Aluminio anodizado es un tipo de tratamiento de pasivación electrolítica que se utiliza para aumentar el espesor de la capa de óxido en la superficie de las piezas metálicas. Generalmente, perfiles de aleaciones de aluminio se oxidan fácilmente. Aunque la capa de óxido tiene un cierto efecto de pasivación, la capa de óxido se desprenderá como resultado de una exposición prolongada. Pérdida de protección, por lo que la oxidación anódica consiste en aprovechar sus características de fácil oxidación para controlar la formación de capas de óxido mediante métodos electroquímicos para evitar una mayor oxidación del aluminio y aumentar las propiedades mecánicas de su superficie. Otro propósito es utilizar diferentes reacciones químicas. Produce varios colores para realzar la belleza y se usa ampliamente en pieles de aviones, armas militares, rodillos de papel para fotocopiadoras, cortinas de aluminio para edificios, puertas y ventanas de aluminio, etc. La aleación de aluminio anodizado puede mejorar la resistencia a la corrosión, aumentar el color de oxidación y mejorar la adherencia . Pero no puede aumentar la resistencia del aluminio. Además, la capa de óxido anódico no es conductora.

1. Historia

Origen del nombre

El origen del nombre de anodizado es que las partes metálicas se colocan en el ánodo en el circuito electrónico. La anodización hace que las piezas metálicas sean menos propensas a la corrosión y al desgaste, y hace que la imprimación se adhiera más completamente a las piezas. La anodización proporciona una variedad de efectos de modificación de la superficie. Como enchapado en una superficie más gruesa y porosa para que el tinte sea más fácil de absorber, o una capa transparente más delgada para aumentar la reflexión de la luz.

La primera aplicación industrial a gran escala del proceso de oxidación anódica fue en 1923. El propósito era evitar que el hidroavión hecho de duraluminio se oxidara y corroiera. El primer proceso que usaba ácido crómico como electrolito se llamaba proceso Bengough-Stuart, y este proceso todavía se utiliza en la actualidad.

En 1927, el proceso de oxidación anódica del electrolito de ácido crómico fue modificado en electrolito de ácido sulfúrico por Gower y O'Brien y registrado como patente. Hasta ahora, el electrolito de ácido sulfúrico es el método de oxidación anódica más común [3].

El proceso de anodización con ácido oxálico se registró como patente en Japón en 1923, y el proceso se utilizó ampliamente en Alemania posteriormente, especialmente en la industria de la construcción alemana. Anodizado extrusiones de aluminio alguna vez fueron un material de construcción muy popular en las décadas de 1960 y 1970, pero fueron reemplazados rápidamente por plásticos más baratos y procesos de recubrimiento en polvo

El último desarrollo en anodización es el proceso a base de ácido fosfórico. Hasta ahora (2020), este proceso solo se ha utilizado para el pretratamiento de ligantes o recubrimientos orgánicos. Se están desarrollando continuamente varios procesos de anodización nuevos, por lo que la tendencia futura es clasificar los procesos de anodización en función de las características de recubrimiento estándar militares e industriales, en lugar de las reacciones químicas del proceso.

2.Flujo de proceso

Desengrasado químico (Na3 PO4 60g / L, Na2CO3 40g / L, 40 ℃, 3min) -> lavado 1> grabado alcalino (NaOH, 40g / L, 3min) -> lavado 1> Idemitsu (HNO3 40g / L, 15s ) -Lavado con agua-lavado con agua desionizada-oxidación anódica (180g / L H2SO4, densidad de corriente 1.4A / dm2, tiempo de oxidación 30min, temperatura 18 ~ 22 ℃) -lavado con agua-sellado (10min) → lavado con agua → secado con soplado .

Después del anodizado, se utilizan los siguientes cuatro procesos para sellar:

(1) Sellado con agua hirviendo, en agua hirviendo pura (pH = 6,5 ~ 7), sellado durante 10 minutos;

(2) Bloqueo de sal incorrecto, 30 g / L de ácido fluorocólico potásico (pH = 4,5 ~ 4,6) a temperatura ambiente, bloqueo durante 10 min;

(3) Bloqueo con sal incorrecta, ácido fluorocólico de potasio 30 / L (pH = 5,0 ~ 5,1) a una temperatura media de 60 ℃, bloqueo durante 10 min;

(4) Sellado HB, 6g / L HB (pH = 5.5 ~ 6) a 60 ~ 65 ℃, sellado durante 10 minutos

3.Efecto

El anodizado se utiliza para evitar esquinas afiladas o rebabas después del roscado de los tornillos. También se utiliza como dieléctrico del contenedor de electrolitos. La capa de ánodo se usa más comúnmente para proteger las aleaciones de aluminio. También existen otros como el titanio, zinc, magnesio, niobio, circonio, hafnio y tantalio. . El hierro y el acero al carbono se desprenderán en una solución electrolítica neutra o alcalina. Las escamas son hidróxido de hierro, u óxido, que se compone de la superficie de la cavidad del ánodo y el cátodo que carecen de oxígeno, y las cavidades se acumulan como ácido sulfúrico. Los aniones como la sal y el cloruro aceleran la velocidad de oxidación del metal subyacente. Las escamas de carbono o los bloques de carbono dentro del bloque de hierro, como el acero con alto contenido de carbono o el arrabio, interactuarán con el revestimiento de la superficie o la capa de galvanoplastia. Los metales que contienen hierro generalmente se colocan en una solución de ácido nítrico para anodizar, o se usa ácido nítrico humeante para formar una capa de óxido de hierro negro duro.

4.Método de procesamiento

Pretratamiento de superficies

En el pretratamiento de la superficie de la aleación de aluminio, el objetivo principal es eliminar el aceite y las impurezas de la superficie, para garantizar la limpieza de la superficie y también para que el estado de la muestra cumpla con los requisitos. Primero, de acuerdo con el requisito de 1: 1, use etanol absoluto y agua desionizada para lograr la configuración correspondiente de la solución de limpieza; segundo, coloque la muestra cortada directamente en el vaso de precipitados con la solución limpiadora y colóquela dedicada al interior del limpiador ultrasónico, límpiela por 5 minutos; una vez completada la limpieza, límpiela con papel de filtro y luego elija usar papel de lija 240 #, 400 #, 600 #, 800 #, 1200 #, 2000 # para pulir; En tercer lugar, limpie la muestra en agua destilada, luego colóquela en un vaso de precipitados (con solución de acetona), límpiela en una lavadora durante 10 minutos, luego saque la muestra y séquela directamente.

Preparación de película de óxido anódico.

Agregar la muestra directamente al dispositivo de anodización (pretratamiento), seleccionar solución de ácido sulfúrico 100g / L, configurar el voltaje de oxidación a 8, 10, 12, 14, 16V, y finalmente obtener la muestra correspondiente para prepararla para análisis posterior.

Tratamiento de sellado

Agregue una cantidad adecuada de agua desionizada al vaso de precipitados y luego colóquelo en el baño de agua para calentar y hervir directamente, y finalmente coloque la muestra en el agua desionizada para el tratamiento de sellado, y luego requiera un tratamiento de reposo durante 20 minutos. Saque la muestra, enjuague con agua desionizada y espere a que se seque al aire.

Pruebas de rendimiento

En la prueba de rendimiento, esta vez se seleccionan dos aspectos: primero, la observación metalográfica. Si opta por utilizar un microscopio metalúrgico, puede analizar y observar la película anodizada y el área que no está recubierta. En segundo lugar, el espesor de la película de óxido y los experimentos de manchas. Es principalmente para medir el espesor de la película de óxido y analizar el experimento de la mancha.

5.Experimento

El material experimental y su pretratamiento El material experimental es una muestra de aleación de aluminio 5052, y su composición química se muestra en el cuadro siguiente.

Antes del experimento, pula con papel de lija de grano 1200 para eliminar la película de óxido que se forma naturalmente en la superficie de la muestra cuando se expone al aire, y luego sumérjala en una solución alcalina durante unos 10 minutos. Después del desengrasado, se lleva a cabo el decapado y el aceite, el polvo y la película de óxido de la superficie de la muestra se eliminan por completo por el efecto de grabado del ácido. El estado de la superficie de la muestra después del decapado cumple con los requisitos, y la anodización con ácido oxálico y la anodización con ácido crómico se pueden llevar a cabo después de la limpieza y el secado. El siguiente cuadro muestra la composición y las condiciones de proceso de las soluciones desengrasantes y decapantes.

Anodizado con ácido oxálico y anodizado con ácido crómico

Usando una fuente de alimentación de anodizado DC, el tratado 5052 aleación de aluminio La muestra se coloca en el electrolito como ánodo, y se forma una película de óxido en la superficie de la muestra basada en el principio de electrólisis después de ser energizada. La composición del electrolito y las condiciones del proceso de anodización con ácido oxálico son: ácido oxálico 50 g / L, voltaje 45V, densidad de corriente 1.4A / dm2, temperatura del electrolito 25 ℃, tiempo 55 min.

La composición del electrolito y las condiciones del proceso de anodización con ácido crómico son: ácido crómico 40g / L, voltaje 40V, densidad de corriente 0.75A / dm2, temperatura del electrolito 35 ° C, tiempo 55min.

Caracterización morfológica y ensayo de rendimiento de película de óxido anódico de ácido oxálico y película de óxido anódico de ácido crómico

La morfología de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico se caracterizó mediante microscopio electrónico de barrido Hitachi S-4800. La rugosidad superficial de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico se midieron con un medidor de rugosidad SJ-210. Se tomaron cuatro posiciones y se registraron los resultados de la medición respectivamente. Utilice la estación de trabajo electroquímica Princeton PARSTAT2273 para probar las curvas de polarización y los espectros de impedancia de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico. El sistema de electrodos es un sistema de tres electrodos: el electrodo de platino es el electrodo auxiliar y el electrodo de calomelanos saturado es el electrodo de referencia. La muestra de película de óxido anódico de ácido oxálico y la muestra de película de óxido anódico de ácido crómico se utilizaron como electrodos de trabajo, y ambas se ensayaron en una solución de cloruro de sodio (3,5% en peso). La tasa de exploración de la prueba de la curva de polarización es de 0,5 mV / s, y la prueba del espectro de impedancia explora desde 105 Hz en el área de alta frecuencia hasta 10-2 Hz en el área de baja frecuencia.

Espesor de la película de óxido anódico de ácido oxálico y película de óxido anódico de ácido crómico

El espesor de la película de óxido anódico se refiere a la distancia desde la superficie exterior de la película de óxido anódico a la superficie interior (es decir, la interfaz entre la película de óxido anódico y el sustrato). El espesor tiene una gran influencia en el rendimiento de la película de óxido anódico (como resistencia a la corrosión, resistencia a la flexión, etc.). Influencia.

La morfología de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico. La película de óxido anódico juega principalmente un efecto decorativo y protector sobre la aleación de aluminio, por lo que la calidad morfológica de la película de óxido anódico es particularmente importante. En términos generales, la calidad de la topografía de la película anodizada incluye principalmente el color, la rugosidad de la superficie y los defectos de la superficie. La aparición de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico se observó a simple vista. El primero era gris claro y el segundo era blanco plateado. Las dos películas de óxido anódico no tenían defectos superficiales a escala macro.

Resistencia a la corrosión de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico

La siguiente figura muestra las curvas de polarización de la muestra de aleación de aluminio 5052, la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico. Se puede ver en la figura siguiente que los potenciales de corrosión de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico son -412,6 mV y -645,7 mV, respectivamente, que son más altos que el potencial de corrosión de la muestra de aleación de aluminio 5052. (-750,4 mV). Se utilizó el método de extrapolación de la curva de Tafel para ajustar la curva de polarización. Además, las densidades de corriente de corrosión de la película de óxido anódico de ácido oxálico y la película de óxido anódico de ácido crómico fueron 1,31 × 10-5 A / cm2, 1,70 × 10-5 A / cm2 En comparación con la muestra de aleación de aluminio 5052, la densidad de la corriente de corrosión es significativamente más bajo. La densidad de la corriente de corrosión puede caracterizar teóricamente la velocidad de corrosión del material probado, y existe una relación de conversión entre los dos. En términos generales, cuanto menor sea la densidad de la corriente de corrosión, más lenta será la corrosión del material probado. Por lo tanto, el orden de resistencia a la corrosión es: película de óxido anódico de ácido oxálico> película de óxido anódico de ácido crómico> muestra de aleación de aluminio 5052.