Анодирование алюминия заключается в помещении заготовок из алюминия или его сплавов в подходящий электролит, где алюминий служит анодом, а другой металл — катодом. Под действием электрического тока на поверхности алюминия образуется оксидная пленка.
Подбирая различные типы и концентрации электролитов, а также контролируя условия процесса окисления, можно получать анодированные оксидные плёнки с различными свойствами и толщиной от десятков до сотен микрометров. Эти плёнки обладают значительно более высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и декоративными свойствами по сравнению с химическими оксидными плёнками.
Электролит, используемый для анодирования алюминия и его сплавов, представляет собой кислый раствор с умеренной растворяющей способностью. В процессе анодирования одновременно происходят две реакции. С одной стороны, алюминиевая заготовка, выступающая в качестве анода, реагирует с атомами кислорода, образующимися при гидролизе воды, образуя оксидную пленку (Al₂O₃ ) посредством электрохимической реакции, как показано ниже:
H₂O – 2e⁻ → [O] + 2H⁺
2Al + 3[O] → Al 2 O 3
С другой стороны, электролит непрерывно растворяет вновь образованную пленку Al₂O₃ в результате реакции:
Al 2 O 3 + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2 O
Рост оксидной пленки представляет собой динамический процесс непрерывного образования и растворения. Более толстая оксидная пленка достигается только тогда, когда скорость образования превышает скорость растворения. Поверхность анодированной оксидной пленки на алюминии и его сплавах характеризуется пористой, сотообразной структурой с двухслойным составом. Внутренний слой, прилегающий к подложке, представляет собой плотную пленку Al₂O₃ толщиной 0.01–0.05 мкм, обычно называемую барьерным слоем, которая обладает высокой твердостью. Внешний слой представляет собой пористую оксидную пленку, состоящую из Al₂O₃ с кристаллической водой , которая менее тверда , но обладает превосходными адсорбционными свойствами.
Свойства пленок анодированного алюминия
Микропоры в пористой анодированной оксидной плёнке расположены регулярно, перпендикулярно поверхности металла, образуя трубчатую структуру. Например, в анодированной серной кислотой оксидной плёнке толщиной 10 мкм диаметр пор обычно составляет менее 20 нм, что означает, что длина пор более чем в 500 раз превышает их диаметр. Эти поры напоминают вытянутые прямые трубки. Плотность пор может достигать 76 миллиардов пор на квадратный сантиметр — количество пор на площади размером с ноготь большого пальца примерно в десять раз превышает численность населения Земли.
Пористую структуру и морфологию анодированных оксидных пленок обычно наблюдают непосредственно с помощью сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения, которая позволяет увидеть характеристики пленки с разных ракурсов.
Алюминиевый анодирующий процесс
Типичный процесс анодирования алюминия и алюминиевых сплавов включает следующие этапы:
Выравнивание поверхности → Выравнивание → Химическое обезжиривание → Ополаскивание → Нейтрализация → Ополаскивание → Щелочное травление → Ополаскивание → Анодирование → Ополаскивание → Окрашивание или электролитическое окрашивание → Ополаскивание → Герметизация → Механическая полировка → Инспекция
Это стандартный процесс, но отдельные этапы могут быть скорректированы или пропущены в зависимости от требований и используемого метода анодирования.
Таблица: Основные параметры анодирования серной кислотой
| Шаг | Разработка | Состав раствора | Параметры процесса |
| 1 | обезжиривание | 2% Na3PO4 1% Na2CO3 0.5% NaOH | Температура: 45–60 ° C Время: 3–5 мин. |
| 2 | Ополаскивание горячей водой | Водопроводная вода | Температура: 40–60 ° C Время: до полного очищения |
| 3 | Щелочное травление | 40–50 г/л NaOH | Температура: Комнатная температура Время: 1–5 мин. |
| 4 | Промывание холодной водой | Водопроводная вода | Температура: Комнатная температура Время: до полного очищения |
| 5 | Нейтрализация | 10–30% HNO3 | Температура: Комнатная температура Время: 3–8 мин. |
| 6 | Уплотнение | Чистая вода | Температура: ≥ 90°C Время: > 20 мин рН: 4–6 |
Таблица: Технические характеристики последующей обработки при химическом окислении
| Разработка | Состав раствора (г/л) | Параметры процесса | Замечания |
| Пломбирование | Дихромат калия: 30–50 | 90-95 ° C 5 – 10 мин | Для кислотного окисления |
| Пассивация | Хромат калия: 20 | Комнатная температура 5–15 с | Для щелочного окисления |
Герметизация для алюминиевых анодированных пленок
Из-за пористой структуры и сильных адсорбционных свойств анодированных оксидных пленок поверхность подвержена загрязнению, особенно агрессивными средами, которые могут проникнуть в поры и вызвать коррозию. Поэтому после формирования анодированной оксидной пленки, независимо от того, окрашена она или нет, необходима герметизация для закрытия пор, что повышает коррозионную стойкость, изоляционные свойства и износостойкость, а также снижает адсорбцию загрязнений и масел. Распространенные методы герметизации включают герметизацию горячей водой, герметизацию паром, герметизацию дихроматом, герметизацию гидролизом и герметизацию заполнением.
Начните производство от создания прототипа до масштабирования
- Надежная и своевременная доставка по всему миру
- Доступно несколько сертификатов
- Полная проверка перед каждой отправкой
(1) Герметизация горячей водой
Герметизация горячей водой включает обработку свежеобразованной анодированной оксидной пленки в кипящей или почти кипящей воде в течение определенного времени. Это деактивирует пленку, предотвращая дальнейшую адсорбцию красителя и стабилизируя нанесенный цвет. Принцип основан на гидратации аморфного Al₂O₃.
Al 2 O 3 + nH 2 O → Al 2 O 3 · nH 2 O
Здесь n обычно равно 1 или 3. При гидратации Al₂O₃ с образованием моногидрата (Al₂O₃ · H₂O ) его объем увеличивается примерно на 33%. Для тригидрата (Al₂O₃ · 3H₂O ) объем почти удваивается. Эта гидратация приводит к закрытию пор , поскольку объем Al₂O₃ на поверхности и стенках пор увеличивается.
Процесс герметизации горячей водой
- Температура воды: 90–110°C
- Значение pH: 6–7.5
- Время: 15–30 мин.
Используемая вода должна быть дистиллированной или деионизированной, так как водопроводная вода может снизить прозрачность и блеск оксидной пленки.
(2) Высокотемпературная герметизация паром
Высокотемпературная герметизация паром работает по тому же принципу гидратации, что и герметизация горячей водой, вызывая закрытие пористой пленки за счёт расширения объёма. Преимущества герметизации включают:
- Более быстрая герметизация и более высокая эффективность по сравнению с герметизацией горячей водой.
- Меньшая зависимость от качества воды и pH.
- Уменьшено образование белого пепла — распространенной проблемы при герметизации горячей водой.
- Меньший риск вымывания или выцветания красителя, что делает его пригодным для окрашенных анодированных оксидных пленок.
Ключ к успеху в пароуплотнении лежит в конструкции оборудования и обеспечении герметичности для обеспечения необходимой температуры и влажности. Температура должна превышать 100 °C, обычно 115–120 °C, при этом давление пара должно поддерживаться на уровне 0.7–1 атм (1 атм = 10⁵ Па). Необходимо избегать конденсации на поверхности. Согласно химической кинетике, повышение температуры на 10 °C может увеличить скорость реакции примерно на 30%. Однако быстрый нагрев (в идеале в течение 5 минут) и хорошая изоляция имеют решающее значение, требуя сложного оборудования. Высокая стоимость строительства и эксплуатации систем пароуплотнения ограничивает их широкое применение.
(3) Дихроматная герметизация
Герметизация дихроматом проводится в сильно окисляющем растворе дихромата калия при повышенных температурах. Реакция между Al₂O₃ на стенках пор и дихроматом калия ( K₂Cr₂O₇ ) протекает следующим образом :
2Al 2 O 3 + 3K 2 Cr 2 O 7 + 5H 2 O → 2AlOHCrO 4 + 2AlOHCr 2 O 7 + 6KOH
Полученные основной хромат алюминия, основной дихромат алюминия и гидратированный оксид алюминия совместно запечатывают микропоры. Процесс протекает следующим образом:
| Герметизирующее решение | Дихромат калия | 50–70 г / л |
| Параметры процесса | Температура | 90-95 ° С |
| Дата | 15 – 25 мин | |
| значение рН | 6-7 |
Обработанная оксидная пленка имеет желтый цвет и обеспечивает отличную коррозионную стойкость, что делает ее пригодной для защитного анодирования, но не для декоративных окрашенных пленок.
(4) Гидролизная герметизация
Гидролизная герметизация широко применяется в Китае, особенно для герметизации окрашенных оксидных плёнок, поскольку она позволяет избежать многих недостатков герметизации горячей водой. Процесс включает адсорбцию легко гидролизуемых солей кобальта или никеля в поры оксидной плёнки, где они подвергаются гидролизу с образованием осадков гидроксидов, которые герметизируют поры:
Ni 2 + 2H2O → Ni(OH) 2 ↓ + 2H +
Co 2 + 2H 2 O → Co(OH) 2 ↓ + 2H +
Получающиеся в результате гидроксиды никеля и кобальта, практически бесцветные и прозрачные, запечатывают поры, не влияя на исходный цвет пленки, что делает этот метод идеальным для окрашенных пленок.
(5) Заполнение и герметизация
Помимо вышеперечисленных методов, анодированные оксидные плёнки можно герметизировать органическими материалами, такими как прозрачный лак, расплавленный парафин, смолы или высыхающие масла. Например, силиконовое масло может улучшить изоляцию твёрдых анодированных оксидных плёнок, силиконовая смазка может создавать поверхности, не подверженные образованию пыли, а жирные кислоты или высокотемпературные смазки могут использоваться в инфракрасных отражателях для предотвращения потерь на поглощение в диапазоне длин волн 4–6 мкм. Для специальных применений разработаны различные органические герметики.
