อลูมิเนียมอโนไดซ์ เป็นการบำบัดด้วยไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ใช้เพื่อเพิ่มความหนาของชั้นออกไซด์บนพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะ โดยทั่วไป, โปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์ ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย แม้ว่าชั้นออกไซด์จะทำให้เกิดฟิล์มขุ่นอยู่บ้าง แต่ชั้นออกไซด์จะหลุดลอกออกอันเป็นผลมาจากการสัมผัสเป็นเวลานาน การสูญเสียการป้องกัน ดังนั้น anodic oxidation คือการใช้ประโยชน์จากลักษณะการเกิดออกซิเดชันที่ง่ายในการควบคุมการก่อตัวของชั้นออกไซด์โดยวิธีทางเคมีไฟฟ้าเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของอะลูมิเนียมเพิ่มเติม และเพิ่มคุณสมบัติทางกลของพื้นผิว จุดประสงค์อีกประการหนึ่งคือการใช้ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ผลิตสีต่างๆ เพื่อเพิ่มความสวยงาม และใช้กันอย่างแพร่หลายในสกินเครื่องบิน อาวุธทหาร ลูกกลิ้งกระดาษเครื่องถ่ายเอกสาร ม่านอลูมิเนียมสำหรับอาคาร ประตูและหน้าต่างอลูมิเนียม ฯลฯ อลูมิเนียมอัลลอยด์สามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน เพิ่มสีออกซิเดชัน และปรับปรุงการยึดเกาะ . แต่ไม่สามารถเพิ่มความแข็งแรงให้กับอลูมิเนียมได้ นอกจากนี้ ชั้นอโนไดซ์ออกไซด์ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

1. ประวัติศาสตร์

ที่มาของชื่อ

ที่มาของชื่ออโนไดซ์คือชิ้นส่วนโลหะวางอยู่บนขั้วบวกในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ อโนไดซ์ทำให้ชิ้นส่วนโลหะมีแนวโน้มที่จะกัดกร่อนและสึกหรอน้อยลง และทำให้สีรองพื้นยึดติดกับชิ้นส่วนได้อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น อโนไดซ์ให้เอฟเฟกต์การปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่หลากหลาย เช่นการชุบบนพื้นผิวที่หนาและมีรูพรุนเพื่อให้สีย้อมดูดซับได้ง่ายขึ้นหรือชั้นโปร่งใสบางลงเพื่อเพิ่มการสะท้อนแสง

การนำกระบวนการออกซิเดชันขั้วบวกมาใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ครั้งแรกในปี 1923 มีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องบินทะเลที่ทำจากดูราลูมินถูกออกซิไดซ์และสึกกร่อน กระบวนการแรกที่ใช้กรดโครมิกเป็นอิเล็กโทรไลต์เรียกว่ากระบวนการเบงโก-สจวร์ต และกระบวนการนี้ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน

ในปี ค.ศ. 1927 กระบวนการออกซิเดชันขั้วบวกของอิเล็กโทรไลต์กรดโครมิกถูกดัดแปลงเป็นอิเล็กโทรไลต์กรดซัลฟิวริกโดยโกเวอร์และโอไบรอัน และจดทะเบียนเป็นสิทธิบัตร จนถึงปัจจุบัน อิเล็กโทรไลต์กรดซัลฟิวริกเป็นวิธีออกซิเดชันขั้วบวกที่พบบ่อยที่สุด [3]

กระบวนการอโนไดซ์กรดออกซาลิกได้รับการจดทะเบียนเป็นสิทธิบัตรในญี่ปุ่นในปี 2466 และกระบวนการนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเยอรมนีในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการก่อสร้างของเยอรมัน อโนไดซ์ การอัดขึ้นรูปอลูมิเนียม เคยเป็นวัสดุก่อสร้างที่ได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 แต่ถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วยพลาสติกและกระบวนการเคลือบด้วยสีฝุ่นที่ถูกกว่า

การพัฒนาล่าสุดในการชุบอโนไดซ์คือกระบวนการที่มีกรดฟอสฟอริกเป็นส่วนประกอบหลัก จนถึงปัจจุบัน (2020) กระบวนการนี้ใช้สำหรับการปรับสภาพสารยึดเกาะหรือสารเคลือบอินทรีย์เท่านั้น มีการพัฒนากระบวนการชุบอโนไดซ์ใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง ดังนั้นแนวโน้มในอนาคตคือการจำแนกกระบวนการชุบอโนไดซ์ตามลักษณะการเคลือบมาตรฐานทางทหารและอุตสาหกรรม แทนที่จะเป็นปฏิกิริยาเคมีของกระบวนการ

2.กระบวนการไหล

ล้างไขมันด้วยสารเคมี (Na3 PO4 60g/L, Na2CO3 40g/L, 40℃, 3min)—>washing 1>alkali etching (NaOH, 40g/L, 3min)—>washing 1> Idemitsu (HNO3 40g/L ,15s ) -น้ำล้าง-ปราศจากไอออนล้าง-ออกซิเดชันขั้วบวก (180g/L H2SO4 ความหนาแน่นกระแส 1.4A/dm2 เวลาออกซิเดชัน 30 นาที อุณหภูมิ 18~22℃)-น้ำล้าง-ปิดผนึก (10 นาที) →การล้างด้วยน้ำ →เป่าแห้ง .

หลังจากการชุบอโนไดซ์ สี่กระบวนการต่อไปนี้จะใช้สำหรับการปิดผนึก:

(1) การปิดผนึกน้ำเดือดในน้ำบริสุทธิ์เดือด (pH = 6.5 ~ 7) ปิดผนึกเป็นเวลา 10 นาที

(2) การปิดกั้นเกลือที่ไม่ถูกต้อง กรดโพแทสเซียมฟลูออโรโคลิก 30 กรัม/ลิตร (pH = 4.5 ~ 4.6) ที่อุณหภูมิห้อง ปิดกั้นเป็นเวลา 10 นาที

(3) การปิดกั้นด้วยเกลือที่ไม่ถูกต้อง กรดโพแทสเซียมฟลูออโรโคลิก 30/ลิตร (pH=5.0~5.1) ที่อุณหภูมิปานกลาง 60℃ ปิดกั้นเป็นเวลา 10 นาที

(4) การปิดผนึก HB, 6g/L HB (pH = 5.5 ~ 6) ที่ 60 ~ 65 ℃, การปิดผนึกเป็นเวลา 10 นาที

3.ผล

อโนไดซ์ใช้เพื่อหลีกเลี่ยงมุมแหลมหรือครีบหลังการขันเกลียว นอกจากนี้ยังใช้เป็นไดอิเล็กตริกของภาชนะอิเล็กโทรไลต์ ชั้นแอโนดมักใช้เพื่อป้องกันโลหะผสมอลูมิเนียม นอกจากนี้ยังมีอื่นๆ เช่น ไททาเนียม สังกะสี แมกนีเซียม ไนโอเบียม เซอร์โคเนียม แฮฟเนียม และแทนทาลัม . เหล็กและเหล็กกล้าคาร์บอนจะหลุดออกมาในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกลางหรือเป็นด่าง สะเก็ดเป็นเหล็กไฮดรอกไซด์หรือสนิมซึ่งประกอบด้วยพื้นผิวของโพรงแอโนดและแคโทดที่ขาดออกซิเจน และโพรงรวมตัวกันเหมือนกรดซัลฟิวริก แอนไอออนเช่นเกลือและคลอไรด์เร่งอัตราการเกิดสนิมของโลหะที่อยู่ด้านล่าง เกล็ดคาร์บอนหรือบล็อกคาร์บอนภายในบล็อกเหล็ก เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนสูงหรือเหล็กหมู จะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเคลือบหรือชั้นการชุบด้วยไฟฟ้า โลหะที่มีธาตุเหล็กมักจะใส่ในสารละลายกรดไนตริกสำหรับอโนไดซ์ หรือใช้กรดไนตริกไอเพื่อสร้างชั้นของเหล็กออกไซด์แข็งสีดำ

4.วิธีการประมวลผล

การปรับสภาพพื้นผิว

ในการปรับสภาพพื้นผิวโลหะผสมอลูมิเนียม วัตถุประสงค์หลักคือการเอาน้ำมันและสิ่งสกปรกบนพื้นผิว เพื่อให้มั่นใจในความสะอาดของพื้นผิว และทำให้สถานะของตัวอย่างตรงตามข้อกำหนด ขั้นแรก ตามข้อกำหนด 1:1 ให้ใช้เอทานอลสัมบูรณ์และน้ำปราศจากไอออนเพื่อให้ได้การกำหนดค่าที่สอดคล้องกันของน้ำยาทำความสะอาด ประการที่สอง วางตัวอย่างที่ตัดแล้วลงในบีกเกอร์โดยตรงโดยใช้น้ำยาทำความสะอาดแล้ววาง เฉพาะภายในเครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิก ทำความสะอาดเป็นเวลา 5 นาที หลังจากทำความสะอาดเสร็จแล้ว ให้เช็ดด้วยกระดาษกรอง แล้วเลือกใช้กระดาษทราย 240#, 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# กระดาษทรายขัดเงา ; ประการที่สาม ทำความสะอาดตัวอย่างในน้ำกลั่น จากนั้นใส่ลงในบีกเกอร์ (ด้วยสารละลายอะซิโตน) ทำความสะอาดในเครื่องซักผ้าเป็นเวลา 10 นาที จากนั้นนำตัวอย่างออกแล้วเช็ดให้แห้งโดยตรง

การเตรียมฟิล์มอโนไดออกไซด์

เพิ่มตัวอย่างโดยตรงไปยังอุปกรณ์อโนไดซ์ (การปรับสภาพล่วงหน้า) เลือกสารละลายกรดซัลฟิวริก 100 กรัม/ลิตร ตั้งค่าแรงดันออกซิเดชันเป็น 8, 10, 12, 14, 16V และสุดท้ายรับตัวอย่างที่เกี่ยวข้องเพื่อเตรียมสำหรับการวิเคราะห์ในภายหลัง

การรักษาปิดผนึก

เติมน้ำปราศจากไอออนในปริมาณที่เหมาะสมลงในบีกเกอร์ จากนั้นใส่ลงในอ่างน้ำเพื่อให้ความร้อนและเดือดโดยตรง และสุดท้ายใส่ตัวอย่างลงในน้ำปราศจากไอออนเพื่อการบำบัดการปิดผนึก จากนั้นจึงจำเป็นต้องผ่านการอบชุบแบบยืนเป็นเวลา 20 นาที นำตัวอย่างออกมา ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน แล้วรอให้อากาศแห้ง

การทดสอบประสิทธิภาพ

ในการทดสอบประสิทธิภาพ คราวนี้เลือกสองด้าน: อันดับแรก การสังเกตทางโลหะวิทยา หากคุณเลือกใช้กล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยา คุณสามารถวิเคราะห์และสังเกตฟิล์มอโนไดซ์และบริเวณที่ไม่ได้เคลือบได้ ประการที่สอง ความหนาของฟิล์มออกไซด์และการทดลองเฉพาะจุด ส่วนใหญ่เป็นการวัดความหนาของฟิล์มออกไซด์และวิเคราะห์การทดลองเฉพาะจุด

5.การทดลอง

วัสดุที่ใช้ในการทดลองและการปรับสภาพ วัสดุที่ใช้ทดลองคือตัวอย่างอลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 และองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุดังกล่าวแสดงในแผนภูมิด้านล่าง

ก่อนการทดลอง ให้ขัดด้วยกระดาษทรายเบอร์ 1200 เพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นผิวของตัวอย่างเมื่อสัมผัสกับอากาศ จากนั้นแช่ในสารละลายอัลคาไลน์ประมาณ 10 นาที หลังจากล้างไขมันแล้ว จะมีการดอง และฟิล์มน้ำมัน ฝุ่น และออกไซด์บนพื้นผิวของตัวอย่างจะถูกลบออกอย่างสมบูรณ์โดยผลกระทบจากการกัดเซาะของกรด สภาพพื้นผิวของตัวอย่างหลังจากการดองเป็นไปตามข้อกำหนด และสามารถทำได้หลังจากทำความสะอาดและทำให้แห้ง แผนภูมิต่อไปนี้แสดงองค์ประกอบและสภาวะของกระบวนการในการขจัดคราบไขมันและการดอง

อโนไดซ์กรดออกซาลิกและอโนไดซ์กรดโครมิก

การใช้แหล่งจ่ายไฟ DC อโนไดซ์ การรักษา อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 ตัวอย่างจะถูกวางในอิเล็กโทรไลต์เป็นขั้วบวก และฟิล์มออกไซด์จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของตัวอย่างตามหลักการของอิเล็กโทรไลซิสหลังจากถูกกระตุ้น องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์และสภาวะกระบวนการของอโนไดซ์กรดออกซาลิกคือ: กรดออกซาลิก 50 ก./ลิตร, แรงดันไฟฟ้า 45V, ความหนาแน่นกระแส 1.4A/dm2, อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ 25 ℃, เวลา 55 นาที

องค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์และสภาวะกระบวนการของอะโนไดซ์กรดโครมิกคือ: กรดโครมิก 40g/L, แรงดันไฟฟ้า 40V, ความหนาแน่นกระแส 0.75A/dm2, อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ 35°C, เวลา 55 นาที

การวิเคราะห์ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและการทดสอบสมรรถนะของฟิล์มอะโนไดซ์ออกไซด์ของกรดออกซาลิกและฟิล์มอะโนไดออกไซด์ของกรดโครมิก

สัณฐานวิทยาของฟิล์มอะโนไดซ์ออกไซด์ของกรดออกซาลิกและฟิล์มกรดอะโนดิกออกไซด์ของกรดโครมิกมีลักษณะเฉพาะด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด S-4800 ของฮิตาชิ ความหยาบผิวของฟิล์มออกซาลิกแอซิดอะโนไดออกไซด์และฟิล์มกรดโครมิกอะโนดิกออกไซด์วัดโดยเครื่องวัดความหยาบ SJ-210 ถ่ายสี่ตำแหน่งและบันทึกผลการวัดตามลำดับ ใช้เวิร์กสเตชันไฟฟ้าเคมีของ Princeton PARSTAT2273 เพื่อทดสอบเส้นโค้งโพลาไรซ์และสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ของฟิล์มออกซาลิกแอซิดอะโนไดซ์ออกไซด์และฟิล์มกรดโครมิกอะโนไดซ์ออกไซด์ ระบบอิเล็กโทรดเป็นระบบสามอิเล็กโทรด: อิเล็กโทรดแพลทินัมคืออิเล็กโทรดเสริม และอิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัวเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง ตัวอย่างฟิล์มกรดอะโนดิกออกไซด์ของกรดออกซาลิกและตัวอย่างฟิล์มกรดอะโนดิกออกไซด์ของกรดโครมิกถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้ และทั้งคู่ได้รับการทดสอบในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (3.5wt.%) อัตราการสแกนของการทดสอบเส้นโค้งโพลาไรซ์คือ 0.5mV/s และการทดสอบสเปกตรัมอิมพีแดนซ์จะสแกนจาก 105 Hz ในพื้นที่ความถี่สูงเป็น 10-2 Hz ในพื้นที่ความถี่ต่ำ

ความหนาของฟิล์มแอโนดิกออกไซด์กรดออกซาลิกและฟิล์มแอโนดออกไซด์กรดโครมิก

ความหนาของฟิล์มอโนไดซ์ออกไซด์หมายถึงระยะห่างจากพื้นผิวด้านนอกของฟิล์มอโนไดซ์ไปยังพื้นผิวด้านใน ความหนามีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของฟิล์มอโนไดซ์ (เช่น ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการดัดงอ ฯลฯ) อิทธิพล

สัณฐานวิทยาของฟิล์มอะโนไดออกไซด์ของกรดออกซาลิกและฟิล์มกรดอะโนไดซ์ของกรดโครมิก ฟิล์มอโนไดซ์ออกไซด์ส่วนใหญ่มีผลต่อการตกแต่งและป้องกันโลหะผสมอลูมิเนียม ดังนั้นคุณภาพทางสัณฐานวิทยาของฟิล์มอโนไดออกไซด์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยทั่วไปแล้ว คุณภาพของภูมิประเทศของฟิล์มชุบอโนไดซ์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี ความขรุขระของพื้นผิว และข้อบกพร่องของพื้นผิว การปรากฏตัวของฟิล์มแอโนดออกไซด์ของกรดออกซาลิกและฟิล์มกรดอะโนไดซ์ของกรดโครมิกถูกสังเกตด้วยตาเปล่า อันแรกเป็นสีเทาอ่อน อันหลังเป็นสีเงิน-ขาว ฟิล์มอโนไดซ์ทั้งสองไม่มีข้อบกพร่องบนพื้นผิวในระดับมาโคร

ความต้านทานการกัดกร่อนของฟิล์มอะโนไดซ์ออกไซด์ของกรดออกซาลิกและฟิล์มแอโนดิกออกไซด์ของกรดโครมิก

รูปต่อไปนี้แสดงเส้นโค้งโพลาไรเซชันของตัวอย่างอลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 ฟิล์มออกซาลิกแอซิดอะโนไดซ์ออกไซด์ และฟิล์มกรดโครมิกอะโนดิกออกไซด์ จากรูปด้านล่างจะเห็นได้ว่าค่าศักยภาพในการกัดกร่อนของฟิล์มออกซาลิกแอซิดอะโนไดซ์ออกไซด์และฟิล์มกรดอะโนดิกออกไซด์ของกรดโครมิกอยู่ที่ -412.6 mV และ -645.7 mV ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าค่าศักยภาพในการกัดกร่อนของตัวอย่างอลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 (-750.4 mV). วิธีการประมาณค่าเส้นโค้ง Tafel ถูกใช้เพื่อให้พอดีกับเส้นโค้งโพลาไรเซชัน นอกจากนี้ ความหนาแน่นกระแสการสึกกร่อนของฟิล์มออกซาลิกแอซิดอะโนไดซ์ออกไซด์และฟิล์มกรดอะโนดิกออกไซด์ของกรดโครมิกเท่ากับ 1.31×10-5 A/cm2, 1.70×10-5A/cm2 เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างอลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 ความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนมีนัยสำคัญ ต่ำกว่า. ความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนในทางทฤษฎีสามารถกำหนดลักษณะอัตราการกัดกร่อนของวัสดุที่ทดสอบ และมีความสัมพันธ์ในการแปลงระหว่างทั้งสอง โดยทั่วไป ยิ่งความหนาแน่นของกระแสการกัดกร่อนน้อยเท่าใด การกัดกร่อนของวัสดุที่ทดสอบก็จะยิ่งช้าลง ดังนั้น ลำดับของความต้านทานการกัดกร่อนคือ: ฟิล์มออกไซด์อะโนไดซ์ของกรดออกซาลิก>ฟิล์มอะโนไดซ์ออกไซด์ของกรดโครมิก>ตัวอย่างอลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052