Úvod
Anodická oxidace je proces elektrochemické oxidace kovů nebo slitin, který běžně zahrnuje použití kovu nebo slitinového předmětu jako anody v roztoku elektrolytu za vzniku oxidového filmu, čímž se mění povrchový stav a vlastnosti kovu. Tato technika je primárně aplikována na povrchovou úpravu hliníku, hořčíku, titanu a jejich slitin, zvyšuje odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení a estetiku. Kromě toho může být mimo jiné použit pro přípravu elektrodových materiálů, polovodičových součástek a solárních článků.
Klasifikace
Anodická oxidace, běžná technika povrchové úpravy kovů, se často používá k ochraně a dekoraci slitin hliníku a slitin hořčíku. Na základě různých klasifikačních kritérií lze anodickou oxidaci rozdělit do několika kategorií:
- Podle typu proudu: Stejnosměrná anodická oxidace, střídavá anodická oxidace, pulzní anodická oxidace.
- Elektrolytem: Kyselina sírová, kyselina šťavelová, kyselina chromová, smíšená kyselina a na bázi kyseliny sulfonové přírodní barvivo anodická oxidace.
- Podle vlastnosti filmové vrstvy: normální film, tvrdý film (silný film), keramický film, světlá dekorativní vrstva, polovodičové působení atd. Mezi nimi se nejčastěji používá stejnosměrná anodická oxidace, která může vytvořit rovnoměrný a hustý oxidový film na hliníkovém povrchu, čímž se zlepšuje odolnost proti korozi a odolnost proti opotřebení.
Mechanismus tvorby oxidového filmu
Mechanismus tvorby oxidového filmu zahrnuje především následující kroky:
1. Anodická reakce: Hliníkové nebo slitinové produkty se používají jako anoda v roztoku elektrolytu, kde elektrolýza vytváří na povrchu oxidový film, přičemž anoda uvolňuje kyslík (včetně molekulárního kyslíku, atomárního kyslíku a iontového kyslíku), běžně označovaného jako O₂. Hliník sloužící jako anoda je oxidován uvolněným kyslíkem, čímž se vytvoří hydratovaný 氧化铝 film.
2. Tvorba a rozpouštění oxidového filmu: Tvorba a rozpouštění oxidového filmu probíhá současně. V raných stádiích je rychlost tvorby filmu vyšší než rychlost rozpouštění, což vede k kontinuálnímu zahušťování filmu. Jak se tloušťka zvětšuje, odpor roste a zpomaluje rychlost tvorby filmu, dokud se nevyrovná rychlosti rozpouštění, kdy film dosáhne určité tloušťky.
3. Úloha elektrolytu: Kyselina (jako je kyselina sírová) v roztoku elektrolytu působí tak, že rozpouští oxidový film. Reakce tvorby a rozpouštění filmu pokračují neomezeně dlouho až do dosažení rovnovážného stavu.
4. Další faktory: Tloušťku a kvalitu filmu ovlivňují faktory, jako je hustota proudu, napětí, teplota a čas. Různé procesy mohou vést k rozdílům v tloušťce, struktuře a vlastnostech oxidového filmu. Je důležité poznamenat, že proces tvorby oxidového filmu je složitý chemický proces a výzkum jeho specifických mechanismů pokračuje.
Průběh procesu
1. Odmaštění: Odstraňuje mastnotu a nečistoty z povrchu a zajišťuje kvalitu oxidového filmu.
2. Alkalické leptání: Dále odstraňuje nečistoty z povrchu, čímž je mikroskopicky drsný, což zvyšuje přilnavost oxidového filmu.
3. Leštění: Odstraňuje skvrny na povrchu, čímž je povrch substrátu hladší.
4. Anodická oxidace: Vytváří oxidový film na substrátu, který poskytuje ochranu a dekoraci.
5. Utěsnění: Utěsní póry oxidového filmu, zlepší jeho odolnost proti korozi a opotřebení.
Ovlivňující faktory
Následující faktory ovlivňují výsledek anodické oxidace:
1. Elektrolyt:
- Typ: Různé elektrolyty mají za následek různé vlastnosti oxidového filmu, jako je vyšší tvrdost elektrolytu kyseliny sírové.
- Koncentrace: Ovlivňuje rychlost růstu a kvalitu oxidového filmu.
2. Napětí:
- Velikost: Určuje rychlost růstu a tloušťku oxidového filmu; nadměrné nebo příliš nízké napětí může mít za následek nestejnoměrné nebo nekvalitní filmy.
3. Čas:
- Trvání: Ovlivňuje tloušťku oxidového filmu; delší časy mohou vést k silnějším filmům, ale příliš dlouhý čas může snížit výkon filmu. Tyto faktory jsou vzájemně propojené a vyžadují pečlivou kontrolu k dosažení požadovaných anodických oxidačních účinků.
Barva filmu z anodického oxidu
Barvu anodického oxidového filmu lze ovlivnit:
1. Přirozené zbarvení: Za specifických podmínek elektrolytu a procesu může samotný oxidový film vykazovat určitou barvu.
Elektrolytické barvení: Produkt po anodické oxidaci je umístěn do elektrolytu obsahujícího kovové soli pro elektrolýzu, což umožňuje kovovým iontům vstoupit do mikropórů oxidového filmu a způsobit jeho změnu barvy.
Chemické zbarvení: K barvení oxidového filmu se používají organická nebo anorganická barviva, která mu dodávají specifickou barvu.
Rušivé zbarvení: Využívá principu světelné interference k vytvoření barvy v oxidovém filmu.
Obvykle se k získání specifických barev běžně používá přirozené stárnutí a chemické barvení.
Tloušťka filmu anodického oxidu
Tloušťka anodických oxidů obecně spadá do následujících kategorií:
1. Tenký oxidový film: Typicky méně než 5 mikrometrů tlustý.
2. Střední tloušťka oxidového filmu: Tloušťka od 5 do 25 mikrometrů.
3. Silný oxidový film: Tloušťka více než 25 mikrometrů.
V praktických aplikacích se tloušťka oxidového filmu volí na základě specifických požadavků a potřeb produktu.
Chcete-li získat různé tloušťky anodických oxidových filmů, lze k nastavení použít následující metody:
1. Upravte dobu oxidace: Prodloužení doby oxidace umožňuje postupnému ztluštění oxidového filmu.
2. Změňte proudovou hustotu: Správné zvýšení nebo snížení proudové hustoty ovlivní rychlost růstu a tloušťku oxidového filmu.
3. Kontrola teploty elektrolytu: Změny teploty ovlivňují reakční rychlost a tím i tloušťku oxidového filmu.
4. Změňte vzorec elektrolytu: Různé vzorce elektrolytu mohou vést k různé rychlosti růstu oxidového filmu.
Testování tloušťky vrstvy anodického oxidu
Mezi testovací metody patří:
1. Vizuální kontrola: Vizuální pozorování barvy, jednotnosti a vad filmu.
2. Měření tloušťky: Pomocí tloušťkoměru změřte tloušťku fólie.
3. Zkouška mikrotvrdosti: Stanovení tvrdosti filmu.
4. Zkouška odolnosti proti korozi: Posouzení odolnosti fólie proti korozi pomocí ponorných zkoušek, zkoušek v solné mlze atd.
standardy:
1. GB/T 5237.2-2017 "Stavební profily z hliníku a slitin hliníku - Část 2: Eloxované profily": Tato norma stanoví požadavky a zkušební metody pro eloxované profily.
2. ISO 520854 "Hliník a hliníkové slitiny Anodický oxidový film": Mezinárodní normy se týkají vlastností anodických oxidových filmů.
Budoucí vyhlídky anodické oxidace
1. Široký rozsah použití: Technologie anodické oxidace je široce používána v mnoha oblastech, jako je letectví, automobilový průmysl, elektronika, stavebnictví atd. S rozvojem těchto průmyslových odvětví bude poptávka po produktech anodické oxidace nadále narůstat.
2. Výkonnostní výhody: Filmy z anodického oxidu mají vynikající odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení a dekorativní vlastnosti, splňující požadavky na výkon různých produktů.
3. Technologický pokrok: Díky neustálým inovacím a zlepšování technologie se procesy anodické oxidace stanou efektivnějšími a šetrnějšími k životnímu prostředí, čímž se dále rozšíří rozsah jejich aplikací.
4. Zelený ekologický trend: Technologie povrchové úpravy šetrné k životnímu prostředí jsou stále více ceněny a jako proces šetrný k životnímu prostředí bude anodická oxidace lépe splňovat potřeby trhu.