3. Tekniska framsteg: Med kontinuerlig innovation och förbättring av tekniken kommer anodiska oxidationsprocesser att bli mer effektiva och miljövänliga, vilket ytterligare utökar deras användningsområde.
4. Grön miljötrend: Miljövänlig ytbehandlingsteknik värderas allt mer, och som en miljövänlig process kommer anodoxidation bättre att möta marknadens behov.