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Explorando el anodizado duro: procesos, ventajas y técnicas
2024-08-26
Definición y principio del anodizado duro.
Conceptos y categorías
El anodizado duro es un proceso de tratamiento de superficies especial, utilizado principalmente en materiales de aluminio y aleaciones de aluminio. Está diseñado para formar una película de óxido dura, resistente al desgaste, resistente a la corrosión y con buen aislamiento y resistente al calor en la superficie del material mediante oxidación electrolítica. Este proceso es adecuado para piezas de aluminio y aleaciones de aluminio que requieren alta resistencia al desgaste, resistencia al calor y buenas propiedades de aislamiento, como las paredes internas de varios cilindros, pistones, tapones de vapor, cilindros, cojinetes, pisos de bodegas de carga de aviones, barras de rodillos y guías. , equipos hidráulicos, impulsores de vapor, niveladores, engranajes y piezas de cojines.
Principios básicos
En el proceso de anodizado duro, la reacción del cátodo es la siguiente: 4H
El espesamiento de la película de óxido es un proceso dinámico. La película de óxido se espesa gradualmente con el aumento del tiempo y la corriente de electrificación. Esto se debe a que los átomos de oxígeno resultantes son más reactivos que el oxígeno en estado molecular y es más probable que reaccionen con el aluminio para formar una película de óxido. Al mismo tiempo, sin embargo, la película de óxido resultante se disuelve en una solución ácida. Sólo cuando la velocidad de formación de la película de óxido es mayor que la velocidad de disolución, la película de óxido puede continuar espesándose. Cuando las dos velocidades son iguales, el espesor de la película de óxido no aumenta. Si la velocidad de oxidación es mucho mayor que la velocidad de disolución, es fácil que la superficie del aluminio y la aleación de aluminio forme 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 provocará un aumento de la corriente, lo que provocará un fenómeno de calentamiento grave, y el calor liberado cuando se genera la película de óxido hará que la temperatura del electrolito alrededor de las piezas aumente bruscamente. El aumento de temperatura acelerará la disolución de la película de óxido y afectará el efecto espesante de la película de óxido. Por lo tanto, normalmente es necesario utilizar una combinación de equipo de enfriamiento y agitación para mantener la estabilidad de la temperatura del electrolito con el fin de obtener una película de óxido duro de alta calidad.
Pasos del proceso para anodizado duro
Pretratamiento
El pretratamiento es un paso crucial antes del anodizado duro. Primero, es necesario desengrasar la superficie del aluminio o sus aleaciones, generalmente utilizando soluciones alcalinas para eliminar el aceite de la superficie. Luego, los óxidos y las impurezas de la superficie se eliminan mediante decapado, que comúnmente incluye una mezcla de ácido nítrico y ácido fosfórico. Este paso proporciona una superficie limpia para el posterior proceso de anodizado, asegurando la calidad y adherencia de la película de óxido.
Anodizado
En un electrolito específico, como una solución de ácido sulfúrico o una solución de ácido sulfúrico al que se le añaden ácidos orgánicos, se realiza una reacción electrolítica para formar una película de óxido. En este proceso, es necesario controlar estrictamente parámetros como la densidad de corriente, el voltaje y la temperatura. En términos generales, la densidad de corriente es de 2-6 A/dm
Enjuague
La función del enjuague es eliminar impurezas y residuos del electrolito adherido a la superficie de la pieza. Se suele enjuagar varias veces con agua corriente fría para asegurar una limpieza profunda. 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 el sellado con agua caliente, el sellado con vapor y el sellado químico. Por ejemplo, el sellado con agua caliente consiste en remojar las piezas en agua caliente a 90-100 ° C durante un periodo de tiempo, de modo que los microporos de la película de óxido se llenen 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 de película
El proceso de formación de película suele implicar un horneado a altas temperaturas. Las piezas cerradas se introducen en un horno de alta temperatura y se cuecen en determinadas condiciones de temperatura y tiempo. Esto hace que la película de óxido sufra más cambios estructurales, formando un revestimiento superficial más denso y duro. La temperatura generalmente está entre 150-200 ° C, y el tiempo de horneado depende del espesor de la película y del material.
Postprocesamiento
El tratamiento superficial de la muestra después de la formación de la película, como el pulido, puede mejorar el acabado de la superficie, la coloración puede dar a la pieza un color específico y la cerámica puede mejorar aún más la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie. El pulido se puede realizar mediante pulido mecánico o pulido químico. La coloración se consigue sumergiendo en una solución colorante específica. El procesamiento cerámico requiere procesos y equipos especiales para completarse.
Ventajas del anodizado duro
Alta dureza y resistencia al desgaste.
La superficie de metal anodizado duro forma una capa de óxido gruesa y extremadamente dura, que puede alcanzar 400-600 HV en aleación de aluminio e incluso superar 1500 HV en aluminio puro. Esto hace que la superficie tratada tenga una excelente resistencia al desgaste y pueda resistir eficazmente la fricción y el desgaste, extendiendo en gran medida la vida útil de la pieza.
Excelente resistencia a la corrosión
La capa de óxido puede resistir eficazmente 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 ambientes ácidos, alcalinos o neutros, puede mantener una buena estabilidad y brindar 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 ruptura puede alcanzar más de 2000 V. Esta característica hace que el anodizado duro se utilice ampliamente en los campos electrónico, eléctrico y otros, y puede prevenir eficazmente la aparición de fugas de corriente y corrosión eléctrica.
Otras ventajas
Estabilidad del color: la superficie del metal después del anodizado duro puede mostrar una variedad de colores, como negro, plateado, etc., y el color es muy estable, no se desvanece fácilmente y puede mantener la belleza a largo plazo.
Estética: La superficie tratada tiene buen brillo y textura, lo que puede mejorar el grado y la estética de las piezas.
Aislamiento térmico: 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 el anodizado duro
Control de corriente y voltaje.
La densidad de corriente del anodizado duro es generalmente de 2-5 A/dm², y el voltaje es superior a 25V, y el más alto puede llegar incluso a 100V. Durante el funcionamiento, la corriente y el voltaje deben ajustarse según 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 se pueden aumentar adecuadamente, pero se debe prestar atención a aumentar gradualmente el voltaje para evitar un voltaje inicial excesivo que provoque una disminución en la calidad de la película de óxido, suave. película, sin brillo, polvo, sin desgaste y otros problemas.
Selección de fuente de alimentación
La fuente de alimentación por impulsos o la fuente de alimentación con forma de onda especial es una opción más adecuada para el anodizado duro. Especialmente para aleaciones de aluminio con alto contenido de cobre o aleaciones de aluminio fundido con alto contenido de silicio, el anodizado CC ordinario suele ser deficiente. La fuente de alimentación pulsada proporciona un control de corriente más preciso, lo que ayuda a mejorar la calidad y uniformidad de la película de óxido.
Gestión de la temperatura del tanque
La temperatura del baño tiene un efecto importante sobre la calidad de la película de óxido anódico duro. En general, la temperatura del tanque para anodizado duro debe controlarse por debajo 5 ° C, porque cuanto menor es la temperatura, mayor es la dureza de la película de óxido generada. Para conseguir y mantener bajas temperaturas suele ser necesario disponer de equipos de refrigeración, como por ejemplo un chiller. Al mismo tiempo, preste atención a agitar el líquido del tanque para asegurar una temperatura uniforme.
Ajuste de concentración de líquido del tanque
Tomando como ejemplo el anodizado con ácido sulfúrico, la concentración del tanque de anodizado duro es generalmente inferior al 15%. La calidad de la película de óxido se puede optimizar ajustando la concentración del baño. Cuando sea necesario obtener una película de óxido más espesa y de mayor dureza, se puede reducir adecuadamente la concentración del tanque. Sin embargo, una concentración demasiado baja puede afectar la tasa de crecimiento de la película de óxido, por lo que es necesario equilibrarla según las necesidades específicas.
Añadiendo 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 según el experimento y la experiencia; demasiado o muy poco puede afectar el efecto de oxidación.
Aplicaciones del anodizado duro
Aeroespacial
En el sector aeroespacial, el anodizado duro juega un papel indispensable. Las piezas de motores de aviones, como palas de turbinas, pistones, etc., después de un tratamiento de anodizado duro, pueden soportar las condiciones extremas provocadas por el funcionamiento a alta temperatura, alta presión y alta velocidad, mejorando significativamente la resistencia al desgaste y a la corrosión de las piezas para garantizar el vuelo. seguridad. Algunas partes clave de la estructura del fuselaje, como los conectores y las piezas de soporte, también utilizan procesos de anodizado duro para mejorar su resistencia y durabilidad, reduciendo el peso del fuselaje y garantizando al mismo tiempo la estabilidad estructural.
la industria del automóvil
El anodizado duro se utiliza ampliamente en la industria del automóvil. Las piezas de motores de automóviles, como válvulas, árboles de levas, etc., pueden resistir eficazmente el desgaste y la corrosión después del tratamiento y prolongar la vida útil del motor. El cilindro hidráulico está anodizado duro para mantener un buen sellado y resistencia al desgaste en entornos de trabajo de alta presión. Además, algunos componentes del sistema de frenos también se benefician de este proceso, mejorando el rendimiento general y la seguridad del coche.
campo electronico
En el campo de la electrónica el anodizado duro juega un papel importante. La carcasa de los dispositivos electrónicos, como la carcasa metálica de los teléfonos móviles y las computadoras, tiene buena resistencia al desgaste y a la corrosión después del tratamiento y también puede proporcionar un cierto efecto de protección electromagnética. El disipador de calor adopta un proceso de anodizado duro, que no solo puede aumentar el área de superficie y mejorar la eficiencia de disipación de calor, sino que también previene la oxidación y la corrosión y garantiza la estabilidad a largo plazo del rendimiento de disipación de calor.
industria militar
El rendimiento de las piezas en la industria militar es muy alto, y en ella se ha aplicado el proceso de anodizado duro con resultados notables. Los componentes del arma, como el cañón y el cerrojo, están tratados para mantener un buen rendimiento en entornos operativos hostiles. Algunos componentes clave de los equipos de radar, como la antena y la guía de ondas, se mejoran mediante un tratamiento de anodizado duro para mejorar su resistencia a la intemperie y sus propiedades electromagnéticas, y garantizar la confiabilidad y estabilidad del equipo. Consigue una cotización
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