Prinsip Anodisasi Aluminium
Aluminium adalah logam yang relatif aktif dengan potensial standar -1,66v. Secara alami dapat membentuk film oksida dengan ketebalan sekitar 0,01 hingga 0,1 mikron di udara. Film oksida ini amorf, tipis dan berpori, dan memiliki ketahanan korosi yang buruk. Namun, jika aluminium dan paduannya ditempatkan dalam elektrolit yang sesuai, produk aluminium digunakan sebagai anoda, dan lapisan oksida terbentuk di permukaan di bawah aksi arus eksternal. Metode ini disebut oksidasi anodik.
Dengan memilih berbagai jenis elektrolit dengan konsentrasi yang berbeda, dan mengendalikan kondisi proses selama oksidasi, film anodized dengan sifat dan ketebalan yang berbeda sekitar puluhan hingga ratusan mikron dapat diperoleh, dan ketahanan korosi, ketahanan aus dan sifat dekorasi Dll telah diperoleh. ditingkatkan dan ditingkatkan secara signifikan. Elektrolit yang digunakan dalam anodisasi aluminium dan paduan aluminium umumnya merupakan larutan asam dengan daya larut sedang, dan timbal atau aluminium digunakan sebagai katoda, yang hanya menghantarkan listrik. Ketika aluminium dan paduannya mengalami anodisasi, reaksi berikut terjadi di anoda:
2Al ---> 6e- 2Al3+
Reaksi berikut terjadi di katoda:
6H2O 6e- ---> 3H2 6OH-
Pada saat yang sama, asam secara kimia melarutkan aluminium dan film oksida yang terbentuk, dan reaksinya adalah:
2Al 6H+ ---> 2Al3+ 3H2
Al2O3 6H+ ---> 2Al3+ 3H2O
Proses pertumbuhan film oksida adalah proses pembentukan terus menerus dan pembubaran terus menerus dari film oksida.
Bagian pertama a (bagian kurva ab): pembentukan lapisan tidak berpori. Dalam beberapa detik hingga puluhan detik pada awal elektrifikasi, film oksida berisolasi tinggi yang padat terbentuk pada permukaan aluminium, dengan ketebalan sekitar 0,01 hingga 0,1 mikron, yang merupakan lapisan film tidak berpori yang kontinu. Sebagai lapisan tidak berpori atau lapisan penghalang, penampilan film ini menghalangi lewatnya arus dan berlanjutnya penebalan film. Ketebalan lapisan tidak berpori berbanding lurus dengan tegangan pembentukan dan berbanding terbalik dengan laju disolusi film oksida dalam elektrolit. Oleh karena itu, tegangan segmen ab kurva menunjukkan peningkatan tajam dari nol ke nilai maksimum.
Bagian kedua b (bagian kurva bc): Pembentukan lapisan berpori. Dengan pembentukan film oksida, pelarutan elektrolit pada film dimulai. Karena film oksida yang terbentuk tidak seragam, lubang akan dilarutkan terlebih dahulu di bagian film yang paling tipis, dan elektrolit dapat mencapai permukaan aluminium yang baru melalui lubang-lubang ini, reaksi elektrokimia dapat berlanjut, resistansi berkurang, dan tegangan Mengikuti penurunan (penurunan 10-15% dari nilai tertinggi), lapisan berpori muncul pada membran.
Bagian ketiga c (bagian kurva cd): penebalan lapisan berpori. Setelah anodisasi selama sekitar 20 detik, tegangan memasuki tahap naik yang relatif stabil dan lambat. Ini menunjukkan bahwa ketika lapisan tidak berpori terus-menerus dilarutkan untuk membentuk lapisan berpori, lapisan tidak berpori baru tumbuh lagi. Artinya, laju pembentukan dan pembubaran lapisan tidak berpori dalam film oksida pada dasarnya seimbang, sehingga lapisan tidak berpori adalah Ketebalan tidak lagi meningkat, dan perubahan tegangan kecil. Namun, saat ini, pembentukan dan pembubaran film oksida di bagian bawah lubang tidak berhenti, mereka masih berlangsung, akibatnya, bagian bawah lubang secara bertahap pindah ke bagian dalam matriks logam. Seiring waktu oksidasi berlanjut, lubang semakin dalam untuk membentuk pori-pori, dan lapisan film dengan pori-pori secara bertahap mengental. Ketika laju pembentukan film dan laju disolusi mencapai keseimbangan dinamis, bahkan jika waktu oksidasi diperpanjang, ketebalan film oksida tidak akan meningkat lagi, dan proses oksidasi anodik harus dihentikan saat ini. Kurva karakteristik oksidasi anodik dan proses pertumbuhan film oksida ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Aluminium dan paduannya dianodisasi oleh arus searah dan arus bolak-balik dalam elektrolit asam sulfat encer untuk mendapatkan lapisan oksida yang tidak berwarna dan transparan dengan ketebalan 5-20 mikron dan adsorpsi yang baik.
Proses anodisasi asam sulfat sederhana, solusinya stabil, operasinya nyaman, kisaran kandungan pengotor yang diizinkan lebar, konsumsi daya rendah, biaya rendah, dan hampir dapat diterapkan pada pemrosesan aluminium dan berbagai paduan aluminium, sehingga telah banyak digunakan di Cina.
Tabel berikut menunjukkan proses oksidasi anodik yang khas: rumus dan kondisi proses Metode DC
Asam sulfat (g/L) 160～180
Ion aluminium Al3+ (g/L)<>
Suhu (℃) 18～22
Kerapatan arus anoda (A/dm2) 1.2～1.5
Tegangan (V) 16～20
Waktu (menit) 20～40
Pengadukan, udara terkompresi, sirkulasi cairan tangki
Area katoda/area anoda 1.5:1 Faktor utama yang mempengaruhi kualitas film oksida adalah:
Konsentrasi asam sulfat: biasanya 15% sampai 20%. Dengan meningkatnya konsentrasi, laju disolusi film meningkat, dan laju pertumbuhan film menurun. Film ini memiliki porositas tinggi, adsorpsi kuat, elastisitas kuat, dan kemampuan celup yang baik (mudah mewarnai warna gelap), tetapi kekerasan dan ketahanan abrasi sedikit lebih buruk; Penurunan konsentrasi asam sulfat, laju pertumbuhan film oksida dipercepat, pori-pori film lebih sedikit, kekerasan tinggi dan ketahanan aus yang baik.
Oleh karena itu, ketika digunakan untuk perlindungan, dekorasi dan pemrosesan dekorasi murni, batas atas konsentrasi yang diizinkan, yaitu asam sulfat 20% digunakan sebagai elektrolit.
Suhu elektrolit: Suhu elektrolit memiliki pengaruh besar pada kualitas film oksida. Dengan meningkatnya suhu, laju disolusi film meningkat dan ketebalan film menurun. Ketika suhu 22～30℃, film yang diperoleh lunak dan memiliki kapasitas adsorpsi yang baik, tetapi ketahanan abrasinya sangat buruk; ketika suhu lebih tinggi dari 30 , film menjadi longgar dan tidak rata, kadang-kadang bahkan terputus-putus, dan kekerasannya rendah, sehingga kehilangan nilai kegunaannya; ketika suhu antara 10 dan 20 , film oksida yang terbentuk berpori, memiliki kapasitas adsorpsi yang kuat, dan elastis, cocok untuk pewarnaan, tetapi film ini memiliki kekerasan rendah dan ketahanan aus yang buruk;
Suhunya lebih rendah dari 10℃, ketebalan film oksida meningkat, kekerasannya tinggi, ketahanan ausnya bagus, tetapi porositasnya rendah. Oleh karena itu, suhu elektrolit harus dikontrol secara ketat selama produksi. Untuk menyiapkan film oksida tebal dan keras, suhu operasi harus diturunkan. Dalam proses oksidasi, digunakan pengadukan udara tekan dan suhu yang relatif rendah, dan oksidasi keras biasanya dilakukan pada sekitar nol.
Kerapatan arus: Dalam batas tertentu, kerapatan arus meningkat, laju pertumbuhan film meningkat, waktu oksidasi dipersingkat, film yang dihasilkan memiliki lebih banyak pori-pori, mudah diwarnai, dan kekerasan serta ketahanan aus meningkat; jika rapat arus terlalu tinggi akan disebabkan oleh Pengaruh panas Joule membuat permukaan bagian menjadi terlalu panas dan suhu larutan lokal meningkat, laju disolusi film meningkat, dan ada kemungkinan membakar bagian ; jika kerapatan arus terlalu rendah, laju pertumbuhan film lambat, tetapi film yang dihasilkan lebih padat dan lebih keras. Ketahanan aus berkurang.
Waktu oksidasi: Pilihan waktu oksidasi tergantung pada konsentrasi elektrolit, suhu, kerapatan arus anoda dan ketebalan film yang dibutuhkan. Di bawah kondisi yang sama, ketika kerapatan arus konstan, laju pertumbuhan film sebanding dengan waktu oksidasi; tetapi ketika film tumbuh hingga ketebalan tertentu, konduktivitas film meningkat karena peningkatan resistensi film, dan laju pembubaran film meningkat karena kenaikan suhu, Jadi laju pertumbuhan film secara bertahap akan menurun , dan tidak akan meningkat pada akhirnya.
Mengaduk dan bergerak: dapat meningkatkan konveksi elektrolit, memperkuat efek pendinginan, memastikan keseragaman suhu larutan, dan tidak akan menyebabkan kualitas film oksida berkurang karena pemanasan lokal logam.
Kotoran dalam elektrolit: Kotoran yang mungkin ada dalam elektrolit yang digunakan untuk anodisasi aluminium termasuk Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+, dll. Diantaranya, Clˉ, Fˉ, NO3ˉ meningkatkan porositas membran, dan permukaannya kasar dan longgar. Jika kandungannya melebihi nilai batas, bahkan akan menyebabkan korosi dan perforasi bagian (Clˉ harus kurang dari 0,05g/L, Fˉ harus kurang dari 0,01g/L); ketika dalam elektrolit
Ketika kandungan Al3+ melebihi nilai tertentu, bintik-bintik putih atau blok putih berbintik-bintik sering muncul di permukaan benda kerja, dan kinerja adsorpsi film berkurang, dan sulit untuk diwarnai (Al3+ harus kurang dari 20g /L); ketika kandungan Cu2+ mencapai 0,02g/L, film oksida akan muncul garis-garis gelap atau bintik-bintik hitam di permukaan; Si2+ sering ada dalam elektrolit dalam keadaan tersuspensi, membuat elektrolit sedikit keruh dan teradsorpsi pada membran sebagai bubuk coklat.
Komposisi paduan aluminium: Secara umum, elemen lain dalam logam aluminium mengurangi kualitas film, dan film oksida yang diperoleh tidak setebal aluminium murni, dan kekerasannya juga rendah. Paduan aluminium dengan komposisi berbeda digunakan untuk anodisasi. Berhati-hatilah untuk tidak melakukannya di slot yang sama.
