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Explorando el anodizado duro: procesos, ventajas y técnicas
2024-08-26
Definición y principio de anodización dura
Conceptos y categorías
La anodización dura es un proceso especial de tratamiento de superficie, utilizado principalmente en materiales de aluminio y aleación de aluminio. Está diseñado para formar una película de óxido dura, resistente al desgaste, resistente a la corrosión y una buena película aislante y resistente al calor en la superficie del material mediante oxidación electrolítica. Este proceso es adecuado para piezas de aleación de aluminio y aluminio que requieren alta resistencia al desgaste, resistencia al calor y buenas propiedades de aislamiento, como las paredes internas de varios cilindros, pistones, enchufes de vapor, cilindros, rodamientos, pisos de soporte de carga de aeronaves, barras de rodillos y guías, equipos hidráulicos, impulsos de vapor, niveladores, engranajes y partes de colchons.
Principios básicos
En el proceso de anodización duro, la reacción del cátodo es la siguiente: 4H
El engrosamiento de la película de óxido es un proceso dinámico. La película de óxido se espesa gradualmente con el aumento del tiempo de electrificación y la corriente. Esto se debe a que los átomos de oxígeno resultantes son más reactivos que el oxígeno en el estado molecular y es más probable que reaccionen con aluminio para formar una película de óxido. Al mismo tiempo, sin embargo, la película de óxido resultante se disuelve en una solución ácida. Solo cuando la tasa de formación de la película de óxido es mayor que la velocidad de disolución, la película de óxido puede continuar en espesor. Cuando las dos velocidades son iguales, el grosor de la película de óxido no aumenta. Si la velocidad de oxidación es demasiado mayor que la velocidad de disolución, la superficie del aluminio y la aleación de aluminio es fácil de formar una película de óxido en polvo.
Para obtener una película de óxido más gruesa, es necesario aplicar un voltaje externo más alto para superar la alta resistencia de la película de óxido. Sin embargo, esto conducirá a un aumento de la corriente, lo que resulta en un fenómeno de calentamiento severo, y el calor liberado cuando se genera la película de óxido hará que la temperatura del electrolito aumente bruscamente. El aumento de la temperatura acelerará la disolución de la película de óxido y afectará el efecto de engrosamiento de la película de óxido. Por lo tanto, generalmente es necesario usar una combinación de equipos de enfriamiento y agitación para mantener la estabilidad de la temperatura del electrolito para obtener una película de óxido dura de alta calidad.
Pasos de proceso para anodizar duro
Pretratamiento
El pretratamiento es un paso crucial antes de la anodización dura. Primero, la superficie del aluminio o sus aleaciones debe desglosarse, generalmente utilizando soluciones alcalinas para eliminar el aceite de la superficie. Los óxidos e impurezas de la superficie se eliminan luego por encurtido, que comúnmente incluye una mezcla de ácido nítrico y ácido fosfórico. Este paso proporciona una superficie limpia para el proceso de anodización posterior, asegurando la calidad y la adhesión de la película de óxido.
Anodizante
En un electrolito específico, como una solución de ácido sulfúrico o una solución de ácido sulfúrico agregado con ácidos orgánicos, se realiza una reacción electrolítica para formar una película de óxido. En este proceso, los parámetros como la densidad de corriente, el voltaje y la temperatura deben controlarse estrictamente. En términos generales, la densidad de corriente es 2-6 a/dm
Enjuague
El papel del enjuague es eliminar las impurezas y residuos del electrolito unido a la superficie de la pieza. Por lo general, se enjuaga varias veces con agua fría para garantizar una limpieza completa. Este paso puede reducir la influencia de las impurezas en los pasos de tratamiento posteriores y mejorar la calidad y el rendimiento de la película de óxido.
Sellado protector
La importancia del tratamiento de sellado es llenar los microporos de la película de óxido, mejorar la densidad y la resistencia a la corrosión de la película. Los métodos de sellado comunes incluyen sellado de agua caliente, sellado de vapor y sellado químico. Por ejemplo, el sellado de agua caliente es remojar las piezas en agua caliente a 90-100 ° C por un período de tiempo, de modo que los microporos de la película de óxido estén llenos de productos de hidratación. El sellado químico es el uso de agentes químicos específicos para tratar la superficie de la película de óxido para formar una capa protectora.
Formación cinematográfica
El proceso de formación de películas generalmente implica hornear a altas temperaturas. Las partes cerradas se colocan en un horno de alta temperatura y se hornean bajo ciertas condiciones de temperatura y tiempo. Esto hace que la película de óxido experimente más cambios estructurales, formando un recubrimiento de superficie más denso y duro. La temperatura es generalmente entre 150-200 ° C, y el tiempo de cocción depende del grosor y el material de la película.
Postprocesamiento
El tratamiento de la superficie de la muestra después de la formación de la película, como el pulido puede mejorar el acabado superficial, la coloración puede darle a la parte un color específico, la cerámica puede mejorar aún más la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie. El pulido se puede hacer mediante pulido mecánico o pulido químico. La coloración se logra sumergiendo en una solución de teñido específica. El procesamiento de cerámica requiere procesos y equipos especiales para completar.
Ventajas de anodización dura
Alta dureza y resistencia al desgaste
La superficie metálica anodizada dura forma una capa de óxido gruesa y extremadamente dura, que puede alcanzar 400-600HV en aleación de aluminio e incluso excede 1500 HV en aluminio puro. Esto hace que la superficie tratada tenga una excelente resistencia al desgaste y puede resistir efectivamente la fricción y el desgaste, extendiendo en gran medida la vida útil de la parte.
Excelente resistencia a la corrosión
La capa de óxido puede resistir efectivamente la erosión de la mayoría de los productos químicos, reduciendo en gran medida el riesgo de oxidación y corrosión de la superficie del metal. Ya sea en entornos ácidos, alcalinos o neutros, puede mantener una buena estabilidad y proporcionar una protección confiable para las piezas.
Buen aislamiento eléctrico
La película de óxido tiene un buen rendimiento de aislamiento eléctrico, su resistividad es grande y el voltaje de descomposición puede alcanzar más de 2000 V. Esta característica hace que la anodización dura se use ampliamente en campos electrónicos, eléctricos y de otro tipo, y puede evitar efectivamente la aparición de fuga de corriente y corrosión eléctrica.
Otras ventajas
Estabilidad del color: la superficie del metal después de la anodización dura puede mostrar una variedad de colores, como el negro, la plata, etc., y el color es muy estable, no es fácil de desvanecerse y puede mantener la belleza a largo plazo.
Estética: la superficie tratada tiene un buen brillo y textura, lo que puede mejorar el grado y la estética de las partes.
Aislamiento por calor: la película de óxido tiene ciertas propiedades de aislamiento térmico, que pueden reducir la transferencia de calor en ambientes de alta temperatura y proteger las piezas y el entorno circundante.
Consejos prácticos para anodizar duro
Control de corriente y voltaje
La densidad actual de la anodización dura es generalmente de 2-5 A/DM², y el voltaje es de más de 25V, y el más alto puede incluso alcanzar las 100 V. Durante la operación, la corriente y el voltaje deben ajustarse de acuerdo con los requisitos del material de la aleación de aluminio, la forma de la pieza y la película de óxido. Para piezas más complejas o la necesidad de una película de óxido más gruesa, la densidad de corriente y el voltaje pueden aumentarse adecuadamente, pero se debe prestar atención a aumentar gradualmente el voltaje para evitar el voltaje inicial excesivo, lo que resulta en una disminución en la calidad de la película de óxido, la película blanda, la opaca, el polvo, el no desgaste y otros problemas.
Selección de la fuente de alimentación
La fuente de alimentación de alimentación de pulso o la fuente de alimentación de forma de onda especial es una opción más adecuada para anodizar duro. Especialmente para una aleación de aluminio de cobre alta o aleación de aluminio de fundición de silicio alto, la anodización ordinaria de CC a menudo es pobre. La fuente de alimentación pulsada proporciona un control de corriente más preciso, lo que ayuda a mejorar la calidad y la uniformidad de la película de óxido.
Gestión de la temperatura del tanque
La temperatura del baño tiene un efecto importante en la calidad de la película de óxido anódico duro. En general, la temperatura del tanque para anodizar duro debe controlarse a continuación 5 ° C, porque cuanto menor sea la temperatura, mayor será la dureza de la película de óxido. Para lograr y mantener bajas temperaturas, generalmente es necesario tener equipos de refrigeración, como el enfriador. Al mismo tiempo, preste atención a revolver el líquido del tanque para garantizar la temperatura uniforme.
Ajuste de concentración de líquido del tanque
Tomando el anodizado del ácido sulfúrico como ejemplo, la concentración de anodización dura del tanque generalmente es inferior al 15%. La calidad de la película de óxido se puede optimizar ajustando la concentración del baño. Cuando es necesario obtener una película de óxido de dureza más gruesa y más alta, la concentración del tanque puede reducirse adecuadamente. Sin embargo, una concentración demasiado baja puede afectar la tasa de crecimiento de la película de óxido, por lo que debe equilibrarse de acuerdo con las necesidades específicas.
Agregar ácidos orgánicos
Agregar ácido oxálico, ácido tartárico y otros ácidos orgánicos al baño puede mejorar la dureza de la película. Al elegir ácidos orgánicos, se debe considerar su compatibilidad con el ácido sulfúrico y su impacto en las propiedades de las películas de óxido. La cantidad agregada debe determinarse de acuerdo con el experimento y la experiencia, demasiado o muy poco puede afectar el efecto de oxidación.
Aplicaciones de anodización dura
Aeroespacial
En el campo aeroespacial, la anodización dura juega un papel indispensable. Las piezas del motor de la aeronave, como las cuchillas de la turbina, los pistones, etc., después del tratamiento de anodización duro, pueden resistir las condiciones extremas provocadas por la alta temperatura, alta presión y operación de alta velocidad, mejorar significativamente el desgaste y la resistencia a la corrosión de las piezas, para garantizar la seguridad del vuelo. Algunas partes clave de la estructura del fuselaje, como los conectores y las piezas de soporte, también utilizan procesos de anodización dura para mejorar su resistencia y durabilidad, reduciendo el peso del fuselaje al tiempo que garantiza la estabilidad estructural.
La industria del automóvil
La anodización dura se usa ampliamente en la industria del automóvil. Las piezas automotrices del motor, como válvulas, árboles de levas, etc., pueden resistir efectivamente el desgaste y la corrosión después del tratamiento, y extender la vida útil del motor. El cilindro hidráulico es anodizado duro para mantener una buena resistencia al sellado y al desgaste en entornos de trabajo de alta presión. Además, algunos componentes del sistema de frenado también se benefician de este proceso, mejorando el rendimiento general y la seguridad del automóvil.
Campo electrónico
En el campo de la electrónica, la anodización dura juega un papel importante. La concha de dispositivos electrónicos, como la carcasa de metal de los teléfonos móviles y las computadoras, tiene una buena resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión después del tratamiento, y también puede proporcionar un cierto efecto de blindaje electromagnético. El disipador de calor adopta un proceso de anodización duro, que no solo puede aumentar el área superficial y mejorar la eficiencia de la disipación de calor, sino también evitar la oxidación y la corrosión, y garantizar la estabilidad a largo plazo del rendimiento de la disipación de calor.
Industria militar
El rendimiento de las piezas en la industria militar es muy alto, y el proceso de anodización duro se ha aplicado en ella con resultados notables. Los componentes del arma, como el barril y el perno, se tratan para mantener un buen rendimiento en entornos operativos duros. Algunos componentes clave de los equipos de radar, como la antena y la guía de ondas, mejoran mediante el tratamiento de anodización duro para mejorar su resistencia a la intemperie y sus propiedades electromagnéticas, y garantizar la confiabilidad y estabilidad del equipo. Obtener una cotización
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