Eloxiertes Aluminium ist eine elektrolytische Passivierungsbehandlung, die verwendet wird, um die Dicke der Oxidschicht auf der Oberfläche von Metallteilen zu erhöhen. Allgemein, Profile aus Aluminiumlegierungen werden leicht oxidiert. Obwohl die Oxidschicht eine gewisse Passivierungswirkung hat, löst sich die Oxidschicht bei längerer Exposition ab. Der Verlust des Schutzes, also die anodische Oxidation, nutzt ihre leichten Oxidationseigenschaften, um die Bildung von Oxidschichten durch elektrochemische Verfahren zu kontrollieren, um eine weitere Oxidation von Aluminium zu verhindern und die mechanischen Eigenschaften seiner Oberfläche zu erhöhen. Ein weiterer Zweck besteht darin, verschiedene chemische Reaktionen zu verwenden. Es produziert verschiedene Farben, um die Schönheit zu verbessern, und wird häufig in Flugzeughäuten, Militärwaffen, Kopierpapierrollen, Aluminiumvorhängen für Gebäude, Aluminiumtüren und -fenstern usw. verwendet. Anodisierte Aluminiumlegierung kann die Korrosionsbeständigkeit verbessern, die Oxidationsfarbe erhöhen und die Haftung verbessern . Aber es kann die Festigkeit von Aluminium nicht erhöhen. Außerdem ist die anodische Oxidschicht nicht leitfähig.

1. Geschichte

Ursprung des Namens

Der Name Eloxieren hat seinen Ursprung darin, dass im elektronischen Schaltkreis Metallteile auf die Anode gelegt werden. Das Eloxieren macht die Metallteile weniger anfällig für Korrosion und Verschleiß und sorgt dafür, dass die Grundierung vollständiger an den Teilen haftet. Das Anodisieren bietet eine Vielzahl von Oberflächenmodifikationseffekten. Zum Beispiel das Plattieren auf einer dickeren und porösen Oberfläche, um die Absorption des Farbstoffs zu erleichtern, oder eine dünnere transparente Schicht, um die Lichtreflexion zu erhöhen

Die erste großtechnische Anwendung des anodischen Oxidationsverfahrens erfolgte 1923. Ziel war es, die Oxidation und Korrosion des Wasserflugzeugs aus Duraluminium zu verhindern. Das frühe Verfahren mit Chromsäure als Elektrolyt wurde Bengough-Stuart-Verfahren genannt und wird heute noch verwendet.

1927 wurde das anodische Oxidationsverfahren mit Chromsäureelektrolyt von Gower und O'Brien in Schwefelsäureelektrolyt modifiziert und zum Patent angemeldet. Schwefelsäureelektrolyt ist bisher die gebräuchlichste anodische Oxidationsmethode [3].

Das Oxalsäure-Anodisierungsverfahren wurde 1923 in Japan zum Patent angemeldet und fand danach in Deutschland breite Anwendung, insbesondere in der deutschen Bauindustrie. Eloxiert Aluminiumprofile waren in den 1960er und 1970er Jahren ein sehr beliebter Baustoff, wurden aber schnell durch billigere Kunststoffe und Pulverbeschichtungsverfahren ersetzt

Die neueste Entwicklung beim Anodisieren ist das Verfahren auf Phosphorsäurebasis. Bisher (2020) wurde dieses Verfahren nur zur Vorbehandlung von Bindemitteln oder organischen Beschichtungen eingesetzt. Verschiedene neue Eloxalprozesse werden ständig weiterentwickelt, so dass der zukünftige Trend dahin geht, Eloxalprozesse nach militärischen und industriellen Standard-Beschichtungseigenschaften und nicht nach chemischen Reaktionen des Prozesses zu klassifizieren

2.Prozessablauf

Chemische Entfettung (Na3 PO4 60g/L, Na2CO3 40g/L, 40℃, 3min)—>Waschen 1>Alkaliätzen (NaOH, 40g/L, 3min)—>Waschen 1> Idemitsu (HNO3 40g/L ,15s .) ) -Wasserwaschen-deionisiertes Wasserwaschen-anodische Oxidation (180g/L H2SO4, Stromdichte 1,4A/dm2, Oxidationszeit 30min, Temperatur 18~22℃)-Wasserwaschen-Versiegeln (10min) →Wasserwaschen →Föhnen .

Nach dem Eloxieren werden die folgenden vier Verfahren zum Versiegeln verwendet:

(1) Versiegelung mit kochendem Wasser in kochendem reinem Wasser (pH = 6,5 ~ 7), Versiegelung für 10 Minuten;

(2) Blockierung mit falschem Salz, 30 g/l Kaliumfluorcolsäure (pH = 4,5 bis 4,6) bei Raumtemperatur, Blockierung für 10 Minuten;

(3) Blockierung mit falschem Salz, 30/L Kaliumfluorocolsäure (pH=5.0~5.1) bei einer Mediumtemperatur von 60℃, Blockierung für 10min;

(4) HB-Versiegelung, 6 g/L HB (pH = 5,5 ~ 6) bei 60 ~ 65 ℃, Versiegelung für 10 Minuten

3.Effekt

Eloxieren wird verwendet, um scharfe Ecken oder Grate nach dem Schraubengewinde zu vermeiden. Es wird auch als Dielektrikum des Elektrolytbehälters verwendet. Die Anodenschicht wird am häufigsten verwendet, um Aluminiumlegierungen zu schützen. Es gibt auch andere wie Titan, Zink, Magnesium, Niob, Zirkonium, Hafnium und Tantal. . Eisen und Kohlenstoffstahl platzen in einer neutralen oder alkalischen Elektrolytlösung ab. Die Flocken sind Eisenhydroxid oder Rost, der aus der Oberfläche des Anodenhohlraums und der Kathode besteht, denen Sauerstoff fehlt, und die Hohlräume sammeln sich wie Schwefelsäure. Anionen wie Salz und Chlorid beschleunigen die Rostrate des darunterliegenden Metalls. Die Kohlenstoffflocken oder Kohlenstoffblöcke im Inneren des Eisenblocks, wie beispielsweise kohlenstoffreicher Stahl oder Roheisen, interagieren mit der Oberflächenbeschichtung oder Galvanisierungsschicht. Eisenhaltige Metalle werden normalerweise zum Anodisieren in eine Salpetersäurelösung gegeben, oder rauchende Salpetersäure wird verwendet, um eine Schicht aus hartem schwarzem Eisenoxid zu bilden.

4.Verarbeitungsmethode

Oberflächenvorbehandlung

Bei der Vorbehandlung der Oberfläche der Aluminiumlegierung besteht der Hauptzweck darin, das Öl und die Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, um die Sauberkeit der Oberfläche zu gewährleisten und auch den Zustand der Probe den Anforderungen zu entsprechen. Verwenden Sie zunächst gemäß der 1:1-Anforderung absolutes Ethanol und entionisiertes Wasser, um die entsprechende Konfiguration der Reinigungslösung zu erreichen; zweitens legen Sie die geschnittene Probe direkt in den Becher mit der Reinigungslösung und legen Sie sie in das Innere des Ultraschallreinigers, reinigen Sie sie 5 Minuten lang; Nachdem die Reinigung abgeschlossen ist, wischen Sie es mit Filterpapier sauber und verwenden Sie dann 240#, 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# Schleifpapier zum Polieren; Drittens die Probe in destilliertem Wasser reinigen, dann in ein Becherglas (mit Acetonlösung) geben, 10 Minuten in einer Waschmaschine reinigen, dann die Probe entnehmen und direkt trocknen.

Vorbereitung des anodischen Oxidfilms

Geben Sie die Probe direkt in das Anodisiergerät (Vorbehandlung), wählen Sie 100 g/L Schwefelsäurelösung, stellen Sie die Oxidationsspannung auf 8, 10, 12, 14, 16 V und erhalten Sie schließlich die entsprechende Probe zur Vorbereitung für die nachfolgende Analyse.

Versiegelungsbehandlung

Geben Sie eine geeignete Menge entionisiertes Wasser in das Becherglas und geben Sie es dann in das Wasserbad, um es direkt zu erhitzen und zu kochen, und legen Sie die Probe schließlich zur Versiegelungsbehandlung in das entionisierte Wasser und erfordern Sie dann eine Stehbehandlung für 20 Minuten. Nehmen Sie die Probe heraus, spülen Sie sie mit entionisiertem Wasser ab und warten Sie, bis sie an der Luft getrocknet ist.

Leistungstest

Im Leistungstest werden diesmal zwei Aspekte ausgewählt: erstens die metallographische Beobachtung. Wenn Sie sich für ein metallurgisches Mikroskop entscheiden, können Sie den eloxierten Film und den nicht beschichteten Bereich analysieren und beobachten. Zweitens, Oxidfilmdicke und Spot-Experimente. Es dient hauptsächlich dazu, die Dicke des Oxidfilms zu messen und das Spot-Experiment zu analysieren.

5.Experiment

Das Versuchsmaterial und seine Vorbehandlung Das Versuchsmaterial ist eine Probe aus einer 5052-Aluminiumlegierung, deren chemische Zusammensetzung in der folgenden Tabelle dargestellt ist.

Vor dem Experiment mit Schleifpapier der Körnung 1200 polieren, um den Oxidfilm zu entfernen, der sich natürlicherweise auf der Oberfläche der Probe bildet, wenn sie der Luft ausgesetzt wird, und dann etwa 10 Minuten in einer alkalischen Lösung einweichen. Nach dem Entfetten wird gebeizt und der Öl-, Staub- und Oxidfilm auf der Oberfläche der Probe durch die Ätzwirkung der Säure vollständig entfernt. Die Oberflächenbeschaffenheit der Probe nach dem Beizen entspricht den Anforderungen, und nach Reinigung und Trocknung können Oxalsäure- und Chromsäure-Anodisierungen durchgeführt werden. Die folgende Tabelle zeigt die Zusammensetzung und Prozessbedingungen von Entfettungs- und Beizlösungen.

Oxalsäure-Anodisierung und Chromsäure-Anodisierung

Mit einem DC-Eloxalnetzteil wird das behandelte 5052 Aluminiumlegierung Probe wird in den Elektrolyten als Anode eingebracht, und ein Oxidfilm wird auf der Oberfläche der Probe basierend auf dem Prinzip der Elektrolyse gebildet, nachdem sie mit Energie versorgt wurde. Die Elektrolytzusammensetzung und die Prozessbedingungen der Oxalsäure-Anodisierung sind: Oxalsäure 50 g/L, Spannung 45 V, Stromdichte 1,4 A/dm2, Elektrolyttemperatur 25 ℃, Zeit 55 min.

Die Elektrolytzusammensetzung und die Prozessbedingungen der Chromsäureanodisierung sind: Chromsäure 40 g/L, Spannung 40 V, Stromdichte 0,75 A/dm2, Elektrolyttemperatur 35°C, Zeit 55min.

Morphologische Charakterisierung und Leistungsprüfung von Oxalsäure-Anodenoxidfilm und Chromsäure-Anodischer Oxidfilm

Die Morphologie des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms wurde durch ein Hitachi S-4800 Rasterelektronenmikroskop charakterisiert. Die Oberflächenrauheit des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms wurde mit einem SJ-210-Rauheitsmesser gemessen. Es wurden jeweils vier Positionen eingenommen und die Messergebnisse aufgezeichnet. Verwenden Sie die elektrochemische Workstation PARSTAT2273 von Princeton, um die Polarisationskurven und Impedanzspektren des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms zu testen. Das Elektrodensystem ist ein Drei-Elektroden-System: Die Platinelektrode ist die Hilfselektrode und die gesättigte Kalomelelektrode ist die Bezugselektrode. Die Probe des anodischen Oxalsäureoxidfilms und die Probe des anodischen Chromsäureoxidfilms wurden als Arbeitselektroden verwendet und beide wurden in Natriumchloridlösung (3,5 Gew.-%) getestet. Die Abtastrate des Polarisationskurventests beträgt 0,5 mV/s, und der Impedanzspektrumtest scannt von 105 Hz im Hochfrequenzbereich bis 10-2 Hz im Niederfrequenzbereich.

Dicke des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms

Die Dicke des anodischen Oxidfilms bezieht sich auf den Abstand von der Außenfläche des anodischen Oxidfilms zur Innenfläche (dh der Grenzfläche zwischen dem anodischen Oxidfilm und dem Substrat). Die Dicke hat einen großen Einfluss auf die Leistung des anodischen Oxidfilms (wie Korrosionsbeständigkeit, Biegefestigkeit usw.) Einfluss.

Die Morphologie des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms. Der anodische Oxidfilm spielt hauptsächlich eine dekorative und schützende Wirkung auf Aluminiumlegierungen, daher ist die morphologische Qualität des anodischen Oxidfilms besonders wichtig. Im Allgemeinen umfasst die Topographiequalität von Eloxalfilmen hauptsächlich Farbe, Oberflächenrauheit und Oberflächenfehler. Das Aussehen des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms wurde mit bloßem Auge beobachtet. Ersteres war hellgrau und letzteres silberweiß. Die beiden anodischen Oxidfilme wiesen im Makromaßstab keine Oberflächendefekte auf.

Korrosionsbeständigkeit des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms

Die folgende Abbildung zeigt die Polarisationskurven der 5052-Aluminiumlegierungsprobe, des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms. Aus der Abbildung unten ist ersichtlich, dass die Korrosionspotentiale des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms -412,6 mV bzw. -645,7 mV betragen, was höher ist als das Korrosionspotential der 5052-Aluminiumlegierungsprobe (-750,4 mV). Die Tafel-Kurven-Extrapolationsmethode wurde verwendet, um die Polarisationskurve anzupassen. Darüber hinaus betrug die Korrosionsstromdichte des anodischen Oxalsäureoxidfilms und des anodischen Chromsäureoxidfilms 1,31 × 10 –5 A/cm2, 1,70 × 10 –5 A/cm2. Verglichen mit der Probe der Aluminiumlegierung 5052 ist die Korrosionsstromdichte signifikant untere. Die Korrosionsstromdichte kann theoretisch die Korrosionsrate des getesteten Materials charakterisieren, und es besteht eine Umrechnungsbeziehung zwischen beiden. Generell gilt: Je kleiner die Korrosionsstromdichte, desto langsamer die Korrosion des geprüften Materials. Daher ist die Reihenfolge der Korrosionsbeständigkeit: Oxalsäure anodischer Oxidfilm > Chromsäure anodischer Oxidfilm > 5052 Aluminiumlegierungsprobe.