การสำรวจอโนไดซ์แบบแข็ง: กระบวนการ ข้อดี และเทคนิค

(1) แนวคิดและประเภท

การอโนไดซ์แบบแข็งเป็นกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวแบบพิเศษ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในวัสดุอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ที่แข็ง ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน และเป็นฉนวนและทนความร้อนได้ดีบนพื้นผิวของวัสดุโดยวิธีออกซิเดชันด้วยไฟฟ้า กระบวนการนี้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนอลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอสูง ทนความร้อน และมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดี เช่น ผนังด้านในของกระบอกสูบ ลูกสูบ ปลั๊กไอน้ำ กระบอกสูบ แบริ่ง พื้นบรรทุกสินค้าบนเครื่องบิน โรลบาร์ และไกด์ , อุปกรณ์ไฮดรอลิก, แรงดันไอน้ำ, ตัวปรับระดับ, เกียร์และชิ้นส่วนเบาะ

(2) หลักการพื้นฐาน

ในกระบวนการอโนไดซ์แบบแข็ง ปฏิกิริยาแคโทดจะเป็นดังนี้: 4H<จีบ>+ +4อี<จีบ>- = 2H<ย่อย>2&อัวร์;; ปฏิกิริยาแอโนดคือ: 4 โอ้ < จีบ > - < / ซุป > - 4 อี < จีบ > - < / ซุป > = 2 ชม < ย่อย > 2 < / ย่อย > O + O < ย่อย > 2 < / ย่อย > เขียน; ปฏิกิริยาออกซิเดชันของอลูมิเนียมคือ: 2Al + 3O → อัล<ย่อย>2O<ย่อย>3.

ฟิล์มออกไซด์ที่หนาขึ้นเป็นกระบวนการแบบไดนามิก ฟิล์มออกไซด์จะค่อยๆ หนาขึ้นตามระยะเวลาและกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากอะตอมออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะมีปฏิกิริยามากกว่าออกซิเจนในสถานะโมเลกุล และมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับอะลูมิเนียมเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียวกัน ฟิล์มออกไซด์ที่ได้จะละลายในสารละลายที่เป็นกรด เมื่ออัตราการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์มากกว่าอัตราการละลายเท่านั้น ฟิล์มออกไซด์ก็จะข้นต่อไปได้ เมื่อความเร็วทั้งสองเท่ากัน ความหนาของฟิล์มออกไซด์จะไม่เพิ่มขึ้น หากอัตราการออกซิเดชันสูงกว่าอัตราการละลายมากเกินไป พื้นผิวของอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมจะเกิดฟิล์มออกไซด์ที่เป็นผงได้ง่าย

เพื่อให้ได้ฟิล์มออกไซด์ที่หนาขึ้น จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกที่สูงขึ้นเพื่อเอาชนะความต้านทานสูงของฟิล์มออกไซด์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกระแส ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ความร้อนอย่างรุนแรง และความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อสร้างฟิล์มออกไซด์จะทำให้อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์รอบชิ้นส่วนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเร่งการละลายของฟิล์มออกไซด์และส่งผลต่อความหนาของฟิล์มออกไซด์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็นและการกวนร่วมกันเพื่อรักษาเสถียรภาพอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้ได้ฟิล์มฮาร์ดออกไซด์คุณภาพสูง

(1) การปรับสภาพ

การปรับสภาพล่วงหน้าเป็นขั้นตอนสำคัญก่อนที่จะทำการอโนไดซ์แบบแข็ง ขั้นแรก พื้นผิวของอะลูมิเนียมหรือโลหะผสมจะต้องถูกขจัดคราบไขมันออก โดยปกติแล้วจะใช้สารละลายอัลคาไลน์เพื่อขจัดน้ำมันออกจากพื้นผิว จากนั้นออกไซด์และสิ่งสกปรกที่พื้นผิวจะถูกกำจัดออกโดยการดอง ซึ่งโดยทั่วไปจะมีส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดฟอสฟอริก ขั้นตอนนี้จะทำให้พื้นผิวสะอาดสำหรับกระบวนการอโนไดซ์ในภายหลัง เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและการยึดเกาะของฟิล์มออกไซด์

(2) อโนไดซ์

ในอิเล็กโทรไลต์จำเพาะ เช่น สารละลายกรดซัลฟิวริกหรือสารละลายกรดซัลฟิวริกที่เติมด้วยกรดอินทรีย์ ปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์จะเกิดขึ้นเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ ในกระบวนการนี้ พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความหนาแน่นกระแส แรงดันไฟฟ้า และอุณหภูมิ จำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด โดยทั่วไปแล้ว ความหนาแน่นกระแสคือ 2-6 A/dm<จีบ>2แรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 40-90 V และต้องปรับอุณหภูมิตามความต้องการของกระบวนการเฉพาะ ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าตำแหน่งของชิ้นส่วนในอิเล็กโตรไลเซอร์สม่ำเสมอเพื่อให้ได้ฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาสม่ำเสมอ

(3) การล้าง

บทบาทของการล้างคือการขจัดสิ่งสกปรกและสารตกค้างออกจากอิเล็กโทรไลต์ที่ติดอยู่กับพื้นผิวของชิ้นส่วน โดยปกติจะล้างหลายครั้งด้วยน้ำเย็นเพื่อให้แน่ใจว่าทำความสะอาดได้ทั่วถึง ขั้นตอนนี้สามารถลดอิทธิพลของสิ่งเจือปนในขั้นตอนการบำบัดที่ตามมา และปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของฟิล์มออกไซด์

(4) การปิดผนึกป้องกัน

ความสำคัญของการปิดผนึกคือการเติมไมโครพอร์ของฟิล์มออกไซด์ ปรับปรุงความหนาแน่นและความต้านทานการกัดกร่อนของฟิล์ม วิธีการปิดผนึกทั่วไป ได้แก่ การปิดผนึกด้วยน้ำร้อน การปิดผนึกด้วยไอน้ำ และการปิดผนึกด้วยสารเคมี เช่น การซีลน้ำร้อน คือการแช่ชิ้นส่วนในน้ำร้อนที่อุณหภูมิ 90-100 ° C เป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อให้ไมโครพอร์ของฟิล์มออกไซด์เต็มไปด้วยผลิตภัณฑ์ให้ความชุ่มชื้น การปิดผนึกด้วยสารเคมีคือการใช้สารเคมีเฉพาะเพื่อบำบัดพื้นผิวของฟิล์มออกไซด์เพื่อสร้างชั้นป้องกัน

(5) การก่อตัวของฟิล์ม

กระบวนการขึ้นรูปฟิล์มมักเกี่ยวข้องกับการอบที่อุณหภูมิสูง ชิ้นส่วนปิดจะถูกใส่ลงในเตาที่มีอุณหภูมิสูงและอบภายใต้สภาวะอุณหภูมิและเวลาที่แน่นอน สิ่งนี้ทำให้ฟิล์มออกไซด์ได้รับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพิ่มเติม ทำให้เกิดการเคลือบผิวที่มีความหนาแน่นและแข็งมากขึ้น อุณหภูมิโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 150-200 ° C และเวลาในการอบขึ้นอยู่กับความหนาของฟิล์มและวัสดุ

(6) หลังการประมวลผล

การรักษาพื้นผิวของตัวอย่างหลังการเกิดฟิล์ม เช่น การขัดเงาสามารถปรับปรุงผิวสำเร็จ การระบายสีสามารถทำให้ชิ้นส่วนมีสีเฉพาะ เซรามิกสามารถเพิ่มความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวเพิ่มเติมได้ การขัดสามารถทำได้โดยการขัดแบบกลไกหรือการขัดแบบเคมี การระบายสีทำได้โดยการแช่ในสารละลายย้อมสีเฉพาะ การแปรรูปเซรามิกต้องใช้กระบวนการและอุปกรณ์พิเศษจึงจะเสร็จสมบูรณ์

(1) มีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอ

พื้นผิวโลหะอะโนไดซ์แข็งทำให้เกิดชั้นออกไซด์ที่หนาและแข็งมาก ซึ่งสามารถสูงถึง 400-600HV บนโลหะผสมอะลูมิเนียม และเกิน 1500HV บนอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ทำให้พื้นผิวที่ผ่านการบำบัดมีความทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม และสามารถต้านทานการเสียดสีและการสึกหรอได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนได้อย่างมาก

(2) ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม

ชั้นออกไซด์สามารถต้านทานการกัดกร่อนของสารเคมีส่วนใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของพื้นผิวโลหะได้อย่างมาก ไม่ว่าจะในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ด่าง หรือเป็นกลาง ก็สามารถรักษาเสถียรภาพที่ดีและให้การปกป้องชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้

(3) ฉนวนไฟฟ้าที่ดี

ฟิล์มออกไซด์มีประสิทธิภาพเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี มีความต้านทานสูง และแรงดันพังทลายสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 2,000V คุณลักษณะนี้ทำให้การชุบอโนไดซ์แบบแข็งใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ ไฟฟ้า และสาขาอื่นๆ และสามารถป้องกันการเกิดกระแสไฟฟ้ารั่วและการกัดกร่อนทางไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

(4) ข้อดีอื่นๆ

ความคงตัวของสี: พื้นผิวโลหะหลังจากการอโนไดซ์อย่างหนักสามารถแสดงสีได้หลากหลาย เช่น สีดำ สีเงิน ฯลฯ และสีมีความเสถียรมาก ไม่ซีดจางง่าย และสามารถรักษาความสวยงามได้ในระยะยาว

สุนทรียศาสตร์: พื้นผิวที่ผ่านการบำบัดมีความมันวาวและพื้นผิวที่ดี ซึ่งสามารถปรับปรุงเกรดและความสวยงามของชิ้นส่วนได้

ฉนวนกันความร้อน: ฟิล์มออกไซด์มีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนบางประการ ซึ่งสามารถลดการถ่ายเทความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และปกป้องชิ้นส่วนและสภาพแวดล้อมโดยรอบ

(1) การควบคุมกระแสและแรงดันไฟฟ้า

ความหนาแน่นกระแสของฮาร์ดอโนไดซ์โดยทั่วไปคือ 2-5 A/dm²และแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 25V และสูงสุดอาจถึง 100V ในระหว่างการดำเนินการ ควรปรับกระแสและแรงดันไฟฟ้าตามความต้องการของวัสดุอลูมิเนียมอัลลอยด์ รูปร่างของชิ้นส่วน และฟิล์มออกไซด์ สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือความต้องการฟิล์มออกไซด์ที่หนาขึ้น ความหนาแน่นและแรงดันไฟฟ้ากระแสสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสม แต่ควรให้ความสนใจกับการค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่มากเกินไปส่งผลให้คุณภาพของฟิล์มออกไซด์ลดลง ฟิล์มหมอง แป้งไม่หลุด และปัญหาอื่นๆ

(2) การเลือกแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์หรือแหล่งจ่ายไฟรูปคลื่นพิเศษเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการชุบอโนไดซ์แบบแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมทองแดงสูงหรือโลหะผสมอลูมิเนียมหล่อที่มีซิลิคอนสูง อโนไดซ์ DC ธรรมดามักจะไม่ดี แหล่งจ่ายไฟแบบพัลซิ่งให้การควบคุมกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพและความสม่ำเสมอของฟิล์มออกไซด์

(3) การจัดการอุณหภูมิถัง

อุณหภูมิของอ่างมีผลกระทบสำคัญต่อคุณภาพของฟิล์มแอโนดิกออกไซด์แข็ง โดยทั่วไปควรควบคุมอุณหภูมิของถังสำหรับการอโนไดซ์แบบแข็งที่ด้านล่าง 5 ° C เนื่องจากยิ่งอุณหภูมิต่ำลง ความแข็งของฟิล์มออกไซด์ก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย เพื่อให้ได้และรักษาอุณหภูมิต่ำได้ โดยปกติจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ทำความเย็น เช่น เครื่องทำความเย็น ในเวลาเดียวกัน ให้ใส่ใจกับการกวนของเหลวในถังเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิสม่ำเสมอ

(4) การปรับความเข้มข้นของของเหลวในถัง

ยกตัวอย่างการชุบอโนไดซ์ด้วยกรดซัลฟิวริก ความเข้มข้นของถังอโนไดซ์แข็งโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 15% สามารถปรับคุณภาพของฟิล์มออกไซด์ให้เหมาะสมได้โดยการปรับความเข้มข้นของอ่าง เมื่อจำเป็นต้องได้ฟิล์มออกไซด์ที่มีความแข็งและหนาขึ้น ความเข้มข้นของถังจะลดลงได้อย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นที่ต่ำเกินไปอาจส่งผลต่ออัตราการเติบโตของฟิล์มออกไซด์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับสมดุลตามความต้องการเฉพาะ

(5) การเติมกรดอินทรีย์

การเติมกรดออกซาลิก กรดทาร์ทาริก และกรดอินทรีย์อื่นๆ ลงในอ่างจะช่วยเพิ่มความแข็งของฟิล์มได้ เมื่อเลือกกรดอินทรีย์ควรคำนึงถึงความเข้ากันได้กับกรดซัลฟิวริกและผลกระทบต่อคุณสมบัติของฟิล์มออกไซด์ ควรกำหนดปริมาณที่เพิ่มตามการทดลองและประสบการณ์ มากเกินไปหรือน้อยเกินไปอาจส่งผลต่อผลออกซิเดชัน

(1) การบินและอวกาศ

ในด้านการบินและอวกาศ การชุบอโนไดซ์แบบแข็งมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ของเครื่องบิน เช่น ใบพัดกังหัน ลูกสูบ ฯลฯ หลังจากการชุบอโนไดซ์อย่างหนัก สามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงที่เกิดจากอุณหภูมิสูง แรงดันสูง และการทำงานที่ความเร็วสูง ได้ปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนของชิ้นส่วนอย่างมีนัยสำคัญ เพื่อให้มั่นใจในการบิน ความปลอดภัย. ส่วนสำคัญบางส่วนของโครงสร้างลำตัว เช่น ตัวเชื่อมต่อและชิ้นส่วนรองรับ ยังใช้กระบวนการอโนไดซ์แบบแข็งเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน โดยช่วยลดน้ำหนักของลำตัวในขณะที่รับประกันความเสถียรของโครงสร้าง

(2) อุตสาหกรรมยานยนต์

การชุบอโนไดซ์แบบแข็งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ของยานยนต์ เช่น วาล์ว เพลาลูกเบี้ยว ฯลฯ สามารถต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนหลังการบำบัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยืดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ กระบอกไฮดรอลิกได้รับการชุบอโนไดซ์อย่างแข็งเพื่อรักษาการปิดผนึกที่ดีและความต้านทานการสึกหรอในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีแรงดันสูง นอกจากนี้ ส่วนประกอบบางส่วนของระบบเบรกยังได้รับประโยชน์จากกระบวนการนี้อีกด้วย ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและความปลอดภัยของรถ

(3) สาขาอิเล็กทรอนิกส์

ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ การชุบอโนไดซ์แบบแข็งมีบทบาทสำคัญ เปลือกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เปลือกโลหะของโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ มีความต้านทานการสึกหรอและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีหลังการบำบัด และยังสามารถให้ผลป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าบางอย่างได้ แผงระบายความร้อนใช้กระบวนการอโนไดซ์แบบแข็งซึ่งไม่เพียงแต่สามารถเพิ่มพื้นที่ผิวและปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน แต่ยังป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนและรับประกันความเสถียรในระยะยาวของประสิทธิภาพการกระจายความร้อน

(4) อุตสาหกรรมการทหาร

ประสิทธิภาพของชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมการทหารนั้นสูงมาก และกระบวนการอโนไดซ์แบบแข็งได้ถูกนำมาใช้กับผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง ส่วนประกอบของอาวุธ เช่น กระบอกปืนและสลักเกลียว ได้รับการปฏิบัติเพื่อรักษาประสิทธิภาพที่ดีในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง ส่วนประกอบหลักบางอย่างของอุปกรณ์เรดาร์ เช่น เสาอากาศและท่อนำคลื่น ได้รับการปรับปรุงโดยการชุบอโนไดซ์อย่างหนัก เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อสภาพอากาศและคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า และรับประกันความน่าเชื่อถือและความเสถียรของอุปกรณ์ รับใบเสนอราคา