Анодирование — это процесс электролитической пассивации, используемый для увеличения толщины слоя естественного оксида на поверхности металлических деталей.

Процесс называется анодированием, потому что обрабатываемая деталь образует анодный электрод электролизера.Анодирование повышает устойчивость к коррозии и износу, а также обеспечивает лучшую адгезию к грунтовке и клею, чем голый металл.Анодные пленки также можно использовать для получения нескольких косметических эффектов, либо с толстыми пористыми покрытиями, которые могут поглощать красители, либо с тонкими прозрачными покрытиями, которые добавляют эффекты интерференции отраженных световых волн.

Анодирование также используется для предотвращения истирания резьбовых компонентов и для изготовления диэлектрических пленок для электролитических конденсаторов.Анодные пленки чаще всего применяются для защиты алюминиевых сплавов, хотя процессы также существуют для титана, цинка, магния, ниобия, циркония, гафния и тантала.Металл из железа или углеродистой стали расслаивается при окислении в нейтральных или щелочных микроэлектролитических условиях;т. е. оксид железа (фактически гидроксид железа или гидратированный оксид железа, также известный как ржавчина) образуется за счет бескислородных анодных ямок и большой катодной поверхности, эти ямки концентрируют анионы, такие как сульфат и хлорид, ускоряющие коррозию нижележащего металла.Углеродные чешуйки или узелки в железе или стали с высоким содержанием углерода (высокоуглеродистая сталь, чугун) могут вызывать электролитический потенциал и мешать нанесению покрытия или металлизации.Черные металлы обычно анодируют электролитически в азотной кислоте или обрабатывают красной дымящей азотной кислотой с образованием твердого черного оксида железа (II, III).Этот оксид остается конформным даже при нанесении покрытия на проводку и изгибе проводки.

Анодирование изменяет микроскопическую текстуру поверхности и кристаллическую структуру металла вблизи поверхности.Толстые покрытия обычно пористые, поэтому для достижения коррозионной стойкости часто требуется процесс герметизации.Анодированные алюминиевые поверхности, например, тверже, чем алюминий, но имеют низкую или умеренную износостойкость, которую можно улучшить за счет увеличения толщины или применения подходящих герметиков.Анодные пленки, как правило, намного прочнее и лучше прилипают к поверхности, чем большинство типов красок и металлических покрытий, но они также более хрупкие.Это делает их менее склонными к растрескиванию и отслаиванию в результате старения и износа, но более восприимчивыми к растрескиванию в результате термического стресса.

Виды анодирования:

Анодирование уже давно широко используется в промышленности и может быть обобщено в следующих методах классификации:

В зависимости от типа тока различают: анодирование постоянным током, анодирование переменным током и анодирование импульсным током, которые могут сократить время производства для достижения требуемой толщины, слой пленки толстый, однородный и плотный, а коррозионная стойкость значительно улучшена. .

По электролиту подразделяются на: сернокислотные, щавелевые, хромовые, смешанные кислоты и анодирование естественного цвета раствором органической сульфокислоты.

По характеру пленки она делится на: обычную пленку, жесткую пленку (толстую пленку), фарфоровую пленку, яркий модифицирующий слой, полупроводниковый барьерный слой и другое анодирование.

Применение метода анодирования серной кислотой на постоянном токе является наиболее распространенным, поскольку он имеет анодирующую обработку, подходящую для алюминия и большинства алюминиевых сплавов;слой пленки толстый, твердый и износостойкий, а после герметизации можно получить лучшую коррозионную стойкость;Слой пленки бесцветный и прозрачный, обладает высокой адсорбционной способностью и легко окрашивается;напряжение обработки низкое, а энергопотребление низкое;процесс обработки не требует изменения цикла напряжения, что способствует непрерывному производству и автоматизации практической работы;серная кислота менее вредна для человеческого организма, чем хромовая кислота, и ее запасы широки., низкая цена и другие преимущества.

Прежде чем выбрать процесс окисления, вы должны понять материал алюминия или алюминиевого сплава, потому что качество материала и разница в ингредиентах будут напрямую влиять на качество алюминиевого продукта после анодирования.Например, если на поверхности алюминия есть такие дефекты, как пузыри, царапины, отслоения, шероховатости, после анодирования все дефекты все равно выявятся.Состав сплава также оказывает непосредственное влияние на внешний вид поверхности после анодирования.Например, алюминиевый сплав, содержащий 1-2% марганца, после окисления имеет коричнево-синий цвет.С увеличением содержания марганца в алюминиевом материале цвет поверхности после окисления изменяется от коричнево-голубого до темно-коричневого.Алюминиевые сплавы, содержащие от 0,6 до 1,5% кремния, после окисления имеют серый цвет, а при содержании кремния от 3 до 6% - бело-серый.Цинксодержащие – опалесцирующие, хромсодержащие – золотисто-серые с неравномерными оттенками, никельсодержащие – бледно-желтые.Вообще говоря, только алюминий, содержащий магний, и титан, содержащий более 5% золота, могут получить после окисления бесцветный, прозрачный, яркий и чистый внешний вид.

После выбора материалов из алюминия и алюминиевых сплавов естественно подумать о выборе подходящего процесса анодирования.В настоящее время метод окисления серной кислотой, метод окисления щавелевой кислотой и метод окисления хромовой кислоты, широко используемые в нашей стране, подробно описаны в руководствах и книгах, поэтому нет необходимости повторять их.В этой статье хотелось бы дать краткое введение в некоторые новые технологии, разрабатываемые в настоящее время в Китае, а также некоторые методы в зарубежных странах.

1. В Китае разработана новая технология анодирования.

(1) Быстрое окисление смешанного раствора щавелевой и муравьиной кислот.

Использование смеси щавелевой кислоты и муравьиной кислоты связано с тем, что муравьиная кислота является сильным окислителем, в такой ванне муравьиная кислота ускоряет растворение внутреннего слоя (барьерный слой и барьерный слой) оксидной пленки, тем самым делая ее пористым слоем. (т.е. внешний слой оксидной пленки).Проводимость ванны может быть улучшена (т.е. плотность тока может быть увеличена), так что оксидная пленка может быть быстро сформирована.По сравнению с методом окисления чистой щавелевой кислотой это решение может повысить производительность на 37,5%, снизить потребление энергии (потребляемая мощность метода окисления щавелевой кислотой составляет 3,32 кВтч/м2, этот метод составляет 2 кВтч/м2) и сэкономить электричество на 40%.

Технологическая формула: щавелевая кислота 4-5%, муравьиная кислота 0,55%, трехфазный переменный ток 44±2 вольта, плотность тока 2-2,5А/дм², температура 30±2℃.

(2) Окисление смешанной кислотой

Этот метод был официально включен в национальный стандарт Японии в 1976 году и был принят компанией Japan North Star Nikkei Household Products Co., Ltd. Его характеристики заключаются в том, что пленка формируется быстро, твердость, износостойкость и коррозионная стойкость пленки являются высокими. выше, чем у обычного метода окисления серной кислотой, а слой пленки серебристо-белый, что подходит для печати и окрашивания продуктов.После визита представителей алюминиевой промышленности моей страны в Японию в 1979 году его рекомендовали для использования. Рекомендуемая формула процесса: H2SO4 10～20%, COOHCOOH·2H2O 1～2%, напряжение 10～20В, плотность тока 1～3A/d㎡ , температура 15 ~ 30 ℃, время 30 минут.

(3) Окисление фарфора

Окисление фарфора в основном использует хромовую кислоту, борную кислоту и оксалат титана калия в качестве электролитов, а также использует высокое напряжение и высокую температуру для электролитической обработки.Внешний вид пленочного слоя похож на глазурь на фарфоре, который обладает высокой коррозионной стойкостью и хорошей износостойкостью.Слой пленки может быть окрашен органическими или неорганическими красителями, благодаря чему внешний вид приобретает особый блеск и цвет.В настоящее время он в основном используется в алюминиевой посуде, зажигалках, золотых ручках и других продуктах и ​​очень популярен в массах.

(4) Окисление цвета национальной обороны

Окисление цвета национальной обороны в основном используется для украшения военных алюминиевых изделий, поэтому оно требует специальной защиты.Оксидная пленка армейского зеленого цвета, матовая, износостойкая и прочная, обладает хорошими защитными свойствами.Процесс выглядит следующим образом: сначала щавелевую кислоту окисляют с образованием золотисто-желтого пленочного слоя, а затем анодируют раствором перманганата калия 20 г/л и H2SO41 г/л.Шэньянский завод алюминиевых изделий использовал этот процесс для производства военных чайников и кухонной утвари.

(5) Многоцветное окисление

Смочите окрашенный, но незапечатанный слой анодного оксида хромовой кислотой или щавелевой кислотой, чтобы распределить CrO3.Часть поверхности окрашенного изделия потускнеет после смачивания CrO3.Добавляйте щавелевую кислоту или хром в любую часть продукта по мере необходимости.Смыв кислотой обычно может остановить реакцию с изображением.Затем покрасьте второй цвет или повторите процедуры протирания CrO3, промывки, окрашивания и т. д., и узоры, такие как цветы и облака, могут появляться по мере необходимости.В настоящее время он в основном используется в золотых чашках, чашках для воды, чайных коробках, зажигалках и других продуктах.

(6) Процесс окрашивания мраморного рисунка

Окисленный продукт сначала окрашивают первым основным цветом, сушат, а затем погружают в воду с плавающим на поверхности маслом.Когда его поднимают или погружают, масло и вода естественным образом оседают, делая слой пленки неравномерно полосатым.Загрязнен жиром.При повторном окрашивании во второй цвет участки оксидной пленки, испачканные жиром, не будут окрашиваться, а участки без жира будут окрашиваться вторым цветом, образуя неправильный рисунок наподобие мраморного рисунка.Этот метод можно увидеть в статьях товарища Чжоу Шоюй из Гуандунской государственной фабрики ножей Янцзян («Гальванизация и отделка», № 2, 1982 г.).

(7) Химическое травление и окисление

После механической полировки и обезжиривания алюминиевые изделия покрываются маскирующим средством или фотосенситивом, а затем после сушки подвергаются химическому травлению (травление фтором или солями железа) для формирования вогнуто-выпуклого рисунка.После электрохимической полировки и анодирования он представляет собой рисунок поверхности с сильным ощущением тела, который сравним с внешним видом поверхности нержавеющей стали.Сейчас он в основном используется в золотых ручках, чайных коробках и ширмах.

(8) Быстрое анодное окисление при комнатной температуре

Обычно для окисления H2SO4 требуется охлаждающее оборудование, которое потребляет много электроэнергии.После добавления α-гидроксипропионовой кислоты и глицерина можно затормозить растворение оксидной пленки, так что окисление можно проводить при нормальной температуре.По сравнению с обычным методом окисления серной кислотой толщина пленки может быть увеличена в 2 раза.Рекомендуемая формула процесса:

H2SO4 150～160г/л

CH3CH(OH)COOH 18мл/л

CH2OHCHOHCH2OH 12мл/л

Плотность тока 0,8～12A/d㎡

Напряжение 12-18 вольт

Температура 18～22℃

(9) Метод химического окисления (также известный как проводящая оксидная пленка)

Коррозионная стойкость пленки близка к коррозионной стойкости пленки, анодированной серной кислотой.Проводящая оксидная пленка имеет небольшое контактное сопротивление и может проводить электричество, в то время как анодная оксидная пленка H2SO4 не может проводить электричество из-за большого контактного сопротивления.Коррозионная стойкость проводящей оксидной пленки намного выше, чем у медного, серебряного или луженого покрытия алюминия.Недостатком является то, что пленочный слой нельзя запаивать, можно использовать только точечную сварку.Рекомендуемая формула процесса:

CrO3 4 г/л, K4Fe(CN)6·3H2O 0,5 г/л, NaF 1 г/л, температура 20～40℃, время 20～60 секунд.

В последние годы обработка поверхности алюминиевых материалов быстро развивалась во всем мире.Некоторые старые процессы, требующие затрат труда, электроэнергии и ресурсов, были реформированы, а некоторые новые процессы и технологии широко используются в промышленном производстве. Вот типичные методы выращивания:

(1) Метод высокоскоростного анодирования

Процесс высокоскоростного анодирования в основном снижает импеданс электролита за счет изменения состава раствора электролита, что позволяет проводить высокоскоростное анодирование с более высокой плотностью тока.Решение старого процесса использовало плотность тока 1 А/день для формирования пленки со скоростью от 0,2 до 0,25 мк/мин.После использования этого нового технологического решения, даже если по-прежнему использовалась плотность тока 1 А/день, скорость формирования пленки могла быть улучшена.Увеличение до 0,4 ~ 0,5 мк/мин значительно сокращает время обработки и повышает эффективность производства.

(2) метод типа Томита (высокоскоростное окисление)

Метод Томита намного короче, чем старый процесс, а эффективность производства может быть увеличена более чем на 33%.Этот метод подходит не только для обычной анодной оксидной пленки, но и для окисления твердой пленки.

Если необходимо получить твердую пленку, это достигается за счет снижения температуры раствора, а скорость формирования пленки примерно такая же, как указано в таблице выше.Зависимость между твердостью пленки и температурой раствора следующая:

10℃——Твердость 500H, 20℃——400H, 30℃—30H

(3) Рубиновая пленка

Процесс формирования рубиновой пленки на поверхности алюминия является новым процессом.Цвет пленки может быть сравним с цветом искусственного рубина, поэтому декоративный эффект превосходен, а коррозионная стойкость и износостойкость также хороши.Появление разных цветов также может быть вызвано различными типами оксидов металлов, содержащихся в растворе.Технологический метод заключается в следующем: во-первых, для анодного окисления используется 15% серная кислота, используемая плотность тока составляет 1 А/день, а время составляет 80 минут.После извлечения заготовку можно погрузить в растворы (NH4)2CrO4 различной концентрации в соответствии с требованиями глубины цвета, температура 40 ℃ и время 30 минут, в основном для того, чтобы ионы металла проникли в пористую структуру. источник дырок в анодной оксидной пленке.Затем добавьте гидросульфат натрия (молекулярная масса 1 г), гидросульфат аммония (молекулярная масса 1,5 г), температура 170 ℃, плотность тока 1 А/д㎡, после описанной выше обработки пурпурно-красный и мерцающий флуоресцентный рубин фильм можно получить.Если иммерсия Fe2(CrO4)3, Na2CrO4, образующаяся пленка имеет синий цвет с темно-фиолетовой флуоресценцией.

(4) Электролитическое окрашивание по методу Асады

Метод электролитического окрашивания Асады заключается в том, чтобы катионы металлов (соли никеля, соли меди, соли кобальта и т. д.) проникали на дно микроотверстий оксидной пленки после анодирования посредством электролиза электрическим током, тем самым окрашивая.Этот процесс быстро развивался в последние годы, главным образом потому, что он позволяет получать бронзовые и черные тона, которые приветствуются в строительной отрасли.Цвет имеет очень стабильную светостойкость, а также может выдерживать суровые погодные условия.По сравнению с методом естественного окрашивания этот процесс позволяет экономить электроэнергию.Почти все алюминиевые профили для строительства в Японии окрашены этим методом.Тяньцзинь, Инкоу, Гуандун и другие города моей страны также внедрили такие технологии и полный комплект оборудования.Некоторые устройства в провинции Гуандун также успешно прошли испытания и запущены в производство.

(5) метод естественной окраски

Метод естественного окрашивания завершается одним электролизом.Существует также несколько типов растворов, включая сульфосалициловую кислоту и серную кислоту, сульфотитановую кислоту и серную кислоту, а также сульфосалициловую кислоту и малеиновую кислоту.Поскольку в большинстве методов естественного окрашивания используются органические кислоты, оксидная пленка относительно плотная, а слой пленки обладает отличной светостойкостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.Но недостатком этого метода является то, что для получения хорошего цвета необходимо строго контролировать состав материала из алюминиевого сплава.