Изучение твердого анодирования: процессы, преимущества и методы

(1) Понятия и категории

Твердое анодирование — это специальный процесс обработки поверхности, в основном используемый для алюминия и материалов из алюминиевых сплавов. Он предназначен для образования на поверхности материала посредством электролитического оксидирования прочной, износостойкой, коррозионностойкой, хорошей изолирующей и термостойкой оксидной пленки. Этот процесс подходит для деталей из алюминия и алюминиевых сплавов, которым требуется высокая износостойкость, термостойкость и хорошие изоляционные свойства, таких как внутренние стенки различных цилиндров, поршни, паровые пробки, цилиндры, подшипники, полы грузовых отсеков самолетов, роликовые опоры и направляющие. , гидравлическое оборудование, паровые двигатели, выравниватели, шестерни и детали подушек.

(2) Основные принципы

В процессе жесткого анодирования катодная реакция выглядит следующим образом: 4H<Как дела>+ + 4е<Как дела>- = 2H<суб>2&уарр;; Анодная реакция: 4 oh < Как дела > - < / Как дела > - 4 е < Как дела > - < / Как дела > = 2 часа < суб > 2 < / суб > O + O < суб > 2 < / суб > писать; Реакция окисления алюминия: 2Al + 3O. → Ал<суб>2O<суб>3.

Утолщение оксидной пленки представляет собой динамический процесс. Оксидная пленка постепенно утолщается с увеличением времени и силы электризации. Это связано с тем, что образующиеся атомы кислорода более реакционноспособны, чем кислород в молекулярном состоянии, и с большей вероятностью вступят в реакцию с алюминием с образованием оксидной пленки. Однако в то же время образующаяся оксидная пленка растворяется в кислом растворе. Только когда скорость образования оксидной пленки превышает скорость растворения, оксидная пленка может продолжать утолщаться. Когда две скорости равны, толщина оксидной пленки не увеличивается. Если скорость окисления намного превышает скорость растворения, на поверхности алюминия и алюминиевых сплавов легко образуется порошкообразная оксидная пленка.

Чтобы получить более толстую оксидную пленку, необходимо приложить более высокое внешнее напряжение, чтобы преодолеть высокое сопротивление оксидной пленки. Однако это приведет к увеличению тока, что приведет к сильному нагреву, а тепло, выделяющееся при образовании оксидной пленки, приведет к резкому повышению температуры электролита вокруг деталей. Повышение температуры ускорит растворение оксидной пленки и повлияет на эффект утолщения оксидной пленки. Поэтому обычно необходимо использовать комбинацию охлаждающего оборудования и перемешивания для поддержания температурной стабильности электролита и получения высококачественной твердой оксидной пленки.

(1) Предварительная обработка

Предварительная обработка является важным шагом перед жестким анодированием. Сначала поверхность алюминия или его сплавов необходимо обезжирить, обычно используя щелочные растворы для удаления масла с поверхности. Поверхностные оксиды и примеси затем удаляются травлением, которое обычно включает смесь азотной и фосфорной кислот. Этот этап обеспечивает чистую поверхность для последующего процесса анодирования, гарантируя качество и адгезию оксидной пленки.

(2) Анодирование

В определенном электролите, таком как раствор серной кислоты или раствор серной кислоты с добавлением органических кислот, происходит электролитическая реакция с образованием оксидной пленки. В этом процессе необходимо строго контролировать такие параметры, как плотность тока, напряжение и температура. Вообще говоря, плотность тока составляет 2-6 А/дм.<Как дела>2, напряжение составляет 40–90 В, а температуру необходимо регулировать в соответствии с конкретными требованиями процесса. При этом необходимо следить за равномерным положением деталей в электролизере для получения оксидной пленки одинаковой толщины.

(3) полоскание

Роль промывки заключается в удалении примесей и остатков электролита, налипшего на поверхность детали. Обычно его несколько раз промывают проточной холодной водой, чтобы обеспечить тщательную очистку. Этот этап может уменьшить влияние примесей на последующие этапы обработки и улучшить качество и характеристики оксидной пленки.

(4) Защитное уплотнение

Значение герметизирующей обработки заключается в заполнении микропор оксидной пленки, повышении плотности и коррозионной стойкости пленки. Общие методы герметизации включают герметизацию горячей водой, паровую герметизацию и химическую герметизацию. Например, герметизация горячей водой заключается в замачивании деталей в горячей воде при температуре 90°С.100 ° С на некоторое время, чтобы микропоры оксидной пленки заполнились продуктами гидратации. Химическая герметизация — это использование специальных химических веществ для обработки поверхности оксидной пленки с целью образования защитного слоя.

(5) Образование пленки

Процесс формирования пленки обычно включает обжиг при высоких температурах. Закрытые детали помещаются в высокотемпературную печь и обжигаются при определенных температурно-временных условиях. Это приводит к дальнейшим структурным изменениям оксидной пленки, образуя более плотное и твердое поверхностное покрытие. Температура обычно находится в пределах 150-200 ° C, а время выпечки зависит от толщины пленки и материала.

(6) Постобработка

Обработка поверхности образца после образования пленки, такая как полировка, может улучшить качество поверхности, окраска может придать детали определенный цвет, керамика может еще больше повысить твердость и износостойкость поверхности. Полировка может осуществляться механическим или химическим полированием. Окрашивание достигается замачиванием в специальном красящем растворе. Обработка керамики требует специальных процессов и оборудования.

(1) Высокая твердость и износостойкость.

Твердая анодированная металлическая поверхность образует толстый и чрезвычайно твердый оксидный слой, температура которого может достигать 400-600HV на алюминиевом сплаве и даже превышать 1500HV на чистом алюминии. Благодаря этому обработанная поверхность обладает превосходной износостойкостью и может эффективно противостоять трению и износу, что значительно продлевает срок службы детали.

(2) Отличная коррозионная стойкость

Оксидный слой может эффективно противостоять эрозии большинства химикатов, значительно снижая риск окисления и коррозии металлической поверхности. В кислой, щелочной или нейтральной среде он сохраняет хорошую стабильность и обеспечивает надежную защиту деталей.

(3) Хорошая электрическая изоляция.

Оксидная пленка обладает хорошими электроизоляционными характеристиками, ее удельное сопротивление велико, а напряжение пробоя может достигать более 2000 В. Эта особенность делает твердое анодирование широко используемым в электронной, электротехнической и других областях и может эффективно предотвращать возникновение утечки тока и электрической коррозии.

(4) Другие преимущества

Стабильность цвета: металлическая поверхность после твердого анодирования может иметь различные цвета, такие как черный, серебристый и т. д., цвет очень стабилен, не выцветает и может сохранять красоту в течение длительного времени.

Эстетика: Обработанная поверхность имеет хороший блеск и текстуру, что может улучшить качество и эстетику деталей.

Теплоизоляция: оксидная пленка обладает определенными теплоизоляционными свойствами, которые могут уменьшить теплопередачу в условиях высоких температур и защитить детали и окружающую среду.

(1) Контроль тока и напряжения

Плотность тока жесткого анодирования обычно составляет 2-5 А/дм.², а напряжение более 25 В, а максимальное может достигать даже 100 В. Во время работы ток и напряжение следует регулировать в соответствии с требованиями материала алюминиевого сплава, формы детали и оксидной пленки. Для более сложных деталей или необходимости более толстой оксидной пленки плотность тока и напряжение можно соответствующим образом увеличить, но следует уделять внимание постепенному увеличению напряжения, чтобы избежать чрезмерного начального напряжения, приводящего к ухудшению качества оксидной пленки, мягкости. Пленка, матовая, порошковая, без износа и других проблем.

(2) Выбор источника питания

Импульсный источник питания или источник питания специальной формы являются более подходящим выбором для жесткого анодирования. Обычное анодирование постоянным током часто бывает плохим, особенно для алюминиевых сплавов с высоким содержанием меди или литого алюминиевого сплава с высоким содержанием кремния. Импульсный источник питания обеспечивает более точное регулирование тока, что способствует улучшению качества и однородности оксидной пленки.

(3) Управление температурой резервуара

Температура ванны оказывает важное влияние на качество твердой анодной оксидной пленки. В целом, температура резервуара для твердого анодирования должна контролироваться ниже 5 ° C, поскольку чем ниже температура, тем выше твердость образующейся оксидной пленки. Для достижения и поддержания низких температур обычно необходимо иметь холодильное оборудование, например чиллер. В то же время обратите внимание на перемешивание жидкости в резервуаре, чтобы обеспечить равномерную температуру.

(4) регулировка концентрации жидкости в баке

Если взять в качестве примера анодирование серной кислотой, то концентрация твердого анодирования в резервуаре обычно составляет менее 15%. Качество оксидной пленки можно оптимизировать, регулируя концентрацию ванны. Когда необходимо получить более толстую оксидную пленку с более высокой твердостью, концентрацию в резервуаре можно соответствующим образом уменьшить. Однако слишком низкая концентрация может повлиять на скорость роста оксидной пленки, поэтому ее необходимо сбалансировать в соответствии с конкретными потребностями.

(5) Добавление органических кислот

Добавление в ванну щавелевой кислоты, винной кислоты и других органических кислот позволяет повысить твердость пленки. При выборе органических кислот следует учитывать их совместимость с серной кислотой и влияние на свойства оксидных пленок. Добавляемое количество следует определять в соответствии с экспериментом и опытом, слишком большое или слишком малое количество может повлиять на эффект окисления.

(1) Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической отрасли твердое анодирование играет незаменимую роль. Детали авиационного двигателя, такие как лопатки турбины, поршни и т. д., после обработки твердого анодирования могут выдерживать экстремальные условия, вызванные высокой температурой, высоким давлением и высокой скоростью, значительно улучшают износостойкость и коррозионную стойкость деталей, обеспечивая полет. безопасность. В некоторых ключевых частях конструкции фюзеляжа, таких как соединители и опорные детали, также используются процессы твердого анодирования для повышения их прочности и долговечности, снижения веса фюзеляжа и обеспечения структурной устойчивости.

(2) Автомобильная промышленность

Твердое анодирование широко применяется в автомобильной промышленности. Детали автомобильного двигателя, такие как клапаны, распределительные валы и т. д., после обработки могут эффективно противостоять износу и коррозии, а также продлевать срок службы двигателя. Гидравлический цилиндр жестко анодирован для обеспечения хорошей герметизации и износостойкости в рабочих средах с высоким давлением. Кроме того, от этого процесса выигрывают и некоторые компоненты тормозной системы, улучшая общие характеристики и безопасность автомобиля.

(3) Электронное поле

В области электроники важную роль играет жесткое анодирование. Корпус электронных устройств, таких как металлический корпус мобильных телефонов и компьютеров, после обработки обладает хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также может обеспечивать определенный эффект электромагнитного экранирования. В радиаторе применяется процесс жесткого анодирования, который позволяет не только увеличить площадь поверхности и повысить эффективность рассеивания тепла, но также предотвратить окисление и коррозию, а также обеспечить долгосрочную стабильность характеристик рассеивания тепла.

(4) Военная промышленность

Производительность деталей в военной промышленности очень высока, и процесс жесткого анодирования был применен в ней с замечательными результатами. Компоненты оружия, такие как ствол и затвор, проходят обработку, позволяющую сохранять хорошие характеристики в суровых условиях эксплуатации. Некоторые ключевые компоненты радиолокационного оборудования, такие как антенна и волновод, улучшены путем твердого анодирования для улучшения их атмосферостойкости и электромагнитных свойств, а также обеспечения надежности и стабильности оборудования. Получить цитату