Alumínio anodizado é um tipo de tratamento de passivação eletrolítico usado para aumentar a espessura da camada de óxido na superfície das peças metálicas. Geralmente, perfis de ligas de alumínio são facilmente oxidados. Embora a camada de óxido tenha um certo efeito de passivação, a camada de óxido irá descascar como resultado da exposição de longo prazo. Perda de proteção, portanto, a oxidação anódica é aproveitar suas características de fácil oxidação para controlar a formação de camadas de óxido por métodos eletroquímicos para evitar a oxidação posterior do alumínio e aumentar as propriedades mecânicas de sua superfície. Outro propósito é usar diferentes reações químicas. Ele produz várias cores para realçar a beleza e é amplamente utilizado em peles de aeronaves, armas militares, rolos de papel de fotocopiadoras, cortinas de alumínio para edifícios, portas e janelas de alumínio, etc. A liga de alumínio anodizado pode melhorar a resistência à corrosão, aumentar a cor de oxidação e melhorar a adesão . Mas não pode aumentar a resistência do alumínio. Além disso, a camada de óxido anódico não é condutora.

1. História

Origem do nome

A origem do nome de anodização é que as peças de metal são colocadas no ânodo no circuito eletrônico. A anodização torna as peças de metal menos sujeitas à corrosão e ao desgaste e torna o primer mais completamente preso às peças. A anodização fornece uma variedade de efeitos de modificação de superfície. Como o revestimento em uma superfície mais espessa e porosa para tornar o corante mais fácil de absorver, ou uma camada transparente mais fina para aumentar a reflexão da luz

A primeira aplicação industrial em grande escala do processo de oxidação anódica foi em 1923. O objetivo era evitar que o hidroavião feito de duralumínio fosse oxidado e corroído. O processo inicial usando ácido crômico como eletrólito era chamado de processo de Bengough-Stuart, e esse processo ainda está em uso hoje.

Em 1927, o processo de oxidação anódica do eletrólito de ácido crômico foi modificado em eletrólito de ácido sulfúrico por Gower e O'Brien e registrado como uma patente. Até agora, o eletrólito de ácido sulfúrico é o método de oxidação anódica mais comum [3].

O processo de anodização com ácido oxálico foi registrado como uma patente no Japão em 1923, e o processo foi amplamente utilizado na Alemanha posteriormente, especialmente na indústria de construção alemã. Anodizado extrusões de alumínio já foram um material de construção muito popular nas décadas de 1960 e 1970, mas foram rapidamente substituídos por plásticos mais baratos e processos de revestimento em pó

O mais recente desenvolvimento em anodização é o processo à base de ácido fosfórico. Até agora (2020), este processo foi usado apenas para o pré-tratamento de aglutinantes ou revestimentos orgânicos. Vários novos processos de anodização estão sendo desenvolvidos continuamente, então a tendência futura é classificar os processos de anodização com base nas características de revestimento padrão militar e industrial, ao invés de reações químicas do processo

2. Fluxo de processo

Desengraxamento químico (Na3 PO4 60g / L, Na2CO3 40g / L, 40 ℃, 3min) -> lavagem 1> condicionamento alcalino (NaOH, 40g / L, 3min) -> lavagem 1> Idemitsu (HNO3 40g / L, 15s ) - Lavagem com água - lavagem com água desionizada - oxidação anódica (180g / L H2SO4, densidade de corrente 1,4A / dm2, tempo de oxidação 30min, temperatura 18 ~ 22 ℃) - selagem com água de lavagem (10min) → lavagem com água → secagem por sopro .

Após a anodização, os quatro processos a seguir são usados ​​para vedação:

(1) Selagem com água fervente, em água pura fervente (pH = 6,5 ~ 7), selagem por 10 minutos;

(2) Bloqueio incorreto de sal, ácido fluorocólico de potássio 30g / L (pH = 4,5 ~ 4,6) à temperatura ambiente, bloqueando por 10min;

(3) Bloqueio com sal errado, 30 / L de ácido fluorocólico potássio (pH = 5,0 ~ 5,1) a uma temperatura média de 60 ℃, bloqueando por 10min;

(4) Selagem HB, 6g / L HB (pH = 5,5 ~ 6) a 60 ~ 65 ℃, selagem por 10 minutos

3. Efeito

A anodização é usada para evitar cantos vivos ou rebarbas após o rosqueamento do parafuso. Ele também é usado como o dielétrico do recipiente de eletrólito. A camada de ânodo é mais comumente usada para proteger ligas de alumínio. Existem também outros, como titânio, zinco, magnésio, nióbio, zircônio, háfnio e tântalo. . O ferro e o aço carbono descamam em uma solução eletrolítica neutra ou alcalina. Os flocos são hidróxido de ferro, ou ferrugem, que é composto da superfície da cavidade do ânodo e do cátodo que carecem de oxigênio, e as cavidades se reúnem como ácido sulfúrico. Ânions como o sal e o cloreto aceleram a taxa de ferrugem do metal subjacente. Os flocos de carbono ou blocos de carbono dentro do bloco de ferro, como aço com alto teor de carbono ou ferro-gusa, irão interagir com o revestimento da superfície ou camada de galvanoplastia. Os metais que contêm ferro são geralmente colocados em uma solução de ácido nítrico para anodização, ou o ácido nítrico fumegante é usado para formar uma camada de óxido de ferro negro e duro.

4. Método de processamento

Pré-tratamento de superfície

No pré-tratamento da superfície da liga de alumínio, o objetivo principal é remover o óleo e as impurezas da superfície, de forma a garantir a limpeza da superfície, e também fazer com que o estado da amostra atenda aos requisitos. Primeiro, de acordo com o requisito 1: 1, use etanol absoluto e água desionizada para obter a configuração correspondente da solução de limpeza; em segundo lugar, coloque a amostra cortada diretamente no béquer com a solução de limpeza e coloque-a Dedicada ao interior da ultra-sônica, limpe por 5 minutos; depois de concluída a limpeza, limpe-o com papel de filtro e, em seguida, opte por usar lixa 240 #, 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # para o polimento; Terceiro, limpe a amostra em água destilada, coloque-a em um béquer (com solução de acetona), limpe-a na máquina de lavar por 10 minutos, retire a amostra e seque-a diretamente.

Preparação de filme de óxido anódico

Adicione a amostra diretamente ao dispositivo de anodização (pré-tratamento), selecione 100g / L de solução de ácido sulfúrico, defina a tensão de oxidação para 8, 10, 12, 14, 16 V e, finalmente, obtenha a amostra correspondente para preparar para análise subsequente.

Tratamento de selagem

Adicione uma quantidade adequada de água desionizada ao béquer e, em seguida, coloque-a no banho-maria para aquecer e ferver diretamente e, finalmente, coloque a amostra na água desionizada para o tratamento de selagem e, em seguida, requer um tratamento em repouso por 20 minutos. Retire a amostra, enxágue com água desionizada e espere secar ao ar.

Teste de performance

No teste de desempenho, dois aspectos são selecionados desta vez: primeiro, a observação metalográfica. Se você optar por usar um microscópio metalúrgico, pode analisar e observar o filme anodizado e a área que não é revestida. Em segundo lugar, a espessura do filme de óxido e experimentos pontuais. É principalmente para medir a espessura do filme de óxido e analisar o experimento local.

5. Experiência

O material experimental e seu pré-tratamento O material experimental é uma amostra de liga de alumínio 5052, e sua composição química é mostrada no gráfico a seguir.

Antes do experimento, polir com lixa 1200 para remover o filme de óxido que se forma naturalmente na superfície da amostra quando exposta ao ar e, em seguida, mergulhe-o em uma solução alcalina por cerca de 10 minutos. Após o desengorduramento, procede-se à decapagem, e o óleo, o pó e a película de óxido da superfície da amostra são completamente removidos pelo efeito de corrosão ácida. A condição da superfície da amostra após a decapagem atende aos requisitos, e a anodização com ácido oxálico e anodização com ácido crômico podem ser realizadas após a limpeza e secagem. O gráfico a seguir mostra a composição e as condições do processo de soluções de desengorduramento e decapagem.

Anodização com ácido oxálico e anodização com ácido crômico

Usando uma fonte de alimentação de anodização DC, o Liga de alumínio 5052 a amostra é colocada no eletrólito como ânodo, e um filme de óxido é formado na superfície da amostra com base no princípio da eletrólise após ser energizada. A composição do eletrólito e as condições do processo de anodização com ácido oxálico são: ácido oxálico 50 g / L, voltagem 45 V, densidade de corrente 1,4 A / dm2, temperatura do eletrólito 25 ℃, tempo 55 min.

A composição do eletrólito e as condições do processo de anodização do ácido crômico são: ácido crômico 40g / L, voltagem 40V, densidade de corrente 0,75A / dm2, temperatura do eletrólito 35 ° C, tempo 55min.

Caracterização morfológica e teste de desempenho de filme de óxido anódico de ácido oxálico e filme de óxido anódico de ácido crômico

A morfologia do filme de óxido anódico de ácido oxálico e filme de óxido anódico de ácido crômico foi caracterizada por microscópio eletrônico de varredura Hitachi S-4800. A rugosidade da superfície do filme de óxido anódico de ácido oxálico e do filme de óxido anódico de ácido crômico foi medida pelo medidor de rugosidade SJ-210. Quatro posições foram tomadas e os resultados das medições foram registrados, respectivamente. Use a estação de trabalho eletroquímica Princeton PARSTAT2273 para testar as curvas de polarização e espectros de impedância do filme de óxido anódico de ácido oxálico e do filme de óxido anódico de ácido crômico. O sistema de eletrodos é um sistema de três eletrodos: o eletrodo de platina é o eletrodo auxiliar e o eletrodo de calomelano saturado é o eletrodo de referência. A amostra de filme de óxido anódico de ácido oxálico e a amostra de filme de óxido anódico de ácido crômico foram usados ​​como eletrodos de trabalho, e ambos foram testados em solução de cloreto de sódio (3,5% em peso). A taxa de varredura do teste de curva de polarização é 0,5 mV / s, e o teste de espectro de impedância varre de 105 Hz na área de alta frequência a 10-2 Hz na área de baixa frequência.

Espessura do filme de óxido anódico de ácido oxálico e filme de óxido anódico de ácido crômico

A espessura do filme de óxido anódico refere-se à distância da superfície externa do filme de óxido anódico à superfície interna (ou seja, a interface entre o filme de óxido anódico e o substrato). A espessura tem uma grande influência no desempenho do filme de óxido anódico (como resistência à corrosão, resistência à flexão, etc.) Influência.

A morfologia do filme de óxido anódico de ácido oxálico e do filme de óxido anódico de ácido crômico. O filme de óxido anódico desempenha principalmente um efeito decorativo e protetor na liga de alumínio, então a qualidade morfológica do filme de óxido anódico é particularmente importante. De modo geral, a qualidade da topografia do filme anodizado inclui principalmente cor, rugosidade da superfície e defeitos da superfície. O aparecimento do filme de óxido anódico de ácido oxálico e do filme de óxido anódico de ácido crômico foi observado a olho nu. O primeiro era cinza claro e o último era branco prateado. Os dois filmes de óxido anódico não apresentaram defeitos superficiais na escala macro.

Resistência à corrosão do filme de óxido anódico de ácido oxálico e filme de óxido anódico de ácido crômico

A figura a seguir mostra as curvas de polarização da amostra de liga de alumínio 5052, filme de óxido anódico de ácido oxálico e filme de óxido anódico de ácido crômico. Pode ser visto na figura abaixo que os potenciais de corrosão do filme de óxido anódico de ácido oxálico e do filme de óxido anódico de ácido crômico são -412,6 mV e -645,7 mV, respectivamente, que são maiores do que o potencial de corrosão da amostra de liga de alumínio 5052 (-750,4 mV). O método de extrapolação da curva de Tafel foi usado para ajustar a curva de polarização. Além disso, as densidades de corrente de corrosão do filme de óxido anódico de ácido oxálico e filme de óxido anódico de ácido crômico foram 1,31 × 10-5 A / cm2, 1,70 × 10-5A / cm2 Em comparação com a amostra de liga de alumínio 5052, a densidade de corrente de corrosão é significativamente diminuir. A densidade da corrente de corrosão pode teoricamente caracterizar a taxa de corrosão do material testado, e há uma relação de conversão entre os dois. De modo geral, quanto menor a densidade da corrente de corrosão, mais lenta é a corrosão do material testado. Portanto, a ordem de resistência à corrosão é: filme de óxido anódico de ácido oxálico> filme de óxido anódico de ácido crômico> amostra de liga de alumínio 5052.