Principes de l'anodisation de l'aluminium
L'aluminium est un métal relativement actif avec un potentiel standard de -1,66v. Il peut naturellement former un film d'oxyde d'une épaisseur d'environ 0,01 à 0,1 micron dans l'air. Ce film d'oxyde est amorphe, mince et poreux et présente une faible résistance à la corrosion. Cependant, si l'aluminium et ses alliages sont placés dans un électrolyte approprié, le produit d'aluminium est utilisé comme anode, et un film d'oxyde se forme en surface sous l'action d'un courant extérieur. Cette méthode est appelée oxydation anodique.
En sélectionnant différents types d'électrolytes avec différentes concentrations et en contrôlant les conditions du procédé pendant l'oxydation, des films anodisés avec différentes propriétés et épaisseurs d'environ dizaines à centaines de microns peuvent être obtenus, et leurs propriétés de résistance à la corrosion, de résistance à l'usure et de décoration, etc. considérablement amélioré et amélioré. L'électrolyte utilisé dans l'anodisation de l'aluminium et des alliages d'aluminium est généralement une solution acide avec un pouvoir dissolvant moyen, et le plomb ou l'aluminium est utilisé comme cathode, qui ne conduit que l'électricité. Lorsque l'aluminium et ses alliages subissent une anodisation, les réactions suivantes se produisent au niveau de l'anode:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
Les réactions suivantes se produisent à la cathode:
6H2O -6e- ---> 3H2 + 6OH-
En même temps, l'acide dissout chimiquement l'aluminium et le film d'oxyde formé, et la réaction est:
2Al + 6H+ ---> 2Al3+ +3H2
Al2O3 + 6H+ ---> 2Al3+ + 3H2O
Le processus de croissance du film d'oxyde est le processus de formation continue et de dissolution continue du film d'oxyde.
La première section a (section courbe ab): formation d'une couche non poreuse. En quelques secondes à quelques dizaines de secondes au début de l'électrification, un film d'oxyde dense et hautement isolant se forme sur la surface de l'aluminium, d'une épaisseur d'environ 0,01 à 0,1 micron, qui est une couche de film continue et non poreuse. En tant que couche non poreuse ou couche barrière, l'aspect de ce film gêne le passage du courant et l'épaississement continu du film. L'épaisseur de la couche non poreuse est directement proportionnelle à la tension de formation et inversement proportionnelle à la vitesse de dissolution du film d'oxyde dans l'électrolyte. Par conséquent, la tension du segment ab de la courbe montre une forte augmentation de zéro à la valeur maximale.
La deuxième section b (section courbe bc): formation d'une couche poreuse. Avec la formation du film d'oxyde, la dissolution de l'électrolyte sur le film commence. Parce que le film d'oxyde formé n'est pas uniforme, les trous seront dissous en premier dans la partie la plus mince du film, et l'électrolyte peut atteindre la surface fraîche de l'aluminium à travers ces trous, la réaction électrochimique peut se poursuivre, la résistance diminue et la tension suivante la diminution (la diminution est de 10 à 15% de la valeur la plus élevée), une couche poreuse apparaît sur la membrane.
La troisième section c (section courbe cd): épaississement de la couche poreuse. Après anodisation pendant environ 20 s, la tension entre dans une étape de montée relativement régulière et lente. Il montre que tandis que la couche non poreuse est continuellement dissoute pour former une couche poreuse, une nouvelle couche non poreuse se développe à nouveau. C'est-à-dire que la vitesse de formation et de dissolution de la couche non poreuse dans le film d'oxyde est fondamentalement équilibrée, de sorte que la couche non poreuse est L'épaisseur n'augmente plus et le changement de tension est faible. Cependant, à ce moment-là, la formation et la dissolution du film d'oxyde au fond du trou ne s'arrêtaient pas, elles continuaient encore, en conséquence, le fond du trou se déplaçait progressivement vers l'intérieur de la matrice métallique. Au fur et à mesure que le temps d'oxydation se poursuit, les trous s'approfondissent pour former des pores et la couche de film avec des pores s'épaissit progressivement. Lorsque la vitesse de formation du film et la vitesse de dissolution atteignent un équilibre dynamique, même si le temps d'oxydation est prolongé, l'épaisseur du film d'oxyde n'augmentera plus et le processus d'oxydation anodique doit être arrêté à ce moment. La courbe caractéristique d'oxydation anodique et le processus de croissance du film d'oxyde sont représentés sur la figure ci-dessous. L'aluminium et ses alliages sont anodisés par courant continu et courant alternatif dans l'électrolyte d'acide sulfurique dilué pour obtenir un film d'oxyde incolore et transparent d'une épaisseur de 5 à 20 microns et une bonne adsorption.
Le processus d'anodisation à l'acide sulfurique est simple, la solution est stable, l'opération est pratique, la plage autorisée de teneur en impuretés est large, la consommation d'énergie est faible, le coût est faible et il peut presque être appliqué au traitement de l'aluminium et divers alliages d'aluminium, il a donc été largement utilisé en Chine.
Le tableau suivant présente un processus d'oxydation anodique typique: formule et conditions de processus Méthode DC
Acide sulfurique (g / L) 160 ～ 180
Ion aluminium Al3+ (g / L)<>
Température (℃) 18 ～ 22
Densité de courant d'anode (A / dm2) 1,2 ～ 1,5
Tension (V) 16 ～ 20
Durée (min) 20 ～ 40
Agitation, air comprimé, circulation de liquide dans le réservoir
Zone de cathode / zone d'anode 1,5: 1 Les principaux facteurs qui affectent la qualité du film d'oxyde sont:
① Concentration d'acide sulfurique: généralement de 15% à 20%. Lorsque la concentration augmente, la vitesse de dissolution du film augmente et la vitesse de croissance du film diminue. Le film a une porosité élevée, une forte adsorption, une forte élasticité et une bonne aptitude à la teinture (couleurs foncées faciles à teindre), mais la dureté et la résistance à l'abrasion sont légèrement pires; Diminuez la concentration d'acide sulfurique, la vitesse de croissance du film d'oxyde est accélérée, le film a moins de pores, une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure.
Par conséquent, lorsqu'il est utilisé pour la protection, la décoration et le traitement de décoration pure, la limite supérieure de la concentration admissible, c'est-à-dire 20% d'acide sulfurique, est utilisée comme électrolyte.
② Température de l'électrolyte: La température de l'électrolyte a une grande influence sur la qualité du film d'oxyde. Lorsque la température augmente, la vitesse de dissolution du film augmente et l'épaisseur du film diminue. Lorsque la température est de 22 ～ 30 ℃, le film obtenu est mou et a une bonne capacité d'adsorption, mais la résistance à l'abrasion est assez mauvaise; lorsque la température est supérieure à 30 ℃, le film devient lâche et irrégulier, parfois même discontinu, et la dureté est faible, il perd donc sa valeur d'usage; lorsque la température est comprise entre 10 et 20 ℃, le film d'oxyde formé est poreux, a une forte capacité d'adsorption et est élastique, adapté à la teinture, mais le film a une faible dureté et une faible résistance à l'usure;
La température est inférieure à 10 ℃, l'épaisseur du film d'oxyde augmente, la dureté est élevée, la résistance à l'usure est bonne, mais la porosité est faible. Par conséquent, la température de l'électrolyte doit être strictement contrôlée pendant la production. Pour préparer un film d'oxyde épais et dur, la température de fonctionnement doit être abaissée. Dans le processus d'oxydation, une agitation à l'air comprimé et une température relativement basse sont utilisées, et l'oxydation dure est généralement effectuée à environ zéro.
③Densité de courant: dans une certaine limite, la densité de courant augmente, le taux de croissance du film augmente, le temps d'oxydation est raccourci, le film résultant a plus de pores, est facile à colorer et la dureté et la résistance à l'usure augmentent; si la densité de courant est trop élevée, cela sera causé par l'influence de la chaleur Joule fait surchauffer la surface des pièces et la température de la solution locale augmente, la vitesse de dissolution du film augmente et il y a une possibilité de brûler les pièces ; si la densité de courant est trop faible, la vitesse de croissance du film est lente, mais le film résultant est plus dense et plus dur. La résistance à l'usure est réduite.
④ Temps d'oxydation: Le choix du temps d'oxydation dépend de la concentration d'électrolyte, de la température, de la densité de courant d'anode et de l'épaisseur de film requise. Dans les mêmes conditions, lorsque la densité de courant est constante, la vitesse de croissance du film est proportionnelle au temps d'oxydation; mais lorsque le film atteint une certaine épaisseur, la conductivité du film est augmentée en raison de l'augmentation de la résistance du film, et la vitesse de dissolution du film augmente en raison de l'augmentation de la température, de sorte que le taux de croissance du film diminue progressivement , et n'augmentera pas à la fin.
⑤ Agitation et déplacement: il peut favoriser la convection de l'électrolyte, renforcer l'effet de refroidissement, assurer l'uniformité de la température de la solution et ne pas réduire la qualité du film d'oxyde en raison du chauffage local du métal.
⑥ Impuretés dans l'électrolyte: Les impuretés pouvant exister dans l'électrolyte utilisé pour l'anodisation de l'aluminium comprennent Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3+, Fe2+, etc. Parmi elles, Clˉ, Fˉ, NO3ˉ augmentent la porosité de la membrane, et la surface est rugueuse et lâche. Si sa teneur dépasse la valeur limite, elle entraînera même la corrosion et la perforation des pièces (Clˉ doit être inférieur à 0,05 g / L, Fˉ doit être inférieur à 0,01 g / L); quand dans l'électrolyte
Lorsque la teneur en Al3+ dépasse une certaine valeur, des taches blanches ou des blocs blancs mouchetés apparaissent souvent sur la surface de la pièce, et les performances d'adsorption du film sont réduites et il est difficile de teindre (Al3+ doit être inférieur à 20g / L); lorsque la teneur en Cu2+ atteint 0,02 g / L, le film d'oxyde Des stries foncées ou des points noirs apparaîtront à la surface; Si2+ existe souvent dans l'électrolyte à l'état suspendu, ce qui rend l'électrolyte légèrement trouble et adsorbé sur la membrane sous forme de poudre brune.
⑦ Composition de l'alliage d'aluminium: D'une manière générale, d'autres éléments en aluminium métallique réduisent la qualité du film, et le film d'oxyde obtenu n'est pas aussi épais que l'aluminium pur, et la dureté est également faible. Des alliages d'aluminium de différentes compositions sont utilisés pour l'anodisation. Veillez à ne pas le faire dans le même emplacement.
