알루미늄 양극 산화의 원리
알루미늄은 표준 전위가 -1.66v 인 비교적 활동적인 금속입니다. 공기 중에 약 0.01 ~ 0.1 마이크론 두께의 산화막을 자연적으로 형성 할 수 있습니다. 이 산화막은 무정형이고 얇고 다공성이며 내식성이 좋지 않습니다. 그러나 알루미늄과 그 합금을 적절한 전해질에 넣으면 알루미늄 제품이 양극으로 사용되고 외부 전류의 작용으로 표면에 산화막이 형성됩니다. 이 방법을 양극 산화라고합니다.
농도가 다른 다양한 전해질을 선택하고 산화 과정에서 공정 조건을 제어함으로써 약 수십 ~ 수백 미크론의 다양한 특성과 두께를 가진 양극 산화 피막을 얻을 수 있으며 내식성, 내마모성 및 장식 특성 등이 있습니다. 크게 개선되고 개선되었습니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 양극 산화에 사용되는 전해질은 일반적으로 중간 용해력을 가진 산성 용액이며, 납 또는 알루미늄은 전기만을 전도하는 음극으로 사용됩니다. 알루미늄과 그 합금이 양극 산화 처리되면 양극에서 다음과 같은 반응이 발생합니다.
2Al ---> 6e- + 2Al3+
음극에서 다음 반응이 발생합니다.
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
동시에 산은 알루미늄과 형성된 산화막을 화학적으로 용해시키고 반응은 다음과 같습니다.
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
산화막의 성장 과정은 산화막이 연속적으로 형성되고 용해되는 과정입니다.
첫 번째 섹션 a (곡선 섹션 ab) : 비 다공성 층 형성. 대전이 시작될 때 몇 초에서 수십 초 내에 고밀도의 고 절연 산화막이 알루미늄 표면에 형성되며 두께는 약 0.01 ~ 0.1 미크론이며 연속적인 비 다공성 필름 층입니다. 비 다공성 층 또는 장벽 층으로서이 필름의 외관은 전류의 통과와 필름의 지속적인 두꺼움을 방해합니다. 비 다공성 층의 두께는 형성 전압에 정비례하고 전해질에서 산화막의 용해 속도에 반비례합니다. 따라서 곡선의 ab 세그먼트의 전압은 0에서 최대 값으로 급격히 증가합니다.
두 번째 섹션 b (곡선 bc 섹션) : 다공성 층 형성. 산화막이 형성됨에 따라 필름의 전해질 용해가 시작됩니다. 형성된 산화막이 균일하지 않기 때문에 막의 가장 얇은 부분에 구멍이 먼저 용해되고 전해질이 이러한 구멍을 통해 알루미늄의 새로운 표면에 도달 할 수 있으며 전기 화학 반응이 계속 될 수 있으며 저항이 감소하며 전압이 다음과 같습니다. 감소 (감소는 최고 값의 10-15 %), 다공성 층이 멤브레인에 나타납니다.
세 번째 섹션 c (곡선 cd 섹션) : 다공성 층의 두꺼움. 약 20 초 동안 양극 산화 처리 한 후 전압은 비교적 안정적이고 느린 상승 단계로 들어갑니다. 비 다공성 층이 지속적으로 용해되어 다공성 층을 형성하는 동안 새로운 비 다공성 층이 다시 성장하고 있음을 보여줍니다. 즉, 산화막에서 비 다공성 층의 형성 및 용해 속도는 기본적으로 균형을 이루므로 비 다공성 층은 더 이상 두께가 증가하지 않고 전압 변화가 작습니다. 그러나 이때 구멍 바닥의 산화막의 형성과 용해가 멈추지 않고 계속 진행 중이 어서 구멍 바닥이 점차 금속 매트릭스 내부로 이동했습니다. 산화 시간이 계속됨에 따라 구멍이 깊어 져 기공이 형성되고 기공이있는 필름 층이 점차 두꺼워집니다. 막 형성 속도와 용해 속도가 동적 균형에 도달하면 산화 시간이 길어도 산화막의 두께가 더 이상 증가하지 않고 양극 산화 공정이 이때 중지되어야합니다. 양극 산화 특성 곡선과 산화막 성장 과정은 아래 그림과 같습니다. 알루미늄과 그 합금은 묽은 황산 전해질에서 직류와 교류에 의해 양극 산화 처리되어 두께가 5-20 마이크론이고 흡착성이 좋은 무색 투명한 산화막을 얻습니다.
황산 아노다이징 공정이 간단하고, 용액이 안정적이며, 작업이 편리하고, 불순물 함량의 허용 범위가 넓고, 전력 소비가 낮고, 비용이 낮으며, 알루미늄 가공에 거의 적용 할 수 있습니다. 다양한 알루미늄 합금으로 중국에서 널리 사용되었습니다.
다음 표는 일반적인 양극 산화 공정을 보여줍니다. 공식 및 공정 조건 DC 방법
황산 (g / L) 160 ～ 180
알루미늄 이온 Al3+ (g / L)<>
온도 (℃) 18 ～ 22
양극 전류 밀도 (A / dm2) 1.2 ~ 1.5
전압 (V) 16 ~ 20
시간 (분) 20 ～ 40
교반, 압축 공기, 탱크 액체 순환
음극 면적 / 양극 면적 1.5 : 1 산화막의 품질에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
① 황산 농도 : 보통 15 % ~ 20 %. 농도가 증가할수록 필름의 용해율은 증가하고 필름의 성장율은 감소합니다. 이 필름은 높은 다공성, 강한 흡착력, 강한 탄성 및 좋은 염색성 (어두운 색상을 염색하기 쉬움)을 갖지만 경도와 내마모성이 약간 나쁩니다. 황산의 농도를 줄이면 산화막의 성장 속도가 빨라지고 막은 기공이 적고 경도가 높으며 내마모성이 우수합니다.
따라서 보호, 장식 및 순수 장식 가공에 사용하는 경우 허용 농도의 상한 인 20 % 황산이 전해질로 사용됩니다.
② 전해질 온도 : 전해질 온도는 산화막의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 온도가 증가함에 따라 필름의 용해율이 증가하고 필름 두께가 감소합니다. 온도가 22 ~ 30 ℃ 일 때 얻어진 필름은 부드러워서 흡착력이 좋지만 내마모성이 매우 나쁘다. 온도가 30 ℃보다 높으면 필름이 느슨하고 고르지 않고 때로는 불 연속적이며 경도가 낮아 사용 가치를 잃습니다. 온도가 10 ~ 20 ℃ 인 경우 형성된 산화막은 다공성이고 흡착력이 강하며 탄성이있어 염색에 적합하지만 경도가 낮고 내마모성이 나쁘다.
온도가 10 ℃보다 낮고 산화막의 두께가 증가하고 경도가 높고 내마모성이 좋지만 다공성이 낮습니다. 따라서 전해액의 온도는 생산 과정에서 엄격하게 제어되어야합니다. 두껍고 단단한 산화막을 준비하려면 작동 온도를 낮추어야합니다. 산화 과정에서 압축 공기 교반과 상대적으로 낮은 온도가 사용되며 경질 산화는 일반적으로 약 0에서 수행됩니다.
③ 전류 밀도 : 일정한 한계 내에서 전류 밀도가 증가하고, 필름 성장 속도가 증가하고, 산화 시간이 단축되고, 결과 필름에 더 많은 기공이 있고, 착색하기 쉽고, 경도와 내마모성이 증가합니다. 전류 밀도가 너무 높으면 주울 열의 영향으로 부품 표면이 과열되고 국부 용액의 온도가 상승하고 필름의 용해 속도가 증가하여 부품이 타 버릴 가능성이 있습니다. ; 전류 밀도가 너무 낮 으면 필름 성장 속도는 느리지 만 결과 필름은 밀도가 높고 단단합니다. 내마모성이 감소합니다.
④ 산화 시간 : 산화 시간의 선택은 전해질 농도, 온도, 양극 전류 밀도 및 필요한 막 두께에 따라 달라집니다. 동일한 조건에서 전류 밀도가 일정 할 때 필름의 성장 속도는 산화 시간에 비례합니다. 그러나 필름이 일정한 두께로 성장하면 필름 저항의 증가로 인해 필름의 전도도가 증가하고 온도 상승으로 인해 필름의 용해 속도가 증가하여 필름의 성장 속도가 점차 감소합니다 , 그리고 결국 증가하지 않습니다.
⑤ 교반 및 이동 : 전해질 대류를 촉진하고 냉각 효과를 강화하며 용액 온도의 균일 성을 보장하며 금속의 국부적 인 가열로 인해 산화막의 품질이 저하되지 않습니다.
⑥ 전해액 내 불순물 : 알루미늄 양극 산화에 사용되는 전해액에 존재할 수있는 불순물로는 Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+ 등이 있습니다.이 중 Clˉ, Fˉ, NO3ˉ는 멤브레인의 다공성을 증가시키고, 표면이 거칠고 느슨합니다. 함량이 한계 값을 초과하면 부품의 부식 및 천공을 유발할 수 있습니다 (Clˉ은 0.05g / L 미만, Fˉ은 0.01g / L 미만이어야 함). 전해질에있을 때
Al3+의 함량이 일 정치를 초과하면 공작물 표면에 흰 반점이나 얼룩덜룩 한 흰 블록이 자주 나타나 필름의 흡착 성능이 저하되고 염색이 어렵습니다. (Al3+은 20g 미만이어야 함 /엘); Cu2+의 함량이 0.02g / L에 도달하면 산화막 표면에 어두운 줄무늬 또는 검은 반점이 나타납니다. Si2+는 종종 전해질에 부유 상태로 존재하여 전해질을 약간 탁하게 만들고 갈색 분말로 멤브레인에 흡착됩니다.
⑦ 알루미늄 합금 조성 : 일반적으로 알루미늄 금속의 다른 원소는 필름의 품질을 떨어 뜨리고 얻어진 산화막은 순수한 알루미늄만큼 두껍지 않고 경도도 낮습니다. 다른 조성의 알루미늄 합금이 양극 산화 처리에 사용됩니다. 같은 슬롯에서하지 않도록주의하십시오.
