Explorando a anodização dura: processos, vantagens e técnicas

Conceitos e categorias

A anodização dura é um processo especial de tratamento de superfície, usado principalmente em materiais de alumínio e ligas de alumínio. Ele é projetado para formar uma película de óxido dura, resistente ao desgaste, à corrosão e com bom isolamento e resistência ao calor na superfície do material por meio de oxidação eletrolítica. Este processo é adequado para peças de alumínio e ligas de alumínio que exigem alta resistência ao desgaste, resistência ao calor e boas propriedades de isolamento, como paredes internas de vários cilindros, pistões, bujões de vapor, cilindros, rolamentos, pisos de porões de carga de aeronaves, barras de roletes e guias , equipamentos hidráulicos, impulsores de vapor, niveladores, engrenagens e peças de amortecimento.

Princípios básicos

No processo de anodização dura, a reação catódica é a seguinte: 4H+ + 4e- = 2H₂↑; A reação do ânodo é: 4 oh < e aí? > - < / e aí > - 4e < e aí? > - < / e aí > = 2 horas < sub > 2 < / sub > O + O < sub > 2 < / sub > escrever; A reação de oxidação do alumínio é: 2Al + 3O → Al₂O₃.

O espessamento do filme de óxido é um processo dinâmico. O filme de óxido engrossa gradualmente com o aumento do tempo e da corrente de eletrificação. Isso ocorre porque os átomos de oxigênio resultantes são mais reativos que o oxigênio no estado molecular e têm maior probabilidade de reagir com o alumínio para formar uma película de óxido. Ao mesmo tempo, porém, o filme de óxido resultante se dissolve em uma solução ácida. Somente quando a taxa de formação do filme de óxido é maior que a taxa de dissolução, o filme de óxido pode continuar a engrossar. Quando as duas velocidades são iguais, a espessura do filme de óxido não aumenta. Se a taxa de oxidação for muito maior que a taxa de dissolução, é fácil formar uma película de óxido em pó na superfície do alumínio e da liga de alumínio.

Para obter um filme de óxido mais espesso, é necessário aplicar uma tensão externa mais elevada para superar a alta resistência do filme de óxido. No entanto, isso levará a um aumento na corrente, resultando em um fenômeno de aquecimento severo, e o calor liberado quando o filme de óxido é gerado fará com que a temperatura do eletrólito ao redor das peças aumente acentuadamente. O aumento da temperatura acelerará a dissolução do filme de óxido e afetará o efeito espessante do filme de óxido. Portanto, geralmente é necessário usar uma combinação de equipamento de resfriamento e agitação para manter a estabilidade da temperatura do eletrólito, a fim de obter um filme de óxido duro de alta qualidade.

Pré-tratamento

O pré-tratamento é uma etapa crucial antes da anodização rígida. Primeiro, a superfície do alumínio ou de suas ligas precisa ser desengordurada, geralmente usando soluções alcalinas para remover o óleo da superfície. Os óxidos e impurezas superficiais são então removidos por decapagem, que normalmente inclui uma mistura de ácido nítrico e ácido fosfórico. Esta etapa proporciona uma superfície limpa para o posterior processo de anodização, garantindo a qualidade e aderência do filme de óxido.

Anodização

Num eletrólito específico, tal como uma solução de ácido sulfúrico ou uma solução de ácido sulfúrico adicionada de ácidos orgânicos, é realizada uma reação eletrolítica para formar uma película de óxido. Neste processo, parâmetros como densidade de corrente, tensão e temperatura precisam ser rigorosamente controlados. De modo geral, a densidade de corrente é 2-6 A/dm2, a tensão está entre 40-90 V e a temperatura precisa ser ajustada de acordo com os requisitos específicos do processo. Ao mesmo tempo, é necessário garantir que a posição das peças no eletrolisador seja uniforme para obter um filme de óxido de espessura uniforme.

Lavagem

A função do enxágue é remover impurezas e resíduos do eletrólito aderido à superfície da peça. Geralmente é enxaguado várias vezes com água fria corrente para garantir uma limpeza completa. Esta etapa pode reduzir a influência de impurezas nas etapas subsequentes de tratamento e melhorar a qualidade e o desempenho do filme de óxido.

Vedação protetora

A importância do tratamento de vedação é preencher os microporos do filme de óxido, melhorar a densidade e a resistência à corrosão do filme. Os métodos de vedação comuns incluem vedação com água quente, vedação a vapor e vedação química. Por exemplo, a vedação com água quente consiste em mergulhar as peças em água quente a 90-100 ° C por um período de tempo, para que os microporos do filme de óxido sejam preenchidos com produtos de hidratação. A selagem química é o uso de agentes químicos específicos para tratar a superfície do filme de óxido para formar uma camada protetora.

Formação de filme

O processo de formação do filme geralmente envolve cozimento em altas temperaturas. As partes fechadas são colocadas em um forno de alta temperatura e cozidas sob certas condições de temperatura e tempo. Isto faz com que o filme de óxido sofra novas alterações estruturais, formando um revestimento superficial mais denso e duro. A temperatura geralmente fica entre 150-200 ° C, e o tempo de cozimento depende da espessura do filme e do material.

Pós-processamento

O tratamento superficial da amostra após a formação do filme, como o polimento, pode melhorar o acabamento superficial, a coloração pode dar à peça uma cor específica, a cerâmica pode aumentar ainda mais a dureza e a resistência ao desgaste da superfície. O polimento pode ser feito por polimento mecânico ou polimento químico. A coloração é obtida por imersão em uma solução de tingimento específica. O processamento cerâmico requer processos e equipamentos especiais para ser concluído.

Alta dureza e resistência ao desgaste

A superfície metálica anodizada dura forma uma camada de óxido espessa e extremamente dura, que pode atingir 400-600HV em liga de alumínio e até exceder 1500HV em alumínio puro. Isso faz com que a superfície tratada tenha excelente resistência ao desgaste e possa resistir efetivamente ao atrito e ao desgaste, prolongando bastante a vida útil da peça.

Excelente resistência à corrosão

A camada de óxido pode resistir eficazmente à erosão da maioria dos produtos químicos, reduzindo significativamente o risco de oxidação e corrosão da superfície metálica. Seja em ambientes ácidos, alcalinos ou neutros, pode manter uma boa estabilidade e fornecer proteção confiável para as peças.

Bom isolamento elétrico

O filme de óxido tem bom desempenho de isolamento elétrico, sua resistividade é grande e a tensão de ruptura pode atingir mais de 2.000 V. Esse recurso torna a anodização dura amplamente utilizada em campos eletrônicos, elétricos e outros, e pode prevenir eficazmente a ocorrência de vazamento de corrente e corrosão elétrica.

Outras vantagens

Estabilidade de cor: A superfície metálica após anodização dura pode mostrar uma variedade de cores, como preto, prata, etc., e a cor é muito estável, não é fácil de desbotar e pode manter a beleza a longo prazo.

Estética: A superfície tratada apresenta bom brilho e textura, o que pode melhorar o grau e a estética das peças.

Isolamento térmico: O filme de óxido possui certas propriedades de isolamento térmico, que podem reduzir a transferência de calor em ambientes de alta temperatura e proteger as peças e o ambiente circundante.

Controle de corrente e tensão

A densidade de corrente da anodização dura é geralmente de 2-5 A/dm², e a tensão é superior a 25V, e a mais alta pode até chegar a 100V. Durante a operação, a corrente e a tensão devem ser ajustadas de acordo com os requisitos do material da liga de alumínio, do formato da peça e do filme de óxido. Para peças mais complexas ou com necessidade de filme de óxido mais espesso, a densidade de corrente e a tensão podem ser aumentadas adequadamente, mas deve-se prestar atenção ao aumento gradual da tensão para evitar tensão inicial excessiva, resultando em um declínio na qualidade do filme de óxido, suave filme, fosco, em pó, sem desgaste e outros problemas.

Seleção da fonte de alimentação

A fonte de alimentação de pulso ou a fonte de alimentação com forma de onda especial são uma escolha mais adequada para anodização rígida. Especialmente para ligas de alumínio com alto teor de cobre ou ligas de alumínio fundido com alto teor de silício, a anodização CC comum costuma ser ruim. A fonte de alimentação pulsada proporciona um controle de corrente mais preciso, o que ajuda a melhorar a qualidade e uniformidade do filme de óxido.

Gerenciamento de temperatura do tanque

A temperatura do banho tem um efeito importante na qualidade do filme duro de óxido anódico. Em geral, a temperatura do tanque para anodização dura deve ser controlada abaixo 5 ° C, pois quanto menor a temperatura, maior a dureza do filme de óxido gerado. Para atingir e manter baixas temperaturas, normalmente é necessário contar com equipamentos de refrigeração, como um chiller. Ao mesmo tempo, preste atenção ao agitar o líquido do tanque para garantir uma temperatura uniforme.

Ajuste de concentração de líquido do tanque

Tomando como exemplo a anodização com ácido sulfúrico, a concentração de anodização dura no tanque é geralmente inferior a 15%. A qualidade do filme de óxido pode ser otimizada ajustando a concentração do banho. Quando for necessário obter um filme de óxido mais espesso e de maior dureza, a concentração no tanque pode ser reduzida adequadamente. No entanto, uma concentração muito baixa pode afetar a taxa de crescimento do filme de óxido, por isso precisa ser balanceada de acordo com necessidades específicas.

Adicionando ácidos orgânicos

Adicionar ácido oxálico, ácido tartárico e outros ácidos orgânicos ao banho pode melhorar a dureza do filme. Ao escolher ácidos orgânicos, deve-se considerar sua compatibilidade com o ácido sulfúrico e seu impacto nas propriedades dos filmes de óxido. A quantidade adicionada deve ser determinada de acordo com experimento e experiência, muito ou pouco pode afetar o efeito de oxidação.

Aeroespacial

No campo aeroespacial, a anodização dura desempenha um papel indispensável. Peças de motores de aeronaves, como pás de turbina, pistões, etc., após tratamento de anodização rígido, podem suportar as condições extremas trazidas por alta temperatura, alta pressão e operação em alta velocidade, melhorando significativamente o desgaste e a resistência à corrosão das peças, para garantir o voo segurança. Algumas partes importantes da estrutura da fuselagem, como conectores e peças de suporte, também utilizam processos de anodização rígida para aumentar sua resistência e durabilidade, reduzindo o peso da fuselagem e garantindo a estabilidade estrutural.

A indústria automobilística

A anodização dura é amplamente utilizada na indústria automobilística. Peças de motores automotivos, como válvulas, árvores de cames, etc., podem resistir efetivamente ao desgaste e à corrosão após o tratamento e prolongar a vida útil do motor. O cilindro hidráulico é anodizado para manter uma boa vedação e resistência ao desgaste em ambientes de trabalho de alta pressão. Além disso, alguns componentes do sistema de travagem também beneficiam deste processo, melhorando o desempenho geral e a segurança do automóvel.

Campo eletrônico

No campo da eletrônica, a anodização dura desempenha um papel importante. O invólucro de dispositivos eletrônicos, como o invólucro metálico de telefones celulares e computadores, tem boa resistência ao desgaste e à corrosão após o tratamento e também pode fornecer um certo efeito de blindagem eletromagnética. O dissipador de calor adota um processo de anodização rígida, que pode não apenas aumentar a área de superfície e melhorar a eficiência da dissipação de calor, mas também prevenir a oxidação e a corrosão e garantir a estabilidade a longo prazo do desempenho de dissipação de calor.

indústria militar

O desempenho das peças na indústria militar é muito alto, e o processo de anodização dura foi aplicado nela com resultados notáveis. Os componentes da arma, como o cano e o ferrolho, são tratados para manter um bom desempenho em ambientes operacionais adversos. Alguns componentes-chave do equipamento de radar, como a antena e o guia de ondas, são aprimorados por tratamento de anodização rígida para melhorar sua resistência às intempéries e propriedades eletromagnéticas, além de garantir a confiabilidade e estabilidade do equipamento. Faça uma cotação