المنيوم متأين هو نوع من معالجة التخميل الإلكتروليتي يستخدم لزيادة سمك طبقة الأكسيد على سطح الأجزاء المعدنية. عموما، لمحات من سبائك الألومنيوم تتأكسد بسهولة. على الرغم من أن طبقة الأكسيد لها تأثير تخميل معين ، إلا أن طبقة الأكسيد سوف تتقشر نتيجة التعرض طويل المدى. فقدان الحماية ، لذلك فإن الأكسدة الأنودية هي الاستفادة من خصائص الأكسدة السهلة للتحكم في تكوين طبقات الأكسيد بالطرق الكهروكيميائية لمنع المزيد من أكسدة الألمنيوم وزيادة الخواص الميكانيكية لسطحه. الغرض الآخر هو استخدام تفاعلات كيميائية مختلفة. إنها تنتج ألوانًا مختلفة لتعزيز الجمال ، وتستخدم على نطاق واسع في جلود الطائرات ، والأسلحة العسكرية ، وبكرات ورق آلات التصوير ، وستائر الألمنيوم للمباني ، والأبواب والنوافذ المصنوعة من الألومنيوم ، وما إلى ذلك. يمكن لسبائك الألمنيوم المؤكسد تحسين مقاومة التآكل ، وزيادة لون الأكسدة ، وتحسين الالتصاق . لكنها لا تستطيع زيادة قوة الألمنيوم. بالإضافة إلى ذلك ، طبقة أكسيد الأنوديك غير موصلة.

1. تاريخ

أصل الاسم

أصل اسم الأنودة هو أن الأجزاء المعدنية توضع على الأنود في الدائرة الإلكترونية. يجعل الأنودة الأجزاء المعدنية أقل عرضة للتآكل والتآكل ، ويجعل التمهيدي أكثر ارتباطًا بالأجزاء. يوفر الأنودة مجموعة متنوعة من تأثيرات تعديل السطح. مثل الطلاء على سطح سميك ومسامي لتسهيل امتصاص الصبغة ، أو طبقة شفافة أرق لزيادة انعكاس الضوء

كان أول تطبيق صناعي واسع النطاق لعملية الأكسدة الأنودية في عام 1923. وكان الغرض من ذلك هو منع الطائرة المائية المصنوعة من دورالومين من التأكسد والتآكل. كانت العملية المبكرة باستخدام حمض الكروميك مثل الإلكتروليت تسمى عملية بنجوف-ستيوارت ، ولا تزال هذه العملية قيد الاستخدام حتى اليوم.

في عام 1927 ، تم تعديل عملية أكسدة أنوديك حامض الكروميك إلى إلكتروليت لحمض الكبريتيك بواسطة Gower و O'Brien وتم تسجيلها كبراءة اختراع. حتى الآن ، يعتبر إلكتروليت حامض الكبريتيك أكثر طرق الأكسدة الأنودية شيوعًا [3].

تم تسجيل عملية أنودة حمض الأكساليك كبراءة اختراع في اليابان في عام 1923 ، واستخدمت العملية على نطاق واسع في ألمانيا بعد ذلك ، وخاصة في صناعة البناء الألمانية. مؤكسد سحب الألمنيوم كانت ذات يوم مادة بناء شائعة جدًا في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، ولكن سرعان ما تم استبدالها بالبلاستيك الأرخص وعمليات الطلاء بالمسحوق

أحدث التطورات في أنودة هي عملية أساسها حمض الفوسفوريك. حتى الآن (2020) ، تم استخدام هذه العملية فقط للمعالجة المسبقة للمجلدات أو الطلاءات العضوية. يتم تطوير العديد من عمليات الأنودة الجديدة بشكل مستمر ، لذا فإن الاتجاه المستقبلي هو تصنيف عمليات الأنودة بناءً على خصائص الطلاء القياسية العسكرية والصناعية ، بدلاً من التفاعلات الكيميائية للعملية

2-تدفق العملية

إزالة الشحوم الكيميائية (Na3 PO4 60 جم ​​/ لتر ، Na2CO3 40 جم / لتر ، 40 ℃ ، 3 دقائق) -> غسل 1> حفر قلوي (هيدروكسيد الصوديوم ، 40 جم / لتر ، 3 دقائق) -> غسيل 1> Idemitsu (HNO3 40 جم / لتر ، 15 ثانية ) - غسل الماء منزوع الأيونات بالماء - أكسدة أنوديك (180 جم / لتر H2SO4 ، كثافة التيار 1.4A / dm2 ، وقت الأكسدة 30 دقيقة ، درجة الحرارة 18 ~ 22 ℃) - غسيل بالماء - ختم (10 دقائق) ← غسيل بالماء ← تجفيف بالنفخ .

بعد أنودة ، يتم استخدام العمليات الأربع التالية لإغلاق المحكم:

(1) ختم الماء المغلي ، في الماء النقي المغلي (الرقم الهيدروجيني = 6.5 ~ 7) ، الختم لمدة 10 دقائق ؛

(2) حجب الملح الخاطئ ، 30 جم / لتر حمض فلوروكوليك البوتاسيوم (الرقم الهيدروجيني = 4.5 ~ 4.6) في درجة حرارة الغرفة ، والحظر لمدة 10 دقائق ؛

(3) حجب بملح خاطئ ، 30 / لتر من حمض فلوروكوليك البوتاسيوم (الرقم الهيدروجيني = 5.0 ~ 5.1) عند درجة حرارة متوسطة 60 ℃ ، منع لمدة 10 دقائق ؛

(4) ختم HB ، 6 جم / لتر HB (الرقم الهيدروجيني = 5.5 ~ 6) عند 60 ~ 65 ℃ ، الختم لمدة 10 دقائق

3. التأثير

يتم استخدام الأنودة لتجنب الزوايا الحادة أو النتوءات بعد خيوط اللولب. كما أنها تستخدم كعازل كهربائي لحاوية المنحل بالكهرباء. يتم استخدام طبقة الأنود بشكل شائع لحماية سبائك الألومنيوم. هناك أيضًا أنواع أخرى مثل التيتانيوم والزنك والمغنيسيوم والنيوبيوم والزركونيوم والهافنيوم والتنتالوم. . سوف يتقشر الحديد والصلب الكربوني في محلول محايد أو قلوي بالكهرباء. الرقائق هي هيدروكسيد الحديد ، أو الصدأ ، والذي يتكون من سطح تجويف الأنود والكاثود الذي يفتقر إلى الأكسجين ، وتتجمع التجاويف مثل حامض الكبريتيك. تعمل الأنيونات مثل الملح والكلوريد على تسريع معدل صدأ المعدن الأساسي. سوف تتفاعل رقائق الكربون أو كتل الكربون داخل كتلة الحديد ، مثل الفولاذ عالي الكربون أو الحديد الخام ، مع طلاء السطح أو طبقة الطلاء الكهربائي. توضع المعادن المحتوية على الحديد عادة في محلول حمض النيتريك لأنودة ، أو يستخدم حمض النيتريك المدخن لتكوين طبقة من أكسيد الحديد الأسود الصلب.

4. طريقة المعالجة

المعالجة السطحية

في المعالجة المسبقة لسطح سبائك الألومنيوم ، يكون الغرض الرئيسي هو إزالة الزيت والشوائب على السطح ، وذلك لضمان نظافة السطح ، وكذلك لجعل حالة العينة تلبي المتطلبات. أولاً ، وفقًا لمتطلبات 1: 1 ، استخدم الإيثانول المطلق والماء منزوع الأيونات لتحقيق التكوين المقابل لمحلول التنظيف ؛ ثانيًا ، ضع العينة المقطوعة مباشرة في الدورق باستخدام محلول التنظيف وضعه مخصصًا داخل المنظف بالموجات فوق الصوتية ، وقم بتنظيفه لمدة 5 دقائق ؛ بعد اكتمال التنظيف ، امسحها بورق الترشيح ، ثم اختر استخدام ورق الصنفرة 240 # ، 400 # ، 600 # ، 800 # ، 1200 # ، 2000 # للتلميع ؛ ثالثًا ، نظف العينة في ماء مقطر ، ثم ضعها في دورق (بمحلول الأسيتون) ، ونظفها في الغسالة لمدة 10 دقائق ، ثم أخرج العينة وجففها مباشرة.

تحضير فيلم أكسيد أنوديك

أضف العينة مباشرة إلى جهاز الأنودة (المعالجة المسبقة) ، وحدد 100 جم / لتر من محلول حمض الكبريتيك ، واضبط جهد الأكسدة على 8 ، 10 ، 12 ، 14 ، 16 فولت ، وأخيراً احصل على العينة المقابلة للتحضير للتحليل اللاحق.

علاج الختم

أضف كمية مناسبة من الماء منزوع الأيونات إلى الدورق ، ثم ضعه في حمام مائي للتسخين والغلي مباشرة ، وأخيراً ضع العينة في الماء منزوع الأيونات من أجل معالجة الختم ، ثم تتطلب معالجة دائمة لمدة 20 دقيقة. أخرج العينة واشطفها بالماء منزوع الأيونات وانتظر حتى تجف في الهواء.

اختبار أداء

في اختبار الأداء ، يتم تحديد جانبين هذه المرة: أولاً ، الملاحظة المعدنية. إذا اخترت استخدام مجهر معدني ، فيمكنك تحليل ومراقبة الفيلم المؤكسد والمنطقة غير المطلية. الثانية ، سمك فيلم أكسيد وتجارب بقعة. هو أساسًا لقياس سماكة فيلم الأكسيد وتحليل تجربة البقعة.

5. التجربة

المادة التجريبية ومعالجتها المسبقة المادة التجريبية عبارة عن عينة من سبائك الألومنيوم 5052 ، ويتم عرض التركيب الكيميائي لها في الرسم البياني أدناه.

قبل التجربة ، قم بالتلميع بورق صنفرة 1200 حبيبة رملية لإزالة طبقة الأكسيد التي تكونت بشكل طبيعي على سطح العينة عند تعرضها للهواء ، ثم نقعها في محلول قلوي لمدة 10 دقائق. بعد إزالة الشحوم ، يتم إجراء التخليل ، ويتم إزالة الزيت والغبار والأكسيد الموجود على سطح العينة تمامًا بواسطة تأثير النقش للحمض. حالة سطح العينة بعد التخليل تفي بالمتطلبات ، ويمكن إجراء أنودة حمض الأكساليك وأكسيد حمض الكروميك بعد التنظيف والتجفيف. يوضح الرسم البياني التالي التكوين وظروف المعالجة لمحلول إزالة الشحوم والتخليل.

أنودة حمض الأكساليك وأنودة حمض الكروميك

باستخدام التيار المستمر بأكسيد التيار الكهربائي ، يتم التعامل مع سبائك الألومنيوم 5052 يتم وضع العينة في المنحل بالكهرباء مثل الأنود ، ويتم تشكيل فيلم أكسيد على سطح العينة بناءً على مبدأ التحليل الكهربائي بعد تنشيطه. تكوين المنحل بالكهرباء وظروف المعالجة لأنودة حمض الأكساليك هي: حمض الأكساليك 50 جم / لتر ، الجهد 45 فولت ، كثافة التيار 1.4 أمبير / دسم 2 ، درجة حرارة المنحل بالكهرباء 25 ℃ ، الوقت 55 دقيقة.

تكوين المنحل بالكهرباء وظروف المعالجة لأنودة حمض الكروميك هي: حمض الكروميك 40 جم / لتر ، الجهد 40V ، كثافة التيار 0.75A / dm2 ، درجة حرارة المنحل بالكهرباء 35 ° C ، الوقت 55 دقيقة.

توصيف مورفولوجيا واختبار الأداء لفيلم أكسيد أنوديك حمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك

تم تمييز مورفولوجيا فيلم أكسيد أنوديك لحمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك لحمض الكروميك بواسطة هيتاشي S-4800 بالمجهر الإلكتروني الماسح. تم قياس خشونة السطح لفيلم أكسيد الأكساليك وحمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك لحمض الكروميك بمقياس خشونة SJ-210. تم أخذ أربعة مواضع وتم تسجيل نتائج القياس على التوالي. استخدم محطة عمل Princeton PARSTAT2273 الكهروكيميائية لاختبار منحنيات الاستقطاب وأطياف المعاوقة لفيلم أكسيد الأكساليك وحمض الكروميك. نظام القطب الكهربائي عبارة عن نظام ثلاثي الأقطاب: القطب البلاتيني هو القطب المساعد ، وقطب الكالوميل المشبع هو القطب المرجعي. تم استخدام عينة فيلم أكسيد أنوديك حامض الأكساليك وعينة فيلم أكسيد أنوديك لحمض الكروميك كقطبين كهربائيين عاملين ، وتم اختبار كلاهما في محلول كلوريد الصوديوم (3.5٪ بالوزن). يبلغ معدل المسح لاختبار منحنى الاستقطاب 0.5 مللي فولت / ثانية ، ويقوم اختبار طيف المعاوقة بمسح من 105 هرتز في منطقة التردد العالي إلى 10-2 هرتز في منطقة التردد المنخفض.

سمك فيلم أكسيد أنوديك حمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك

يشير سمك طبقة أكسيد الأنوديك إلى المسافة من السطح الخارجي لفيلم أكسيد الأنوديك إلى السطح الداخلي (أي السطح البيني بين فيلم أكسيد الأنوديك والركيزة). للسمك تأثير كبير على أداء فيلم أكسيد أنوديك (مثل مقاومة التآكل ، مقاومة الانحناء ، إلخ) التأثير.

شكل فيلم أكسيد أنوديك حمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك. يلعب فيلم أكسيد الأنوديك بشكل أساسي تأثيرًا زخرفيًا ووقائيًا على سبائك الألومنيوم ، وبالتالي فإن الجودة المورفولوجية لفيلم أكسيد الأنوديك مهمة بشكل خاص. بشكل عام ، تشتمل جودة تضاريس الفيلم المؤكسد بشكل أساسي على اللون وخشونة السطح وعيوب السطح. لوحظ ظهور طبقة أكسيد أنوديك حمض الأكساليك وطبقة أكسيد أنوديك حمض الكروميك بالعين المجردة. كان الأول باللون الرمادي الفاتح والأخير باللون الأبيض الفضي. لا يوجد عيوب سطحية على غشاءتي أكسيد الأكسيد الأنوديك على المقياس الكلي.

مقاومة التآكل لفيلم أكسيد أنوديك حامض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك

يوضح الشكل التالي منحنيات الاستقطاب لعينة من سبائك الألومنيوم 5052 ، وغشاء أكسيد أنوديك لحمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك. يمكن أن نرى من الشكل أدناه أن إمكانات التآكل لفيلم أكسيد أنوديك حمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك هي -412.6 مللي فولت و -645.7 مللي فولت ، على التوالي ، وهي أعلى من احتمالية التآكل لعينة سبيكة الألومنيوم 5052 (-750.4 مللي فولت). تم استخدام طريقة استقراء منحنى التافل لملاءمة منحنى الاستقطاب. بالإضافة إلى ذلك ، كانت كثافة التآكل الحالية لفيلم أكسيد أنوديك حمض الأكساليك وفيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك 1.31 × 10-5 أمبير / سم 2 ، 1.70 × 10-5A / سم 2 مقارنة بعينة سبيكة الألومنيوم 5052 ، فإن كثافة تيار التآكل بشكل كبير أدنى. يمكن أن تميز كثافة تيار التآكل نظريًا معدل التآكل للمادة المختبرة ، وهناك علاقة تحويل بين الاثنين. بشكل عام ، كلما كانت كثافة تيار التآكل أصغر ، كان تآكل المادة المختبرة أبطأ. لذلك ، فإن ترتيب مقاومة التآكل هو: فيلم أكسيد أنوديك حمض الأكساليك> فيلم أكسيد أنوديك حمض الكروميك> عينة من سبائك الألومنيوم 5052.