Nhôm Anodized là một loại xử lý điện phân thụ động được sử dụng để tăng độ dày của lớp oxit trên bề mặt của các bộ phận kim loại. Nói chung, cấu hình hợp kim nhôm dễ bị oxy hóa. Mặc dù lớp oxit có tác dụng thụ động nhất định, nhưng lớp oxit sẽ bị bong ra do tiếp xúc lâu dài. Mất lớp bảo vệ nên quá trình oxy hóa anốt là lợi dụng đặc điểm dễ oxy hóa của nó để điều khiển sự hình thành các lớp oxit bằng phương pháp điện hóa nhằm ngăn chặn quá trình oxy hóa nhôm tiếp tục và tăng cơ tính cho bề mặt của nó. Một mục đích khác là sử dụng các phản ứng hóa học khác nhau. Nó tạo ra nhiều màu sắc khác nhau để tăng vẻ đẹp và được sử dụng rộng rãi trong da máy bay, vũ khí quân sự, cuộn giấy máy photocopy, rèm cửa nhôm cho các tòa nhà, cửa nhôm và cửa sổ, v.v. Hợp kim nhôm anodized có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn, tăng màu oxy hóa và cải thiện độ bám dính . Nhưng nó không thể làm tăng độ bền của nhôm. Ngoài ra, lớp ôxit anốt không dẫn điện.

1. Môn lịch sử

Nguồn gốc của cái tên

Nguồn gốc của tên gọi anodizing là các bộ phận kim loại được đặt trên cực dương trong mạch điện tử. Anodizing làm cho các bộ phận kim loại ít bị ăn mòn và mài mòn hơn, và làm cho lớp sơn lót bám vào các bộ phận hoàn toàn hơn. Anodizing cung cấp nhiều hiệu ứng sửa đổi bề mặt. Chẳng hạn như mạ trên bề mặt dày và xốp để thuốc nhuộm dễ thấm hơn, hoặc phủ một lớp trong suốt mỏng hơn để tăng phản xạ ánh sáng

Ứng dụng công nghiệp quy mô lớn đầu tiên của quá trình ôxy hóa anốt là vào năm 1923. Mục đích là để ngăn thủy phi cơ làm bằng Duralumin không bị ôxy hóa và ăn mòn. Quy trình ban đầu sử dụng axit cromic làm chất điện phân được gọi là quy trình Bengough-Stuart, và quy trình này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.

Năm 1927, quá trình oxy hóa anốt điện phân axit cromic đã được Gower và O'Brien sửa đổi thành chất điện phân axit sunfuric và được đăng ký bằng sáng chế. Cho đến nay, điện phân axit sunfuric là phương pháp oxy hóa anốt phổ biến nhất [3].

Quy trình anot hóa axit oxalic đã được đăng ký bằng sáng chế tại Nhật Bản vào năm 1923, và quy trình này được sử dụng rộng rãi ở Đức sau đó, đặc biệt là trong ngành xây dựng của Đức. Sơn tĩnh điện nhôm định hình đã từng là vật liệu xây dựng rất phổ biến trong những năm 1960 và 1970, nhưng chúng nhanh chóng bị thay thế bởi nhựa rẻ hơn và quy trình sơn tĩnh điện

Sự phát triển mới nhất trong quá trình anodizing là quá trình dựa trên axit photphoric. Cho đến nay (2020), quy trình này chỉ được sử dụng để xử lý sơ bộ chất kết dính hoặc lớp phủ hữu cơ. Các quy trình anốt hóa mới khác nhau đang được phát triển liên tục, vì vậy xu hướng trong tương lai là phân loại các quy trình anốt hóa dựa trên các đặc tính của lớp phủ tiêu chuẩn công nghiệp và quân sự, thay vì phản ứng hóa học của quy trình

2. quy trình xử lý

Tẩy dầu mỡ bằng hóa chất (Na3 PO4 60g / L, Na2CO3 40g / L, 40 ℃, 3 phút) -> rửa 1> ăn mòn kiềm (NaOH, 40g / L, 3 phút) -> rửa 1> Idemitsu (HNO3 40g / L, 15 giây ) - Nước rửa-khử ion-nước rửa-ô-xy hoá (180g / L H2SO4, mật độ dòng điện 1,4A / dm2, thời gian ô-xy hoá 30 phút, nhiệt độ 18 ~ 22 ℃)-rửa-nước-niêm phong (10 phút) → rửa nước → thổi khô .

Sau khi anốt hóa, bốn quy trình sau được sử dụng để niêm phong:

(1) Làm kín nước sôi, trong nước tinh khiết đang sôi (pH = 6,5 ~ 7), niêm phong trong 10 phút;

(2) Chặn muối sai, axit kali fluorocolic 30g / L (pH = 4,5 ~ 4,6) ở nhiệt độ phòng, ngăn chặn trong 10 phút;

(3) Chặn bằng muối sai, axit flohidric kali 30 / L (pH = 5,0 ~ 5,1) ở nhiệt độ trung bình 60 ℃, chặn trong 10 phút;

(4) Niêm phong HB, 6g / L HB (pH = 5,5 ~ 6) ở 60 ~ 65 ℃, niêm phong trong 10 phút

3. ảnh hưởng

Anodizing được sử dụng để tránh các góc nhọn hoặc gờ sau khi ren vít. Nó cũng được sử dụng làm chất điện môi của thùng chứa chất điện phân. Lớp cực dương được sử dụng phổ biến nhất để bảo vệ các hợp kim nhôm. Ngoài ra còn có những chất khác như titan, kẽm, magiê, niobi, zirconium, hafnium và tantali. . Sắt và thép cacbon sẽ bong ra trong dung dịch điện phân trung tính hoặc kiềm. Các vảy này là sắt hydroxit hay còn gọi là rỉ sét, bao gồm bề mặt của hốc anot và catot thiếu oxy, và các hốc tụ lại giống như axit sulfuric. Các anion như muối và clorua đẩy nhanh tốc độ gỉ của kim loại bên dưới. Các mảnh cacbon hoặc khối cacbon bên trong khối sắt, chẳng hạn như thép cacbon cao hoặc gang, sẽ tương tác với lớp phủ bề mặt hoặc lớp mạ điện. Các kim loại chứa sắt thường được cho vào dung dịch axit nitric để anốt hóa, hoặc axit nitric bốc khói được sử dụng để tạo thành một lớp oxit sắt đen cứng.

4. phương pháp xử lý

Tiền xử lý bề mặt

Trong quá trình tiền xử lý bề mặt hợp kim nhôm, mục đích chính là loại bỏ dầu và tạp chất trên bề mặt, để đảm bảo độ sạch của bề mặt, đồng thời làm cho trạng thái của mẫu đạt yêu cầu. Đầu tiên, theo yêu cầu 1: 1, sử dụng etanol và nước khử ion tuyệt đối để đạt được cấu hình tương ứng của dung dịch làm sạch; thứ hai, đặt trực tiếp mẫu đã cắt vào cốc có dung dịch làm sạch và đặt Chuyên dụng vào bên trong của chất tẩy rửa siêu âm, làm sạch nó trong 5 phút; sau khi làm sạch xong, lau sạch bằng giấy lọc, sau đó chọn sử dụng giấy nhám 240 #, 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # để đánh bóng; Thứ ba, làm sạch mẫu trong nước cất, sau đó cho vào cốc (có dung dịch axeton), rửa sạch trong máy rửa 10 phút, sau đó lấy mẫu ra và làm khô trực tiếp.

Chuẩn bị màng oxit anốt

Cho trực tiếp mẫu vào thiết bị anot hóa (xử lý sơ bộ), chọn dung dịch axit sunfuric 100g / L, đặt điện thế oxy hóa là 8, 10, 12, 14, 16V, cuối cùng thu được mẫu tương ứng để chuẩn bị cho các phân tích tiếp theo.

Điều trị niêm phong

Thêm một lượng nước khử ion thích hợp vào cốc, sau đó cho vào nồi cách thủy để đun và đun sôi trực tiếp, cuối cùng cho mẫu vào nước đã khử ion để xử lý niêm phong, sau đó yêu cầu xử lý đứng trong 20 phút. Lấy mẫu ra, rửa sạch bằng nước khử ion và đợi cho khô trong không khí.

Kiểm tra năng suất

Trong bài kiểm tra hiệu suất, hai khía cạnh được lựa chọn lần này: thứ nhất, quan sát kim loại học. Nếu bạn chọn sử dụng kính hiển vi luyện kim, bạn có thể phân tích và quan sát phim được anốt hóa và khu vực không được tráng. Thứ hai, độ dày màng oxit và thí nghiệm tại chỗ. Chủ yếu là đo độ dày của màng oxit và phân tích thí nghiệm tại chỗ.

5. kinh nghiệm

Vật liệu thí nghiệm và tiền xử lý Vật liệu thí nghiệm là một mẫu hợp kim nhôm 5052, và thành phần hóa học của nó được thể hiện trong biểu đồ bên dưới.

Trước khi thí nghiệm, đánh bóng bằng giấy nhám 1200 grit để loại bỏ màng oxit hình thành tự nhiên trên bề mặt mẫu khi tiếp xúc với không khí, sau đó ngâm trong dung dịch kiềm khoảng 10 phút. Sau khi tẩy dầu mỡ, tiến hành tẩy rửa, và dầu, bụi và màng oxit trên bề mặt của mẫu được loại bỏ hoàn toàn nhờ tác dụng ăn mòn của axit. Tình trạng bề mặt của mẫu sau khi ngâm đáp ứng các yêu cầu và quá trình anod hóa bằng axit oxalic và axit cromic có thể được thực hiện sau khi làm sạch và làm khô. Biểu đồ sau đây cho thấy thành phần và điều kiện quy trình của các dung dịch tẩy dầu mỡ và tẩy rửa.

Anot hóa axit oxalic và anot hóa axit cromic

Sử dụng nguồn cung cấp năng lượng anodizing DC, được xử lý Hợp kim nhôm 5052 Mẫu được đặt trong bình điện phân làm cực dương, và một lớp màng oxit được hình thành trên bề mặt mẫu dựa trên nguyên tắc điện phân sau khi được cung cấp năng lượng. Thành phần và điều kiện điện phân của quá trình anot hóa axit oxalic là: axit oxalic 50 g / L, điện áp 45V, mật độ dòng điện 1,4A / dm2, nhiệt độ điện phân 25 ℃, thời gian 55 phút.

Thành phần chất điện phân và điều kiện của quá trình anot hóa axit cromic là: axit cromic 40g / L, điện áp 40V, mật độ dòng điện 0,75A / dm2, nhiệt độ điện phân 35 ° C, thời gian 55 phút.

Đặc điểm hình thái và kiểm tra tính năng của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic

Hình thái của màng oxit anốt axit oxalic và màng oxit anốt axit cromic được đặc trưng bởi kính hiển vi điện tử quét Hitachi S-4800. Độ nhám bề mặt của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic được đo bằng máy đo độ nhám SJ-210. Bốn vị trí đã được thực hiện và kết quả đo được ghi lại tương ứng. Sử dụng máy trạm điện hóa Princeton PARSTAT2273 để kiểm tra các đường cong phân cực và phổ trở kháng của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic. Hệ thống điện cực là một hệ thống ba điện cực: điện cực bạch kim là điện cực phụ, và điện cực calomel bão hòa là điện cực so sánh. Mẫu màng oxit anot axit oxalic và mẫu màng oxit anot axit cromic được sử dụng làm điện cực làm việc và cả hai đều được thử nghiệm trong dung dịch natri clorua (3,5 wt.%). Tốc độ quét của phép thử đường cong phân cực là 0,5mV / s, và phép thử phổ trở kháng quét từ 105 Hz ở vùng tần số cao đến 10-2 Hz ở vùng tần số thấp.

Độ dày của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic

Độ dày của màng oxit anốt là khoảng cách từ bề mặt bên ngoài của màng oxit anốt đến bề mặt bên trong (tức là mặt phân cách giữa màng oxit anốt và chất nền). Độ dày có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của màng oxit anốt (chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn, chống uốn, v.v.) Ảnh hưởng.

Hình thái của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic. Màng oxit anốt chủ yếu đóng vai trò trang trí và bảo vệ hợp kim nhôm, vì vậy chất lượng hình thái của màng oxit anốt là đặc biệt quan trọng. Nói chung, chất lượng địa hình của phim anốt hóa chủ yếu bao gồm màu sắc, độ nhám bề mặt và các khuyết tật bề mặt. Sự xuất hiện của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic được quan sát bằng mắt thường. Cái trước có màu xám nhạt và cái sau có màu trắng bạc. Hai màng oxit anốt không có khuyết tật bề mặt ở quy mô vĩ mô.

Khả năng chống ăn mòn của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic

Hình dưới đây cho thấy các đường cong phân cực của mẫu hợp kim nhôm 5052, màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic. Có thể thấy từ hình bên dưới rằng điện thế ăn mòn của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic lần lượt là -412,6 mV và -645,7 mV, cao hơn thế ăn mòn của mẫu hợp kim nhôm 5052 (-750,4 mV). Phương pháp ngoại suy đường cong Tafel được sử dụng để điều chỉnh đường cong phân cực. Ngoài ra, mật độ dòng ăn mòn của màng oxit anot axit oxalic và màng oxit anot axit cromic là 1,31 × 10-5 A / cm2, 1,70 × 10-5A / cm2 So với mẫu hợp kim nhôm 5052, mật độ dòng ăn mòn là đáng kể thấp hơn. Mật độ dòng ăn mòn về mặt lý thuyết có thể đặc trưng cho tốc độ ăn mòn của vật liệu được thử nghiệm và có mối quan hệ chuyển đổi giữa hai yếu tố này. Nói chung, mật độ dòng ăn mòn càng nhỏ thì vật liệu được thử nghiệm ăn mòn càng chậm. Do đó, thứ tự chống ăn mòn là: màng oxit anot axit oxalic> màng oxit anot axit cromic> mẫu hợp kim nhôm 5052.