Introducció
L'oxidació anòdica és un procés d'oxidació electroquímica de metalls o aliatges, que habitualment implica l'ús d'un article metàl·lic o d'aliatge com a ànode en una solució d'electròlit per formar una pel·lícula d'òxid, alterant així l'estat superficial i les propietats del metall. Aquesta tècnica s'aplica principalment al tractament superficial d'alumini, magnesi, titani i els seus aliatges, millorant la resistència a la corrosió, la resistència al desgast i l'estètica. A més, es pot utilitzar per a la preparació de materials d'elèctrodes, dispositius semiconductors i cèl·lules solars, entre d'altres.
Classificació
L'oxidació anòdica, una tècnica comuna de tractament de superfícies metàl·liques, s'utilitza sovint per a la protecció i la decoració d'aliatges d'alumini i de magnesi. A partir de diferents criteris de classificació, l'oxidació anòdica es pot dividir en diverses categories:
- Per tipus de corrent: oxidació anòdica de corrent continu, oxidació anòdica de corrent altern, oxidació anòdica de corrent de pols.
- Per electròlit: àcid sulfúric, àcid oxàlic, àcid cròmic, àcid mixt i oxidació anòdica de coloració natural a base d'àcid sulfònic.
- Per propietat de la capa de pel·lícula: pel·lícula normal, pel·lícula dura (pel·lícula gruixuda), pel·lícula ceràmica, capa decorativa brillant, acció semiconductora, etc. Entre ells, el més utilitzat és l'oxidació anòdica de corrent continu, que pot formar una pel·lícula d'òxid uniforme i densa. a la superfície d'alumini, millorant així la resistència a la corrosió i al desgast.
Mecanisme de formació de la pel·lícula d'òxid
El mecanisme de formació de la pel·lícula d'òxid implica principalment els següents passos:
1. Reacció anòdica: els productes d'alumini o d'aliatge s'utilitzen com a ànode en la solució d'electròlits, on l'electròlisi forma una pel·lícula d'òxid a la superfície, amb l'ànode alliberant oxigen (incloent oxigen molecular, oxigen atòmic i oxigen iònic), normalment representat com O₂. L'alumini que serveix d'ànode s'oxida per l'oxigen alliberat, formant una pel·lícula hidratada 氧化铝.
2. Formació i dissolució de pel·lícula d'òxid: La formació i dissolució de la pel·lícula d'òxid es produeix simultàniament. En les primeres etapes, la velocitat de formació de la pel·lícula és més gran que la velocitat de dissolució, donant lloc a un engrossiment continu de la pel·lícula. A mesura que augmenta el gruix, la resistència creix, alentint la velocitat de formació de la pel·lícula fins a igualar la velocitat de dissolució, moment en què la pel·lícula arriba a un cert gruix.
3. Paper de l'electròlit: l'àcid (com l'àcid sulfúric) de la solució d'electròlit actua per dissoldre la pel·lícula d'òxid. Les reaccions de formació i dissolució de la pel·lícula continuen indefinidament fins a arribar a un estat equilibrat.
4. Altres factors: el gruix i la qualitat de la pel·lícula estan influenciats per factors com ara la densitat de corrent, la tensió, la temperatura i el temps. Els diferents processos poden provocar diferències en el gruix, l'estructura i les propietats de la pel·lícula d'òxid. És important tenir en compte que el procés de formació de la pel·lícula d'òxid és un procés químic complex i la investigació dels seus mecanismes específics està en curs.
Flux del procés
1. Desgreixatge: Elimina el greix i la brutícia de la superfície, assegurant la qualitat de la pel·lícula d'òxid.
2. Gravat alcalí: elimina encara més les impureses de la superfície, fent-la rugosa microscòpicament, cosa que millora l'adherència de la pel·lícula d'òxid.
3. Polit: elimina l'enfosquiment de la superfície, fent que la superfície del substrat sigui més suau.
4. Oxidació anòdica: Forma una pel·lícula d'òxid sobre el substrat, aportant protecció i decoració.
5. Segellat: segella els porus de la pel·lícula d'òxid, millorant la seva resistència a la corrosió i al desgast.
Factors que influeixen
Els factors següents influeixen en el resultat de l'oxidació anòdica:
1. Electròlit:
- Tipus: diferents electròlits donen lloc a diferents propietats de pel·lícula d'òxid, com ara una duresa més alta amb l'electròlit d'àcid sulfúric.
- Concentració: afecta la taxa de creixement i la qualitat de la pel·lícula d'òxid.
2. Tensió:
- Magnitud: determina la velocitat de creixement i el gruix de la pel·lícula d'òxid; una tensió excessiva o massa baixa pot provocar pel·lícules no uniformes o de mala qualitat.
3. Hora:
- Durada: afecta el gruix de la pel·lícula d'òxid; temps més llargs poden donar lloc a pel·lícules més gruixudes, però un temps excessiu pot reduir el rendiment de la pel·lícula. Aquests factors estan interrelacionats i requereixen un control acurat per aconseguir els efectes d'oxidació anòdica desitjats.
Color de la pel·lícula d'òxid anòdic
El color de la pel·lícula d'òxid anòdic pot estar influenciat per:
1. Coloració natural: en condicions específiques d'electròlit i de procés, la pel·lícula d'òxid en si pot presentar un determinat color.
Coloració electrolítica: el producte després de l'oxidació anòdica es col·loca en un electròlit que conté sals metàl·liques per a l'electròlisi, permetent que els ions metàl·lics entrin als micro-porus de la pel·lícula d'òxid i fent que canviï de color.
Colorant químic: s'utilitzen colorants orgànics o inorgànics per acolorir la pel·lícula d'òxid, donant-li un color específic.
Coloració d'interferència: utilitza el principi de la interferència de la llum per produir color a la pel·lícula d'òxid.
Normalment, l'envelliment natural i la coloració química s'utilitzen habitualment per obtenir colors específics.
Gruix de la pel·lícula d'òxid anòdic
El gruix dels òxids anòdics generalment es divideix en les següents categories:
1. Pel·lícula d'òxid prima: normalment menys de 5 micròmetres de gruix.
2. Pel·lícula d'òxid de gruix mitjà: oscil·la entre 5 i 25 micròmetres de gruix.
3. Pel·lícula gruixuda d'òxid: Més de 25 micròmetres de gruix.
En aplicacions pràctiques, el gruix de la pel·lícula d'òxid es tria en funció dels requisits específics i les necessitats del producte.
Per obtenir diferents gruixos de pel·lícules d'òxid anòdic, es poden utilitzar els mètodes següents per ajustar:
1. Ajusteu el temps d'oxidació: l'allargament del temps d'oxidació permet que la pel·lícula d'òxid s'espesseixi gradualment.
2. Canvia la densitat de corrent: augmentar o disminuir correctament la densitat de corrent afectarà la velocitat de creixement i el gruix de la pel·lícula d'òxid.
3. Controlar la temperatura de l'electròlit: els canvis de temperatura afecten les velocitats de reacció i, per tant, el gruix de la pel·lícula d'òxid.
4. Alterar la fórmula d'electròlits: diferents fórmules d'electròlits poden provocar diferents taxes de creixement de la pel·lícula d'òxid.
Prova de gruix de la pel·lícula d'òxid anòdic
Els mètodes de prova inclouen:
1. Inspecció visual: observant visualment el color, la uniformitat i els defectes de la pel·lícula.
2. Mesura del gruix: utilitzant un calibre de gruix per mesurar el gruix de la pel·lícula.
3. Prova de microduresa: Determinació de la duresa de la pel·lícula.
4. Prova de resistència a la corrosió: Avaluació de la resistència a la corrosió de la pel·lícula mitjançant proves d'immersió, proves de polvorització de sal, etc.
Estàndards:
1. GB/T 5237.2-2017 "Perfils de construcció d'alumini i aliatges d'alumini - Part 2: perfils anoditzats": aquesta norma estableix requisits i mètodes de prova per als perfils anoditzats.
2. ISO 520854 "Película d'òxid anòdic d'alumini i aliatges d'alumini": les normes internacionals es refereixen al rendiment de les pel·lícules d'òxid anòdic.
Perspectives futures de l'oxidació anòdica
1. Àmplia gamma d'aplicacions: la tecnologia d'oxidació anòdica s'utilitza àmpliament en molts camps com ara l'aeroespacial, l'automoció, l'electrònica, la construcció, etc. Amb el desenvolupament d'aquestes indústries, la demanda de productes d'oxidació anòdica continuarà augmentant.
2. Avantatges de rendiment: les pel·lícules d'òxid anòdic tenen una excel·lent resistència a la corrosió, resistència al desgast i propietats decoratives, complint els requisits de rendiment de diferents productes.
3. Progrés tecnològic: Amb la innovació i la millora contínua de la tecnologia, els processos d'oxidació anòdica seran més eficients i ecològics, ampliant encara més el seu rang d'aplicació.
4. Tendència mediambiental verda: les tecnologies de tractament de superfícies ecològiques són cada cop més valorades i, com a procés respectuós amb el medi ambient, l'oxidació anòdica satisfarà millor les necessitats del mercat.