硬質陽極酸化の探求: プロセス、利点、および技術

概念とカテゴリー

硬質陽極酸化処理は、主にアルミニウムおよびアルミニウム合金材料に使用される特殊な表面処理プロセスです。 電解酸化により材料の表面に硬く、耐摩耗性、耐食性、絶縁性、耐熱性に優れた酸化皮膜を形成するように設計されています。 このプロセスは、さまざまなシリンダーの内壁、ピストン、スチームプラグ、シリンダー、ベアリング、航空機の貨物室の床、ローラーバー、ガイドなど、高い耐摩耗性、耐熱性、良好な絶縁特性を必要とするアルミニウムおよびアルミニウム合金部品に適しています。 、油圧機器、スチームインペル、レベラー、ギヤ、クッション部品など。

基本原則

硬質陽極酸化プロセスでは、陰極反応は次のようになります: 4H<すする>+ +4e<すする>- = 2H<サブ>2&うーあーる;;アノード反応は次のとおりです: 4 oh < すする > - < / すする > - 4e < すする > - < / すする > = 2時間 < サブ > 2 < /サブ > O + O < サブ > 2 < /サブ > 書く;アルミニウムの酸化反応は2Al + 3Oです。 → アル<サブ>2O<サブ>3.

酸化膜の厚化は動的プロセスです。 酸化皮膜は通電時間や通電電流の増加とともに徐々に厚くなります。 これは、生成した酸素原子が分子状態の酸素よりも反応性が高く、アルミニウムと反応して酸化皮膜を形成しやすいためである。 しかし同時に、得られる酸化膜は酸性溶液に溶解します。 酸化膜の形成速度が溶解速度より大きい場合にのみ、酸化膜は厚くなり続けることができます。 ２つの速度が等しい場合、酸化膜の厚さは増加しない。 酸化速度が溶解速度よりも速すぎると、アルミニウムおよびアルミニウム合金の表面に粉末状の酸化皮膜が形成されやすくなります。

より厚い酸化膜を得るためには、酸化膜の高抵抗を克服するためにより高い外部電圧を印加する必要がある。 しかし、そうすると電流が増加して激しい発熱現象が起こり、酸化皮膜生成時の発熱により部品周囲の電解液温度が急激に上昇します。 温度の上昇は酸化皮膜の溶解を促進し、酸化皮膜の増厚効果に影響を与えます。 したがって、高品質の硬質酸化皮膜を得るには、通常、冷却装置と撹拌を組み合わせて電解液の温度安定性を維持する必要があります。

前処理

前処理は硬質陽極酸化の前に重要なステップです。 まず、アルミニウムまたはその合金の表面を脱脂する必要があります。通常はアルカリ溶液を使用して表面から油を除去します。 次に、表面の酸化物と不純物は酸洗いによって除去されます。酸洗いには通常、硝酸とリン酸の混合物が含まれます。 このステップにより、後続の陽極酸化プロセスのためのきれいな表面が提供され、酸化膜の品質と密着性が確保されます。

陽極酸化

硫酸溶液や硫酸に有機酸を添加した溶液などの特定の電解質中で電解反応が行われ、酸化皮膜が形成される。 このプロセスでは、電流密度、電圧、温度などのパラメータを厳密に制御する必要があります。 一般に、電流密度は 2 ～ 6 A/dm です。<すする>2、電圧は 40 ～ 90 V であり、温度は特定のプロセス要件に従って調整する必要があります。 同時に、均一な厚さの酸化膜を得るために、電解槽内の部品の位置が均一であることを保証する必要があります。

すすぎ

リンスの役割は、部品の表面に付着した電解液から不純物や残留物を除去することです。 通常、完全に洗浄するために冷水で数回洗い流します。 このステップにより、後続の処理ステップにおける不純物の影響を軽減し、酸化膜の品質と性能を向上させることができます。

保護シール

封孔処理の意義は酸化皮膜の微細孔を埋め、皮膜の緻密性と耐食性を向上させることにあります。 一般的なシール方法には、熱水シール、蒸気シール、ケミカルシールなどがあります。 例えば、熱湯シールとは90℃の熱湯に部品を浸すことです。100 ° 酸化膜の微細孔が水和生成物で満たされるように、１００℃で一定時間加熱する。 ケミカルシールとは、特殊な薬剤を用いて酸化皮膜の表面を処理し、保護層を形成することです。

膜形成

成膜プロセスでは通常、高温でのベーキングが行われます。 閉じた部品を高温の炉に入れ、一定の温度と時間の条件下で焼きます。 これにより、酸化膜にさらなる構造変化が生じ、より緻密で硬い表面コーティングが形成されます。 温度は通常 150 ～200 ° 焼成時間は膜厚や材質により異なります。

後処理

膜形成後のサンプルの表面処理（研磨など）により表面仕上げを改善したり、着色により部品に特定の色を与えることができ、セラミックにより表面の硬度と耐摩耗性をさらに向上させることができます。 研磨は、機械研磨または化学研磨により行うことができる。 特殊な染液に浸すことで色を付けます。 セラミック加工には特殊な工程と設備が必要です。

高い硬度と耐摩耗性

硬質陽極酸化金属表面は厚く非常に硬い酸化物層を形成し、アルミニウム合金では 400 ～ 600HV に達し、純アルミニウムでは 1500HV を超えることもあります。 これにより、処理された表面は優れた耐摩耗性を持ち、摩擦や摩耗に効果的に耐えることができ、部品の耐用年数が大幅に延長されます。

優れた耐食性

酸化層はほとんどの化学物質の浸食に効果的に抵抗し、金属表面の酸化や腐食のリスクを大幅に軽減します。 酸性、アルカリ性、中性のいずれの環境であっても、良好な安定性を維持し、部品を確実に保護します。

優れた電気絶縁性

酸化皮膜は電気絶縁性に優れ、比抵抗が大きく、耐電圧は2000V以上に達します。 この特徴により、硬質陽極酸化処理は電子、電気、その他の分野で広く使用されており、電流漏れや電食の発生を効果的に防止できます。

その他の利点

色の安定性：硬質陽極酸化後の金属表面は、黒、銀などのさまざまな色を示すことができ、色は非常に安定しており、色あせしにくく、長期的な美しさを維持できます。

美観：処理された表面には良好な光沢と質感があり、部品の品位と美観を向上させることができます。

断熱性: 酸化膜には一定の断熱特性があり、高温環境での熱伝達を軽減し、部品と周囲の環境を保護します。

電流と電圧の制御

硬質陽極酸化の電流密度は一般的に 2 ～ 5 A/dm です。²、電圧は25Vを超え、最高では100Vに達することもあります。 使用時には、アルミニウム合金の材質、部品の形状、酸化皮膜の要件に応じて電流と電圧を調整する必要があります。 より複雑な部品やより厚い酸化膜が必要な場合は、電流密度と電圧を適切に増加させることができますが、初期電圧が過剰になり、酸化膜の品質が低下することを避けるために、電圧を徐々に増加させることに注意してください。フィルム、くすみ、パウダー、摩耗などの問題はありません。

電源の選択

硬質アルマイト処理にはパルス電源や特殊波形電源の方が適しています。 特に銅の多いアルミニウム合金やシリコンの多い鋳造アルミニウム合金の場合、通常の直流陽極酸化処理では不十分な場合が多いです。 パルス電源により、より正確な電流制御が可能になり、酸化膜の品質と均一性の向上に役立ちます。

タンクの温度管理

浴の温度は硬質陽極酸化皮膜の品質に重要な影響を与えます。 一般に、硬質アルマイト処理のタンク温度は以下に制御する必要があります。 5 ° 温度が低いほど生成する酸化皮膜の硬度が高くなるためである。 低温を達成および維持するには、通常、チラーなどの冷凍装置が必要です。 同時に、タンクの液体をかき混ぜて均一な温度を確保するように注意してください。

タンク液濃度調整

硫酸アルマイトを例にとると、硬質アルマイトのタンク濃度は一般に 15% 未満です。 浴の濃度を調整することにより、酸化皮膜の質を最適化することができる。 より厚く、より高硬度の酸化皮膜を得る必要がある場合には、タンク濃度を適宜低減することができる。 ただし、濃度が低すぎると酸化膜の成長速度に影響を与える可能性があるため、特定のニーズに応じてバランスをとる必要があります。

有機酸の添加

シュウ酸、酒石酸、その他の有機酸を浴に添加すると、膜の硬度を向上させることができます。 有機酸を選択するときは、硫酸との適合性と酸化膜の特性への影響を考慮する必要があります。 添加量は実験と経験に従って決定する必要があり、多すぎても少なすぎても酸化効果に影響を与える可能性があります。

航空宇宙

航空宇宙分野では硬質アルマイト処理が欠かせない役割を果たしています。 硬質陽極酸化処理後のタービンブレード、ピストンなどの航空機エンジン部品は、高温、高圧、高速運転による極限条件に耐えることができ、部品の耐摩耗性と耐食性が大幅に向上し、飛行を保証します。安全性。 コネクターやサポート部品などの機体構造の一部の主要部品にも、強度と耐久性を高めるために硬質陽極酸化プロセスが使用されており、構造の安定性を確保しながら機体の重量を軽減しています。

自動車産業

硬質陽極酸化処理は自動車産業で広く使用されています。 バルブ、カムシャフトなどの自動車エンジン部品は、処理後の摩耗や腐食に効果的に耐え、エンジンの耐用年数を延ばします。 油圧シリンダーは硬質陽極酸化処理されており、高圧作業環境でも良好なシール性と耐摩耗性を維持します。 さらに、ブレーキ システムの一部のコンポーネントもこのプロセスの恩恵を受け、車の全体的なパフォーマンスと安全性が向上します。

電子分野

エレクトロニクスの分野では、硬質陽極酸化処理が重要な役割を果たします。 携帯電話やコンピュータの金属シェルなどの電子機器のシェルは、処理後の耐摩耗性と耐食性に優れており、一定の電磁シールド効果も提供できます。 ヒートシンクは硬質陽極酸化処理を採用しており、表面積を増やして放熱効率を向上させるだけでなく、酸化や腐食を防ぎ、放熱性能の長期安定性を確保します。

軍事産業

軍事産業における部品の性能は非常に高く、それには硬質アルマイト処理が施され、顕著な成果を上げています。 銃身やボルトなどの武器の部品は、過酷な使用環境でも良好な性能を維持できるように処理されています。 アンテナや導波管などレーダー機器の主要部品の一部には硬質陽極酸化処理が施され、耐候性や電磁特性が向上し、機器の信頼性と安定性が確保されています。 見積もりを取得