Erkundung des Hartanodisierens: Prozesse, Vorteile und Techniken

Konzepte und Kategorien

Beim Hartanodisieren handelt es sich um ein spezielles Oberflächenbehandlungsverfahren, das hauptsächlich bei Aluminium und Aluminiumlegierungsmaterialien eingesetzt wird. Es soll durch elektrolytische Oxidation einen harten, verschleißfesten, korrosionsbeständigen sowie gut isolierenden und hitzebeständigen Oxidfilm auf der Oberfläche des Materials bilden. Dieses Verfahren eignet sich für Teile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und gute Isolationseigenschaften erfordern, wie z. B. die Innenwände verschiedener Zylinder, Kolben, Dampfstopfen, Zylinder, Lager, Böden von Flugzeugfrachträumen, Rollstangen und Führungen , hydraulische Ausrüstung, Dampfantriebe, Richtmaschinen, Zahnräder und Kissenteile.

Grundprinzipien

Beim Hartanodisierungsprozess läuft die Kathodenreaktion wie folgt ab: 4H⁺ + 4e^- = 2H₂↑; Die Anodenreaktion ist: 4 oh < sup > - < / sup > - 4 e < sup > - < / sup > = 2 Std < sub > 2 < / sub > O + O < sub > 2 < / sub > schreiben; Die Oxidationsreaktion von Aluminium ist: 2Al + 3O → Al₂O₃.

Die Verdickung der Oxidschicht ist ein dynamischer Prozess. Der Oxidfilm wird mit zunehmender Elektrifizierungszeit und zunehmendem Strom allmählich dicker. Dies liegt daran, dass die resultierenden Sauerstoffatome reaktiver sind als Sauerstoff im molekularen Zustand und eher mit Aluminium unter Bildung eines Oxidfilms reagieren. Gleichzeitig löst sich jedoch der entstandene Oxidfilm in einer sauren Lösung auf. Nur wenn die Bildungsrate des Oxidfilms größer ist als die Auflösungsrate, kann sich der Oxidfilm weiter verdicken. Wenn die beiden Geschwindigkeiten gleich sind, nimmt die Dicke des Oxidfilms nicht zu. Wenn die Oxidationsrate zu viel größer als die Auflösungsrate ist, bildet sich auf der Oberfläche von Aluminium und Aluminiumlegierung leicht ein pulverförmiger Oxidfilm.

Um einen dickeren Oxidfilm zu erhalten, ist es notwendig, eine höhere externe Spannung anzulegen, um den hohen Widerstand des Oxidfilms zu überwinden. Dies führt jedoch zu einem Anstieg des Stroms, was zu einem starken Erwärmungsphänomen führt und die bei der Bildung des Oxidfilms freigesetzte Wärme dazu führt, dass die Elektrolyttemperatur um die Teile herum stark ansteigt. Der Temperaturanstieg beschleunigt die Auflösung des Oxidfilms und beeinflusst die Verdickungswirkung des Oxidfilms. Daher ist es in der Regel notwendig, eine Kombination aus Kühlgeräten und Rühren zu verwenden, um die Temperaturstabilität des Elektrolyten aufrechtzuerhalten und einen hochwertigen Hartoxidfilm zu erhalten.

Vorbehandlung

Die Vorbehandlung ist ein entscheidender Schritt vor dem Hartanodisieren. Zunächst muss die Oberfläche von Aluminium oder seinen Legierungen entfettet werden, wobei in der Regel alkalische Lösungen zum Entfernen von Öl von der Oberfläche verwendet werden. Anschließend werden die Oberflächenoxide und Verunreinigungen durch Beizen entfernt, das üblicherweise eine Mischung aus Salpetersäure und Phosphorsäure umfasst. Dieser Schritt sorgt für eine saubere Oberfläche für den anschließenden Eloxalprozess und stellt die Qualität und Haftung des Oxidfilms sicher.

Anodisieren

In einem bestimmten Elektrolyten, beispielsweise einer Schwefelsäurelösung oder einer Schwefelsäurelösung mit Zusatz organischer Säuren, wird eine elektrolytische Reaktion durchgeführt, um einen Oxidfilm zu bilden. Dabei müssen Parameter wie Stromdichte, Spannung und Temperatur streng kontrolliert werden. Im Allgemeinen beträgt die Stromdichte 2-6 A/dm²Die Spannung liegt zwischen 40 und 90 V und die Temperatur muss entsprechend den spezifischen Prozessanforderungen angepasst werden. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass die Position der Teile im Elektrolyseur gleichmäßig ist, um einen Oxidfilm gleichmäßiger Dicke zu erhalten.

Spülen

Die Aufgabe des Spülens besteht darin, Verunreinigungen und Rückstände aus dem an der Oberfläche des Teils haftenden Elektrolyten zu entfernen. Um eine gründliche Reinigung zu gewährleisten, wird es in der Regel mehrmals unter fließendem kaltem Wasser gespült. Dieser Schritt kann den Einfluss von Verunreinigungen auf die nachfolgenden Behandlungsschritte verringern und die Qualität und Leistung des Oxidfilms verbessern.

Schützende Versiegelung

Die Bedeutung der Versiegelungsbehandlung besteht darin, die Mikroporen des Oxidfilms zu füllen und die Dichte und Korrosionsbeständigkeit des Films zu verbessern. Zu den gängigen Versiegelungsmethoden gehören Heißwasserversiegelung, Dampfversiegelung und chemische Versiegelung. Bei der Heißwasserversiegelung werden die Teile beispielsweise in heißem Wasser bei 90–100 °C eingeweicht.100 ° Für eine gewisse Zeit bei 100 °C erhitzt, so dass die Mikroporen des Oxidfilms mit Hydratationsprodukten gefüllt werden. Unter chemischer Versiegelung versteht man die Verwendung spezifischer chemischer Wirkstoffe zur Behandlung der Oberfläche des Oxidfilms, um eine Schutzschicht zu bilden.

Filmbildung

Der Filmbildungsprozess umfasst normalerweise das Backen bei hohen Temperaturen. Die geschlossenen Teile werden in einen Hochtemperaturofen gegeben und unter bestimmten Temperatur- und Zeitbedingungen gebacken. Dadurch erfährt der Oxidfilm weitere Strukturveränderungen, wodurch eine dichtere und härtere Oberflächenbeschichtung entsteht. Die Temperatur liegt im Allgemeinen zwischen 150 und200 ° Die Backzeit hängt von der Foliendicke und dem Material ab.

Nachbearbeitung

Die Oberflächenbehandlung der Probe nach der Filmbildung, wie z. B. Polieren, kann die Oberflächenbeschaffenheit verbessern, das Färben kann dem Teil eine bestimmte Farbe verleihen, Keramik kann die Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche weiter verbessern. Das Polieren kann durch mechanisches Polieren oder chemisches Polieren erfolgen. Die Färbung erfolgt durch Einweichen in eine spezielle Färbelösung. Für die Keramikverarbeitung sind spezielle Prozesse und Geräte erforderlich.

Hohe Härte und Verschleißfestigkeit

Die hart eloxierte Metalloberfläche bildet eine dicke und extrem harte Oxidschicht, die auf Aluminiumlegierungen 400–600 HV und auf reinem Aluminium sogar über 1500 HV erreichen kann. Dadurch weist die behandelte Oberfläche eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf und kann Reibung und Verschleiß wirksam widerstehen, was die Lebensdauer des Teils erheblich verlängert.

Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit

Die Oxidschicht kann der Erosion der meisten Chemikalien wirksam widerstehen und reduziert so das Risiko einer Oxidation und Korrosion der Metalloberfläche erheblich. Ob in sauren, alkalischen oder neutralen Umgebungen, es kann eine gute Stabilität aufrechterhalten und einen zuverlässigen Schutz für Teile bieten.

Gute elektrische Isolierung

Der Oxidfilm weist eine gute elektrische Isolationsleistung auf, sein spezifischer Widerstand ist groß und die Durchbruchspannung kann mehr als 2000 V erreichen. Aufgrund dieser Funktion wird die Hartanodisierung in der Elektronik, Elektrik und anderen Bereichen weit verbreitet eingesetzt und kann das Auftreten von Leckströmen und elektrischer Korrosion wirksam verhindern.

Weitere Vorteile

Farbstabilität: Die Metalloberfläche kann nach dem Harteloxieren eine Vielzahl von Farben aufweisen, z. B. Schwarz, Silber usw., und die Farbe ist sehr stabil, verblasst nicht leicht und kann ihre Schönheit langfristig bewahren.

Ästhetik: Die behandelte Oberfläche hat einen guten Glanz und eine gute Textur, was die Qualität und Ästhetik der Teile verbessern kann.

Wärmeisolierung: Der Oxidfilm verfügt über bestimmte Wärmeisolationseigenschaften, die die Wärmeübertragung in Umgebungen mit hohen Temperaturen reduzieren und Teile und die Umgebung schützen können.

Strom- und Spannungsregelung

Die Stromdichte beim Hartanodisieren beträgt im Allgemeinen 2-5 A/dm², und die Spannung beträgt mehr als 25 V und die höchste kann sogar 100 V erreichen. Während des Betriebs sollten Strom und Spannung entsprechend den Anforderungen des Materials der Aluminiumlegierung, der Form des Teils und der Oxidschicht angepasst werden. Für komplexere Teile oder die Notwendigkeit einer dickeren Oxidschicht können die Stromdichte und die Spannung entsprechend erhöht werden, es sollte jedoch darauf geachtet werden, die Spannung schrittweise zu erhöhen, um eine übermäßige Anfangsspannung zu vermeiden, die zu einer Verschlechterung der Qualität der weichen Oxidschicht führt Film, stumpf, puderig, kein Verschleiß und andere Probleme.

Auswahl der Stromversorgung

Eine gepulste Stromversorgung oder eine Stromversorgung mit spezieller Wellenform ist eine geeignetere Wahl für das Hartanodisieren. Insbesondere bei Aluminiumlegierungen mit hohem Kupfergehalt oder Aluminiumgusslegierungen mit hohem Siliziumgehalt ist die normale DC-Eloxierung oft schlecht. Die gepulste Stromversorgung sorgt für eine präzisere Stromsteuerung, was zur Verbesserung der Qualität und Gleichmäßigkeit des Oxidfilms beiträgt.

Tanktemperaturmanagement

Die Temperatur des Bades hat einen wichtigen Einfluss auf die Qualität des harten anodischen Oxidfilms. Im Allgemeinen sollte die Temperatur des Tanks für die Hartanodisierung auf einen Wert unterhalb dessen geregelt werden 5 ° C, denn je niedriger die Temperatur, desto höher ist die Härte des erzeugten Oxidfilms. Um niedrige Temperaturen zu erreichen und aufrechtzuerhalten, ist in der Regel eine Kühlausrüstung, beispielsweise ein Kühler, erforderlich. Achten Sie gleichzeitig auf das Rühren der Tankflüssigkeit, um eine gleichmäßige Temperatur zu gewährleisten.

Einstellung der Tankflüssigkeitskonzentration

Am Beispiel der Schwefelsäureanodisierung beträgt die Tankkonzentration der Hartanodisierung im Allgemeinen weniger als 15 %. Die Qualität des Oxidfilms kann durch Anpassung der Badkonzentration optimiert werden. Wenn es erforderlich ist, einen dickeren und härteren Oxidfilm zu erhalten, kann die Tankkonzentration entsprechend reduziert werden. Eine zu niedrige Konzentration kann jedoch die Wachstumsrate des Oxidfilms beeinträchtigen und muss daher entsprechend den spezifischen Anforderungen ausgeglichen werden.

Zugabe organischer Säuren

Durch Zugabe von Oxalsäure, Weinsäure und anderen organischen Säuren zum Bad kann die Härte des Films verbessert werden. Bei der Auswahl organischer Säuren sollten deren Verträglichkeit mit Schwefelsäure und ihr Einfluss auf die Eigenschaften von Oxidfilmen berücksichtigt werden. Die Zugabemenge sollte nach Experiment und Erfahrung bestimmt werden, zu viel oder zu wenig kann die Oxidationswirkung beeinträchtigen.

Luft- und Raumfahrt

Im Luft- und Raumfahrtbereich spielt das Hartanodisieren eine unverzichtbare Rolle. Teile von Flugzeugtriebwerken wie Turbinenschaufeln, Kolben usw. können nach der Hartanodisierungsbehandlung den extremen Bedingungen standhalten, die durch Hochtemperatur-, Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitsbetrieb entstehen, und die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Teile erheblich verbessern, um den Flug sicherzustellen Sicherheit. Einige wichtige Teile der Rumpfstruktur, wie etwa Verbindungs- und Stützteile, werden ebenfalls durch Hartanodisierungsverfahren verstärkt, um ihre Festigkeit und Haltbarkeit zu erhöhen und so das Gewicht des Rumpfs zu reduzieren und gleichzeitig die strukturelle Stabilität zu gewährleisten.

Die Automobilindustrie

Hartanodisieren wird in der Automobilindustrie häufig eingesetzt. Motorteile für Kraftfahrzeuge wie Ventile, Nockenwellen usw. können nach der Behandlung Verschleiß und Korrosion wirksam widerstehen und die Lebensdauer des Motors verlängern. Der Hydraulikzylinder ist hart eloxiert, um eine gute Abdichtung und Verschleißfestigkeit in Arbeitsumgebungen mit hohem Druck zu gewährleisten. Darüber hinaus profitieren auch einige Komponenten des Bremssystems von diesem Prozess, wodurch die Gesamtleistung und Sicherheit des Fahrzeugs verbessert wird.

Elektronischer Bereich

Im Bereich der Elektronik spielt das Hartanodisieren eine wichtige Rolle. Die Hülle elektronischer Geräte, wie beispielsweise die Metallhülle von Mobiltelefonen und Computern, weist nach der Behandlung eine gute Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und kann auch eine gewisse elektromagnetische Abschirmwirkung bieten. Der Kühlkörper verfügt über ein harteloxiertes Verfahren, das nicht nur die Oberfläche vergrößern und die Wärmeableitungseffizienz verbessern, sondern auch Oxidation und Korrosion verhindern und die langfristige Stabilität der Wärmeableitungsleistung gewährleisten kann.

Militärindustrie

Die Leistung von Teilen in der Militärindustrie ist sehr hoch und das Hartanodisierungsverfahren wurde dort mit bemerkenswerten Ergebnissen angewendet. Die Komponenten der Waffe, wie Lauf und Verschluss, werden behandelt, um auch unter rauen Einsatzbedingungen eine gute Leistung zu gewährleisten. Einige Schlüsselkomponenten von Radargeräten, wie z. B. Antenne und Wellenleiter, werden durch eine Hartanodisierungsbehandlung verbessert, um ihre Wetterbeständigkeit und elektromagnetischen Eigenschaften zu verbessern und die Zuverlässigkeit und Stabilität der Geräte sicherzustellen. Ein Angebot bekommen