Khám phá anodizing cứng: quy trình, ưu điểm và kỹ thuật

Khái niệm và phân loại

Anodizing cứng là một quá trình xử lý bề mặt đặc biệt, chủ yếu được sử dụng trong vật liệu nhôm và hợp kim nhôm. Nó được thiết kế để tạo thành một màng oxit cứng, chống mài mòn, chống ăn mòn và cách nhiệt và chịu nhiệt tốt trên bề mặt vật liệu bằng phương pháp oxy hóa điện phân. Quá trình này phù hợp với các bộ phận bằng nhôm và hợp kim nhôm yêu cầu khả năng chống mài mòn cao, chịu nhiệt và đặc tính cách nhiệt tốt, chẳng hạn như thành trong của các xi lanh, piston, phích cắm hơi, xi lanh, vòng bi, sàn hầm hàng máy bay, thanh lăn và thanh dẫn hướng , thiết bị thủy lực, động cơ hơi nước, máy san phẳng, bánh răng và các bộ phận đệm.

Nguyên tắc cơ bản

Trong quá trình anod hóa cứng, phản ứng ở catốt như sau: 4H+ + 4e- = 2H2↑; Phản ứng ở cực dương là: 4 ồ < hỗ trợ > - < / hỗ trợ > - 4 e < hỗ trợ > - < / hỗ trợ > = 2 giờ < phụ > 2 < / phụ > O + O < phụ > 2 < / phụ > viết; Phản ứng oxi hóa nhôm là: 2Al + 3O → Al2O3.

Sự dày lên của màng oxit là một quá trình động. Màng oxit dày dần khi tăng thời gian và dòng điện khí hóa. Điều này là do các nguyên tử oxy tạo thành phản ứng mạnh hơn oxy ở trạng thái phân tử và có nhiều khả năng phản ứng với nhôm để tạo thành màng oxit. Tuy nhiên, đồng thời, màng oxit thu được sẽ hòa tan trong dung dịch axit. Chỉ khi tốc độ hình thành của màng oxit lớn hơn tốc độ hòa tan thì màng oxit mới có thể tiếp tục dày lên. Khi hai tốc độ bằng nhau thì độ dày của màng oxit không tăng. Nếu tốc độ oxy hóa lớn hơn nhiều so với tốc độ hòa tan, bề mặt của nhôm và hợp kim nhôm rất dễ hình thành màng oxit bột.

Để thu được màng oxit dày hơn, cần đặt điện áp bên ngoài cao hơn để khắc phục điện trở cao của màng oxit. Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến dòng điện tăng lên, dẫn đến hiện tượng nóng lên nghiêm trọng, đồng thời nhiệt lượng tỏa ra khi tạo ra màng oxit sẽ khiến nhiệt độ chất điện phân xung quanh các bộ phận tăng mạnh. Nhiệt độ tăng sẽ đẩy nhanh quá trình hòa tan màng oxit và ảnh hưởng đến hiệu ứng làm dày của màng oxit. Do đó, thường phải sử dụng kết hợp thiết bị làm mát và khuấy trộn để duy trì sự ổn định nhiệt độ của chất điện phân nhằm thu được màng oxit cứng chất lượng cao.

Tiền xử lý

Tiền xử lý là một bước quan trọng trước khi anodizing cứng. Đầu tiên, bề mặt của nhôm hoặc hợp kim của nó cần được tẩy dầu mỡ, thường sử dụng dung dịch kiềm để loại bỏ dầu trên bề mặt. Các oxit và tạp chất bề mặt sau đó được loại bỏ bằng cách tẩy, thường bao gồm hỗn hợp axit nitric và axit photphoric. Bước này cung cấp bề mặt sạch sẽ cho quá trình anodizing tiếp theo, đảm bảo chất lượng và độ bám dính của màng oxit.

anot hóa

Trong một chất điện phân cụ thể, chẳng hạn như dung dịch axit sunfuric hoặc dung dịch axit sunfuric được thêm vào axit hữu cơ, phản ứng điện phân được thực hiện để tạo thành màng oxit. Trong quá trình này, các thông số như mật độ dòng điện, điện áp và nhiệt độ cần phải được kiểm soát chặt chẽ. Nói chung, mật độ dòng điện là 2-6 A/dm2, điện áp nằm trong khoảng 40-90 V và nhiệt độ cần được điều chỉnh theo yêu cầu của quy trình cụ thể. Đồng thời, cần đảm bảo vị trí của các bộ phận trong máy điện phân đồng đều để thu được màng oxit có độ dày đồng đều.

Rửa sạch

Vai trò của quá trình súc rửa là loại bỏ tạp chất và cặn bám trên chất điện phân bám trên bề mặt bộ phận. Nó thường được rửa nhiều lần bằng nước lạnh để đảm bảo làm sạch kỹ lưỡng. Bước này có thể làm giảm ảnh hưởng của tạp chất đến các bước xử lý tiếp theo và cải thiện chất lượng cũng như hiệu suất của màng oxit.

Niêm phong bảo vệ

Tầm quan trọng của việc xử lý bịt kín là lấp đầy các vi lỗ của màng oxit, cải thiện mật độ và khả năng chống ăn mòn của màng. Các phương pháp bịt kín phổ biến bao gồm bịt ​​kín bằng nước nóng, bịt kín bằng hơi nước và bịt kín bằng hóa chất. Ví dụ, hàn kín bằng nước nóng là ngâm các bộ phận trong nước nóng ở nhiệt độ 90-100 ° C trong một khoảng thời gian để các vi lỗ của màng oxit chứa đầy các sản phẩm hydrat hóa. Niêm phong hóa học là việc sử dụng các tác nhân hóa học cụ thể để xử lý bề mặt màng oxit để tạo thành lớp bảo vệ.

Sự hình thành màng

Quá trình tạo màng thường liên quan đến việc nướng ở nhiệt độ cao. Các bộ phận kín được đưa vào lò nhiệt độ cao và nướng trong điều kiện nhiệt độ và thời gian nhất định. Điều này làm cho màng oxit trải qua những thay đổi về cấu trúc hơn nữa, tạo thành lớp phủ bề mặt dày đặc và cứng hơn. Nhiệt độ thường nằm trong khoảng 150-200 ° C, và thời gian nướng phụ thuộc vào độ dày màng và vật liệu.

hậu xử lý

Việc xử lý bề mặt của mẫu sau khi hình thành màng, chẳng hạn như đánh bóng có thể cải thiện độ hoàn thiện bề mặt, tô màu có thể tạo cho bộ phận một màu cụ thể, gốm có thể tăng cường hơn nữa độ cứng và khả năng chống mài mòn của bề mặt. Đánh bóng có thể được thực hiện bằng cách đánh bóng cơ học hoặc đánh bóng hóa học. Màu sắc đạt được bằng cách ngâm trong dung dịch nhuộm cụ thể. Quá trình gia công gốm sứ đòi hỏi các quy trình và thiết bị đặc biệt để hoàn thành.

Độ cứng cao và chống mài mòn

Bề mặt kim loại được anot hóa cứng tạo thành lớp oxit dày và cực kỳ cứng, có thể đạt tới 400-600HV trên hợp kim nhôm và thậm chí vượt quá 1500HV trên nhôm nguyên chất. Điều này làm cho bề mặt được xử lý có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và có thể chống ma sát và mài mòn hiệu quả, giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của bộ phận.

Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời

Lớp oxit có thể chống lại sự ăn mòn của hầu hết các hóa chất một cách hiệu quả, giúp giảm đáng kể nguy cơ oxy hóa và ăn mòn bề mặt kim loại. Dù trong môi trường axit, kiềm hay trung tính, nó có thể duy trì độ ổn định tốt và cung cấp sự bảo vệ đáng tin cậy cho các bộ phận.

Cách điện tốt

Màng oxit có hiệu suất cách điện tốt, điện trở suất lớn và điện áp đánh thủng có thể đạt tới hơn 2000V. Tính năng này làm cho anodizing cứng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực điện tử, điện và các lĩnh vực khác, đồng thời có thể ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện rò rỉ dòng điện và ăn mòn điện.

Ưu điểm khác

Độ ổn định màu sắc: Bề mặt kim loại sau khi anod hóa cứng có thể hiển thị nhiều màu sắc khác nhau như đen, bạc, v.v., màu sắc rất ổn định, không dễ phai và có thể duy trì vẻ đẹp lâu dài.

Tính thẩm mỹ: Bề mặt được xử lý có độ bóng và kết cấu tốt, có thể cải thiện chất lượng và tính thẩm mỹ của các bộ phận.

Cách nhiệt: Màng oxit có đặc tính cách nhiệt nhất định, có thể làm giảm sự truyền nhiệt trong môi trường nhiệt độ cao và bảo vệ các bộ phận và môi trường xung quanh.

Kiểm soát dòng điện và điện áp

Mật độ hiện tại của anodizing cứng thường là 2-5 A/dm², và điện áp lớn hơn 25V, cao nhất thậm chí có thể đạt tới 100V. Trong quá trình vận hành, dòng điện và điện áp phải được điều chỉnh theo yêu cầu của vật liệu hợp kim nhôm, hình dạng của bộ phận và màng oxit. Đối với các bộ phận phức tạp hơn hoặc cần màng oxit dày hơn, mật độ dòng điện và điện áp có thể tăng lên một cách thích hợp, nhưng cần chú ý tăng dần điện áp để tránh điện áp ban đầu quá mức dẫn đến giảm chất lượng của màng oxit, mềm màng, xỉn màu, bột, không mài mòn và các vấn đề khác.

Lựa chọn nguồn điện

Nguồn điện xung hoặc nguồn điện dạng sóng đặc biệt là lựa chọn phù hợp hơn cho quá trình anodizing cứng. Đặc biệt đối với hợp kim nhôm đồng cao hoặc hợp kim nhôm đúc silicon cao, quá trình anod hóa DC thông thường thường kém. Nguồn điện xung cung cấp khả năng kiểm soát dòng điện chính xác hơn, giúp cải thiện chất lượng và tính đồng nhất của màng oxit.

Quản lý nhiệt độ bể

Nhiệt độ của bể có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng của màng oxit anốt cứng. Nói chung, nhiệt độ của bể anodizing cứng nên được kiểm soát dưới đây 5 ° C, vì nhiệt độ càng thấp thì độ cứng của màng oxit tạo ra càng cao. Để đạt được và duy trì nhiệt độ thấp, thông thường cần phải có thiết bị làm lạnh, chẳng hạn như máy làm lạnh. Đồng thời chú ý khuấy đều chất lỏng trong bể để đảm bảo nhiệt độ đồng đều.

Điều chỉnh nồng độ chất lỏng trong bể

Lấy anot hóa axit sulfuric làm ví dụ, nồng độ anodizing cứng trong bể thường nhỏ hơn 15%. Chất lượng của màng oxit có thể được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh nồng độ của bể. Khi cần thu được màng oxit dày hơn và có độ cứng cao hơn, nồng độ bể có thể giảm một cách thích hợp. Tuy nhiên, nồng độ quá thấp có thể ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của màng oxit, do đó cần phải cân bằng theo nhu cầu cụ thể.

Bổ sung axit hữu cơ

Thêm axit oxalic, axit tartaric và các axit hữu cơ khác vào bồn tắm có thể cải thiện độ cứng của màng. Khi chọn axit hữu cơ, cần xem xét khả năng tương thích của nó với axit sulfuric và tác động của nó đến tính chất của màng oxit. Lượng bổ sung phải được xác định theo thử nghiệm và kinh nghiệm, quá nhiều hoặc quá ít có thể ảnh hưởng đến hiệu ứng oxy hóa.

hàng không vũ trụ

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, anodizing cứng đóng một vai trò không thể thiếu. Các bộ phận của động cơ máy bay, chẳng hạn như cánh tuabin, piston, v.v., sau khi xử lý anodizing cứng, có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt do nhiệt độ cao, áp suất cao và vận hành tốc độ cao, cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và ăn mòn của các bộ phận, để đảm bảo chuyến bay sự an toàn. Một số bộ phận chính của cấu trúc thân máy bay, chẳng hạn như các đầu nối và bộ phận hỗ trợ, cũng sử dụng quy trình anod hóa cứng để tăng cường sức mạnh và độ bền, giảm trọng lượng của thân máy bay trong khi vẫn đảm bảo độ ổn định của cấu trúc.

Ngành công nghiệp ô tô

Anodizing cứng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô. Các bộ phận của động cơ ô tô, chẳng hạn như van, trục cam, v.v., có thể chống mài mòn và ăn mòn hiệu quả sau khi xử lý và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Xi lanh thủy lực được anod hóa cứng để duy trì độ kín tốt và chống mài mòn trong môi trường làm việc áp suất cao. Ngoài ra, một số thành phần của hệ thống phanh cũng được hưởng lợi từ quá trình này, cải thiện hiệu suất tổng thể và độ an toàn của xe.

Lĩnh vực điện tử

Trong lĩnh vực điện tử, anodizing cứng đóng một vai trò quan trọng. Vỏ của các thiết bị điện tử, chẳng hạn như vỏ kim loại của điện thoại di động và máy tính, có khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tốt sau khi xử lý, đồng thời cũng có thể mang lại hiệu quả che chắn điện từ nhất định. Tản nhiệt áp dụng quy trình anodizing cứng, không chỉ có thể tăng diện tích bề mặt và cải thiện hiệu quả tản nhiệt mà còn ngăn chặn quá trình oxy hóa và ăn mòn, đồng thời đảm bảo hiệu suất tản nhiệt ổn định lâu dài.

Công nghiệp quân sự

Hiệu suất của các bộ phận trong ngành công nghiệp quân sự rất cao và quy trình anodizing cứng đã được áp dụng trong đó với những kết quả đáng chú ý. Các bộ phận của vũ khí như nòng và chốt được xử lý để duy trì hiệu suất tốt trong môi trường hoạt động khắc nghiệt. Một số thành phần chính của thiết bị radar, chẳng hạn như ăng-ten và ống dẫn sóng, được cải tiến bằng cách xử lý anodizing cứng để cải thiện khả năng chống chịu thời tiết và đặc tính điện từ, đồng thời đảm bảo độ tin cậy và ổn định của thiết bị. Nhận báo giá