Úvod
Anodická oxidácia je elektrochemický oxidačný proces kovov alebo zliatin, ktorý bežne zahŕňa použitie kovu alebo zliatinového predmetu ako anódy v roztoku elektrolytu na vytvorenie oxidového filmu, čím sa mení povrchový stav a vlastnosti kovu. Táto technika sa primárne aplikuje na povrchovú úpravu hliníka, horčíka, titánu a ich zliatin, čím sa zvyšuje odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a estetika. Okrem toho sa môže použiť na prípravu elektródových materiálov, polovodičových zariadení a solárnych článkov.
Klasifikácia
Anodická oxidácia, bežná technika povrchovej úpravy kovov, sa často používa na ochranu a dekoráciu hliníkových zliatin a horčíkových zliatin. Na základe rôznych klasifikačných kritérií možno anodickú oxidáciu rozdeliť do niekoľkých kategórií:
- Podľa typu prúdu: jednosmerná anodická oxidácia, striedavá anodická oxidácia, pulzná anodická oxidácia.
- Elektrolytom: kyselina sírová, kyselina šťaveľová, kyselina chrómová, zmiešaná kyselina a anodická oxidácia na báze prírodného sfarbenia na báze kyseliny sulfónovej.
- Podľa vlastnosti vrstvy filmu: normálny film, tvrdý film (hrubý film), keramický film, svetlá dekoratívna vrstva, polovodičové pôsobenie atď. Medzi nimi sa najčastejšie používa jednosmerná anodická oxidácia, ktorá môže vytvoriť rovnomerný a hustý oxidový film na hliníkovom povrchu, čím sa zlepšuje odolnosť proti korózii a odolnosť proti opotrebovaniu.
Mechanizmus tvorby oxidového filmu
Mechanizmus tvorby oxidového filmu zahŕňa najmä nasledujúce kroky:
1. Anodická reakcia: Hliníkové alebo zliatinové produkty sa používajú ako anóda v roztoku elektrolytu, kde elektrolýza vytvára na povrchu oxidový film, pričom anóda uvoľňuje kyslík (vrátane molekulárneho kyslíka, atómového kyslíka a iónového kyslíka), bežne reprezentovaného ako O₂. Hliník, ktorý slúži ako anóda, sa oxiduje uvoľneným kyslíkom, čím sa vytvorí hydratovaný 氧化铝 film.
2. Tvorba a rozpúšťanie oxidového filmu: Tvorba a rozpúšťanie oxidového filmu prebieha súčasne. V skorých štádiách je rýchlosť tvorby filmu väčšia ako rýchlosť rozpúšťania, čo vedie k kontinuálnemu hrubnutiu filmu. So zvyšujúcou sa hrúbkou rastie odpor, čím sa spomaľuje rýchlosť tvorby filmu, až kým sa nerovná rýchlosti rozpúšťania, kedy film dosiahne určitú hrúbku.
3. Úloha elektrolytu: Kyselina (ako je kyselina sírová) v roztoku elektrolytu pôsobí tak, že rozpúšťa oxidový film. Reakcie tvorby a rozpúšťania filmu pokračujú nekonečne dlho, kým sa nedosiahne rovnovážny stav.
4. Iné faktory: Hrúbku a kvalitu filmu ovplyvňujú faktory ako hustota prúdu, napätie, teplota a čas. Rôzne procesy môžu viesť k rozdielom v hrúbke, štruktúre a vlastnostiach oxidového filmu. Je dôležité poznamenať, že proces tvorby oxidového filmu je zložitý chemický proces a výskum jeho špecifických mechanizmov pokračuje.
Procesný tok
1. Odmasťovanie: Odstraňuje mastnotu a nečistoty z povrchu, čím zabezpečuje kvalitu oxidového filmu.
2. Alkalické leptanie: Ďalej odstraňuje nečistoty z povrchu, robí ho mikroskopicky drsným, čo zvyšuje priľnavosť oxidového filmu.
3. Leštenie: Odstraňuje zafarbenie povrchu, čím je povrch substrátu hladší.
4. Anodická oxidácia: Vytvára oxidový film na substráte, ktorý poskytuje ochranu a dekoráciu.
5. Utesnenie: Utesňuje póry oxidového filmu, zlepšuje jeho odolnosť proti korózii a odolnosť proti opotrebovaniu.
Ovplyvňujúce faktory
Nasledujúce faktory ovplyvňujú výsledok anodickej oxidácie:
1. Elektrolyt:
- Typ: Rôzne elektrolyty vedú k rôznym vlastnostiam oxidového filmu, ako je vyššia tvrdosť elektrolytu kyseliny sírovej.
- Koncentrácia: Ovplyvňuje rýchlosť rastu a kvalitu oxidového filmu.
2. Napätie:
- Veľkosť: Určuje rýchlosť rastu a hrúbku oxidového filmu; nadmerné alebo príliš nízke napätie môže spôsobiť nerovnomerné alebo nekvalitné filmy.
3. Čas:
- Trvanie: Ovplyvňuje hrúbku oxidového filmu; dlhší čas môže viesť k hrubším filmom, ale príliš dlhý čas môže znížiť výkon filmu. Tieto faktory sú vzájomne prepojené a vyžadujú starostlivú kontrolu, aby sa dosiahli požadované anodické oxidačné účinky.
Farba filmu anodického oxidu
Farbu anodického oxidu možno ovplyvniť:
1. Prirodzené sfarbenie: Za špecifických podmienok elektrolytu a procesu môže samotný oxidový film vykazovať určitú farbu.
Elektrolytické sfarbenie: Produkt po anodickej oxidácii sa umiestni do elektrolytu obsahujúceho kovové soli na elektrolýzu, čo umožní kovovým iónom vstúpiť do mikropórov oxidového filmu a spôsobiť zmenu farby.
Chemické sfarbenie: Organické alebo anorganické farbivá sa používajú na farbenie oxidového filmu, čo mu dáva špecifickú farbu.
Rušivé sfarbenie: Využíva princíp svetelnej interferencie na vytvorenie farby v oxidovom filme.
Zvyčajne sa na získanie špecifických farieb bežne používa prirodzené starnutie a chemické farbenie.
Hrúbka filmu anodického oxidu
Hrúbka anodických oxidov vo všeobecnosti spadá do nasledujúcich kategórií:
1. Tenký oxidový film: Zvyčajne je hrubý menej ako 5 mikrometrov.
2. Stredne hrubý oxidový film: Hrúbka od 5 do 25 mikrometrov.
3. Hrubý oxidový film: Hrúbka viac ako 25 mikrometrov.
V praktických aplikáciách sa hrúbka oxidového filmu volí na základe špecifických požiadaviek a potrieb produktu.
Na získanie rôznych hrúbok anodických oxidových vrstiev je možné použiť nasledujúce metódy na úpravu:
1. Upravte čas oxidácie: Predĺženie času oxidácie umožňuje postupnému zhrubnutiu oxidového filmu.
2. Zmena prúdovej hustoty: Správne zvýšenie alebo zníženie prúdovej hustoty ovplyvní rýchlosť rastu a hrúbku oxidového filmu.
3. Kontrola teploty elektrolytu: Zmeny teploty ovplyvňujú reakčnú rýchlosť a tým aj hrúbku oxidového filmu.
4. Zmeňte vzorec elektrolytu: Rôzne vzorce elektrolytu môžu viesť k rôznym rýchlostiam rastu oxidového filmu.
Testovanie hrúbky vrstvy anodického oxidu
Testovacie metódy zahŕňajú:
1. Vizuálna kontrola: Vizuálne pozorovanie farby, rovnomernosti a defektov filmu.
2. Meranie hrúbky: Pomocou hrúbkomeru zmerajte hrúbku fólie.
3. Skúška mikrotvrdosti: Stanovenie tvrdosti filmu.
4. Test odolnosti proti korózii: Posúdenie odolnosti filmu proti korózii pomocou ponorných testov, testov v soľnej hmle atď.
Normy:
1. GB/T 5237.2-2017 "Stavebné profily z hliníka a zliatin hliníka - Časť 2: Eloxované profily": Táto norma stanovuje požiadavky a skúšobné metódy pre eloxované profily.
2. ISO 520854 "Hliník a hliníkové zliatiny Anodický oxidový film": Medzinárodné normy sa týkajú výkonu anodických oxidových filmov.
Budúce vyhliadky anodickej oxidácie
1. Široký rozsah použitia: Technológia anodickej oxidácie je široko používaná v mnohých oblastiach, ako je letecký priemysel, automobilový priemysel, elektronika, stavebníctvo atď. S rozvojom týchto priemyselných odvetví bude dopyt po produktoch anodickej oxidácie naďalej narastať.
2. Výkonnostné výhody: Filmy s anodickým oxidom majú vynikajúcu odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a dekoratívne vlastnosti, ktoré spĺňajú výkonnostné požiadavky rôznych produktov.
3. Technologický pokrok: Vďaka neustálej inovácii a zdokonaľovaniu technológie sa procesy anodickej oxidácie stanú efektívnejšími a ekologickejšími, čím sa ďalej rozšíri ich rozsah použitia.
4. Zelený environmentálny trend: Ekologické technológie povrchovej úpravy sa čoraz viac oceňujú a ako proces šetrný k životnému prostrediu bude anodická oxidácia lepšie spĺňať potreby trhu.
