Įvadas
Anodinė oksidacija – tai elektrocheminis metalų arba lydinių oksidacijos procesas, kurio metu kaip anodą elektrolito tirpale naudojamas metalas arba lydinio gaminys, kad susidarytų oksido plėvelė ir taip pakeičiama metalo paviršiaus būsena ir savybės. Ši technika visų pirma taikoma aliuminio, magnio, titano ir jų lydinių paviršiaus apdorojimui, didinant atsparumą korozijai, atsparumą dilimui ir estetiką. Be to, jis gali būti naudojamas ruošiant elektrodų medžiagas, puslaidininkinius įtaisus ir saulės elementus.
klasifikacija
Anodinė oksidacija, įprasta metalo paviršiaus apdorojimo technika, dažnai naudojama aliuminio lydinių ir magnio lydinių apsaugai ir apdailai. Remiantis skirtingais klasifikavimo kriterijais, anodinė oksidacija gali būti suskirstyta į kelias kategorijas:
- Pagal srovės tipą: nuolatinės srovės anodinė oksidacija, kintamos srovės anodinė oksidacija, impulsinės srovės anodinė oksidacija.
- Elektrolitu: sieros rūgštis, oksalo rūgštis, chromo rūgštis, mišri rūgštis ir sulfonrūgšties pagrindu natūralios spalvos anodinė oksidacija.
- Pagal plėvelės sluoksnio savybes: įprasta plėvelė, kieta plėvelė (stora plėvelė), keraminė plėvelė, ryškus dekoratyvinis sluoksnis, puslaidininkinis veiksmas ir kt. Tarp jų dažniausiai naudojama nuolatinės srovės anodinė oksidacija, kuri gali sudaryti vienodą ir tankią oksido plėvelę ant aliuminio paviršiaus, taip pagerinant atsparumą korozijai ir atsparumą dilimui.
Oksido plėvelės susidarymo mechanizmas
Oksido plėvelės susidarymo mechanizmas daugiausia apima šiuos veiksmus:
1. Anodinė reakcija: Aliuminio arba lydinio produktai naudojami kaip anodas elektrolito tirpale, kai elektrolizės metu ant paviršiaus susidaro oksido plėvelė, o anodas išskiria deguonį (įskaitant molekulinį deguonį, atominį deguonį ir joninį deguonį), paprastai vaizduojamas kaip O₂. Aliuminis, naudojamas kaip anodas, yra oksiduojamas išskiriamo deguonies, sudarydamas hidratuotą plėvelę.
2. Oksido plėvelės susidarymas ir tirpimas: oksido plėvelė susidaro ir tirpsta vienu metu. Ankstyvosiose stadijose plėvelės susidarymo greitis yra didesnis nei tirpimo greitis, todėl plėvelė nuolat storėja. Didėjant storiui, atsparumas auga, todėl plėvelės susidarymo greitis sulėtėja, kol jis prilygsta tirpimo greičiui, o tada plėvelė pasiekia tam tikrą storį.
3. Elektrolito vaidmuo: rūgštis (pvz., sieros rūgštis) elektrolito tirpale ištirpdo oksido plėvelę. Plėvelės susidarymo ir tirpimo reakcijos tęsiasi neribotą laiką, kol pasiekia subalansuotą būseną.
4. Kiti veiksniai: plėvelės storį ir kokybę įtakoja tokie veiksniai kaip srovės tankis, įtampa, temperatūra ir laikas. Dėl skirtingų procesų gali skirtis oksido plėvelės storis, struktūra ir savybės. Svarbu pažymėti, kad oksido plėvelės susidarymo procesas yra sudėtingas cheminis procesas, o specifinių jo mechanizmų tyrimai tebevyksta.
Proceso eiga
1. Riebalų šalinimas: pašalina riebalus ir nešvarumus nuo paviršiaus, užtikrina oksido plėvelės kokybę.
2. Šarminis ėsdinimas: toliau pašalina nešvarumus nuo paviršiaus, todėl jis mikroskopiškai šiurkštus, o tai pagerina oksido plėvelės sukibimą.
3. Poliravimas: pašalina paviršiaus nešvarumus, todėl pagrindo paviršius tampa lygesnis.
4. Anodinė oksidacija: ant pagrindo sudaro oksido plėvelę, užtikrinančią apsaugą ir puošybą.
5. Sandarinimas: Užsandarina oksidinės plėvelės poras, pagerina jos atsparumą korozijai ir atsparumą dilimui.
Įtakojantys veiksniai
Anodinės oksidacijos rezultatui įtakos turi šie veiksniai:
1. Elektrolitas:
- Tipas: Skirtingi elektrolitai lemia skirtingas oksido plėvelės savybes, pvz., didesnį kietumą naudojant sieros rūgšties elektrolitą.
- Koncentracija: turi įtakos oksido plėvelės augimo greičiui ir kokybei.
2. Įtampa:
- Didumas: nustato oksido plėvelės augimo greitį ir storį; per didelė arba per žema įtampa gali sukelti nevienodą arba prastos kokybės plėvelę.
3. Laikas:
- Trukmė: Įtakoja oksido plėvelės storį; ilgesnis laikas gali sukelti storesnes plėveles, tačiau per ilgas laikas gali sumažinti plėvelės veikimą. Šie veiksniai yra tarpusavyje susiję ir reikalauja kruopštaus kontrolės, kad būtų pasiektas norimas anodinės oksidacijos poveikis.
Anodinio oksido plėvelės spalva
Anodinio oksido plėvelės spalvą gali įtakoti:
1. Natūrali spalva: tam tikromis elektrolito ir proceso sąlygomis pati oksido plėvelė gali turėti tam tikrą spalvą.
Elektrolitinis dažymas: produktas po anodinės oksidacijos dedamas į elektrolitą, kuriame yra metalų druskų, kad būtų galima atlikti elektrolizę, todėl metalo jonai patenka į oksido plėvelės mikroporas ir keičia spalvą.
Cheminis dažymas: oksido plėvelei dažyti naudojami organiniai arba neorganiniai dažai, suteikiantys jai specifinę spalvą.
Interferencinis dažymas: naudojamas šviesos trukdžių principas, kad oksido plėvelėje būtų gauta spalva.
Paprastai tam tikroms spalvoms gauti dažniausiai naudojamas natūralus senėjimas ir cheminis dažymas.
Anodinio oksido plėvelės storis
Anodinių oksidų storis paprastai skirstomas į šias kategorijas:
1. Plona oksido plėvelė: paprastai mažesnė nei 5 mikrometrai.
2. Vidutinio storio oksido plėvelė: nuo 5 iki 25 mikrometrų storio.
3. Storoji oksido plėvelė: daugiau nei 25 mikrometrų storio.
Praktikoje oksido plėvelės storis parenkamas atsižvelgiant į specifinius reikalavimus ir gaminio poreikius.
Norint gauti įvairaus storio anodinio oksido plėveles, galima pritaikyti šiuos metodus:
1. Sureguliuokite oksidacijos laiką: pailginus oksidacijos laiką, oksido plėvelė palaipsniui sutirštėja.
2. Keisti srovės tankį: Tinkamai padidinus arba sumažinus srovės tankį, turės įtakos oksido plėvelės augimo greičiui ir storiui.
3. Kontroliuokite elektrolito temperatūrą: temperatūros pokyčiai turi įtakos reakcijos greičiui, taigi ir oksido plėvelės storiui.
4. Pakeiskite elektrolito formulę: Skirtingos elektrolitų formulės gali sukelti skirtingą oksido plėvelės augimo greitį.
Anodinio oksido plėvelės storio bandymas
Bandymo metodai apima:
1. Vizuali apžiūra: vizualiai stebime plėvelės spalvą, vienodumą ir defektus.
2. Storio matavimas: naudokite storio matuoklį plėvelės storiui išmatuoti.
3. Mikrokietumo testas: Plėvelės kietumo nustatymas.
4. Atsparumo korozijai bandymas: Plėvelės atsparumo korozijai įvertinimas panardinimo bandymais, druskos purškimo bandymais ir kt.
Standartai:
1. GB/T 5237.{2}} „Aliuminio ir aliuminio lydinių statybiniai profiliai – 2 dalis: anoduoti profiliai“: šis standartas nustato anoduotų profilių reikalavimus ir bandymo metodus.
2. ISO 520854 „Aliuminio ir aliuminio lydinių anodinio oksido plėvelė“: tarptautiniai standartai yra susiję su anodinio oksido plėvelių veikimu.
Anodinės oksidacijos ateities perspektyvos
1. Platus pritaikymo spektras: anodinės oksidacijos technologija plačiai naudojama daugelyje sričių, pavyzdžiui, aviacijos, automobilių, elektronikos, statybos ir kt. Plėtojant šioms pramonės šakoms, anodinės oksidacijos produktų paklausa ir toliau didės.
2. Veikimo pranašumai: Anodinio oksido plėvelės pasižymi puikiu atsparumu korozijai, atsparumu dilimui ir dekoratyvinėmis savybėmis, atitinkančiomis skirtingų gaminių eksploatacinius reikalavimus.
3. Technologinė pažanga: nuolat diegiant naujoves ir tobulinant technologijas, anodinės oksidacijos procesai taps efektyvesni ir ekologiškesni, toliau plečiant jų taikymo sritį.
4. Žalioji aplinkos tendencija: Ekologiškos paviršiaus apdorojimo technologijos vis labiau vertinamos, o kaip aplinkai nekenksmingas procesas, anodinė oksidacija geriau atitiks rinkos poreikius.