Anodização de liga de alumínio e tratamento de superfície

O que é Alumínio Anodizado?

O alumínio anodizado é um tipo de alumínio que passou por um processo eletroquímico chamado anodização, que aumenta a espessura natural da camada de óxido na superfície do metal. Esse processo melhora significativamente suas propriedades de resistência à corrosão e ao desgaste, além de permitir a coloração do metal.

Processo de Anodização

Durante a anodização, o alumínio é submerso em um banho eletrolítico, geralmente uma solução de ácido sulfúrico, e usado como ânodo, enquanto placas de metal como cátodo cercam a peça de alumínio. Quando a corrente elétrica é aplicada, o oxigênio é liberado na superfície do alumínio, formando uma camada de óxido de alumínio (alumina) que é totalmente integrada à estrutura subjacente do alumínio.

Características do Alumínio Anodizado

• Durabilidade: A superfície anodizada é muito dura e resistente ao desgaste e à erosão.
• Estética: A anodização permite a coloração por absorção de corantes na camada de óxido ou por deposição eletrolítica de metais, o que dá ao alumínio uma aparência atraente e pode ser personalizado em uma variedade de cores.
• Resistência à Corrosão: A camada de óxido é impermeável e não se descasca nem lasca, proporcionando excelente proteção contra a corrosão.
• Manutenção: Superfícies anodizadas não requerem pintura ou frequentes tratamentos de limpeza devido à sua durabilidade e resistência à corrosão.

Aplicações do Alumínio Anodizado

Devido às suas propriedades melhoradas, o alumínio anodizado é amplamente usado em diversas aplicações, incluindo:

• Construção Civil: em fachadas de edifícios, janelas, portas e outros elementos arquitetônicos.
• Componentes Automotivos: em peças onde a durabilidade e resistência são críticas.
• Eletrônicos: em invólucros para computadores, smartphones e outros dispositivos devido à sua capacidade de dissipar calor eficientemente.
• Utensílios de Cozinha: em panelas e utensílios devido à sua segurança alimentar e facilidade de limpeza.

A anodização transforma o alumínio comum em um material extremamente funcional e esteticamente versátil, ampliando significativamente seu leque de aplicações industriais e comerciais.

I. Introdução

1. Características do Alumínio e suas Ligas

Densidade baixa; boa plasticidade; fácil de fortalecer; boa condutividade; resistente a corrosão; reciclável; soldável; fácil tratamento de superfície.

2. Descrever resumidamente as características e formas de corrosão em ligas de alumínio

1) Propriedades de corrosão:

(1) Corrosão ácida: O alumínio apresenta diferentes comportamentos de corrosão em vários ácidos. Em geral, forma-se um filme de passivação em ácidos concentrados oxidantes, que apresenta excelente resistência à corrosão, enquanto em ácidos diluídos ocorrem fenômenos de corrosão por “pitting”. Corrosão localizada;

(2) Corrosão Alcalina: Em soluções alcalinas, o álcali reage com o óxido de alumínio para formar aluminato de sódio e água, que reage ainda mais com o alumínio para formar aluminato de sódio e hidrogênio. Corrosão geral;

(3) Corrosão Neutra: Em soluções salinas neutras, o alumínio pode ser passivo ou corroer devido ao efeito de certos cátions ou ânions. Corrosão localizada.

2) Formas de corrosão:

Corrosão por picada, corrosão galvânica, corrosão em frestas, corrosão intergranular, corrosão filiforme e corrosão por esfoliação, etc.

Corrosão por picada: A forma mais comum de corrosão, cujo grau está relacionado ao meio e à liga.

Corrosão Galvânica: Corrosão de contato, corrosão de metais dissimilares (bimetálicos). Numa solução eletrolítica, quando dois metais ou ligas estão em contato (condutores), a corrosão do metal mais negativo é acelerada, enquanto o metal mais positivo é protegido da corrosão.

Corrosão em Fenda: Ocorre quando duas superfícies estão em contato uma com a outra, formando uma fenda. A célula de concentração de oxigênio é formada devido à dissolução do oxigênio nesta área, levando à corrosão dentro da fenda.

Corrosão Intergranular: Relacionada ao tratamento térmico inadequado, elementos de liga ou compostos intermetálicos precipitam ao longo dos limites dos grãos, que atuam como ânodos em relação aos grãos, formando uma célula de corrosão.

Corrosão Filiforme: Um tipo de corrosão sob o filme que se desenvolve como um verme sob o filme. Esta película pode ser uma película de tinta ou outros revestimentos e geralmente não ocorre sob a película de óxido anódico. A corrosão filiforme está relacionada à composição da liga, ao pré-tratamento antes do revestimento e a fatores ambientais, incluindo umidade, temperatura e cloretos.

Corrosão por esfoliação: Também conhecida como corrosão por descascamento.

3. Quais aspectos inclui a tecnologia de tratamento de superfície de ligas de alumínio?

Pré-tratamento mecânico de superfície (polimento mecânico ou lixamento, etc.), pré-tratamento químico ou tratamento químico (conversão química ou revestimento químico, etc.), tratamento eletroquímico (anodização ou galvanoplastia, etc.) e tratamento físico (pulverização, vitrificação de esmalte, e outras técnicas de modificação física de superfície), etc.

Vitrificação do esmalte: fusão de uma mistura de substâncias inorgânicas em materiais semelhantes a vidro com diferentes pontos de fusão.

4. Quais são as características do filme de óxido anódico das ligas de alumínio?

Resistência à corrosão; dureza e resistência ao desgaste; decorativo; adesão de revestimento orgânico e camada galvanizada; isolamento elétrico; transparência; funcionalidade.

II. Pré-tratamento mecânico de superfície de alumínio

1. O objetivo do pré-tratamento:

(1) Para melhorar as boas condições de aparência e qualidade de acabamento superficial.

(2) Para melhorar a qualidade do produto.

(3) Para reduzir o impacto da soldagem.

(4) Para criar efeitos decorativos.

(5) Para obter uma superfície limpa.

2. Requisitos de operação de polimento

(1) Seleção do tipo de abrasivo e granularidade:

Isso se baseia na dureza do material da peça, nas condições da superfície e nos requisitos de qualidade; quanto mais dura ou áspera for a superfície, mais duro e grosso será o abrasivo utilizado.

(2) O polimento deve ser realizado em múltiplas etapas e a pressão da peça em direção ao rebolo deve ser moderada.

(3) Um novo rebolo deve ser raspado preliminarmente para obter equilíbrio antes que o abrasivo adira.

(4) O abrasivo deve ser substituído regularmente.

(5) Os materiais de liga devem ser selecionados de acordo com as diferentes necessidades.

(6) A velocidade apropriada do rebolo deve ser selecionada, geralmente controlada em 10~14m/s.

(7) O efeito de polimento depende de fatores como o abrasivo, a rigidez do rebolo, a velocidade de rotação do rebolo, a pressão de contato entre a peça de trabalho e o rebolo, experiência prática e técnicas qualificadas.

3. Conceitos de Desbaste e Polimento

Esmerilhamento: A operação após a roda de tecido ser colada com abrasivo. Finalidade: Remover rebarbas, arranhões, manchas de corrosão, olhos de areia, poros e outros defeitos aparentes na superfície da peça.

Polimento: A operação após a aplicação da pasta de polimento em uma roda de pano macio ou roda de feltro.

4. Problemas e soluções comuns:

Problema comum: marca “Scorch”.

Causa:

(1) Seleção inadequada de rebolo, abrasivo e agente de polimento;

(2) Força inadequada utilizada no polimento;

(3) Tempo de moagem prolongado;

(4) Superaquecimento durante a moagem.

Medidas:

(1) Ligeira corrosão alcalina em solução alcalina diluída;

(2) Gravura com ácido suave: como solução de ácido crômico-ácido sulfúrico ou solução de ácido sulfúrico a 10% usada após aquecimento;

(3) 3% em peso de Na2CO3 e 2% em peso de Na3PO4, a solução é tratada a uma temperatura de 40 ~ 50 ℃ por 5 minutos, casos graves podem ser estendidos para 10 ~ 15 minutos.

Após o tratamento de limpeza e secagem acima, o repolimento imediato deve ser feito com disco de polimento de precisão ou disco de polimento espelhado.

Prevenção:

Utilize rebolos e discos de polimento adequados; use o agente de polimento apropriado; o tempo de retificação entre a peça de trabalho e o rebolo de polimento deve ser controlado adequadamente.

III. Pré-tratamento Químico de Alumínio

1. Quais são os métodos de desengorduramento do alumínio? Quais são os princípios desses processos?

1) Métodos de desengorduramento:

Desengordurante ácido, desengordurante alcalino e desengordurante com solvente orgânico. Finalidade: Remover óleo, graxa, poeira e outros contaminantes da superfície do alumínio para permitir uma lavagem alcalina mais uniforme, melhorando assim a qualidade do filme de oxidação anódica.

2) Princípio

(1) Princípio do desengorduramento ácido: Em uma solução desengordurante ácida baseada em H2SO4, H3PO4 e HNO3, óleos e gorduras sofrem hidrólise para produzir glicerina e ácidos graxos superiores correspondentes, atingindo o objetivo de desengorduramento.

(2) Princípio do desengorduramento alcalino: O álcali reage com o óleo para formar sabão solúvel. Esta reação de saponificação remove a ligação entre o óleo e a superfície do material de alumínio, atingindo o objetivo de desengorduramento.

(3) Princípio do desengorduramento com solvente orgânico: Aproveitando o fato de que os óleos são facilmente solúveis em solventes orgânicos, tanto os óleos saponificados quanto os não saponificados podem ser dissolvidos. Este método tem forte capacidade de desengorduramento, é rápido e não corrosivo para o alumínio, atingindo assim o objetivo de desengorduramento.

 

2. Qual é a finalidade da lavagem alcalina e quais defeitos ela apresenta? Quais devem ser as contramedidas correspondentes?

1. Propósito: para remover contaminantes da superfície, eliminar completamente a película de óxido natural na superfície do alumínio, revelar a base de metal puro e preparar-se para o subsequente processo de tratamento de superfície principal.

2) Os três principais defeitos da lavagem alcalina: aparência áspera, manchas e estrias.

3) Aparência

(1) Aparência áspera: um problema comum na produção de materiais de alumínio jateados com lavagem alcalina, muitas vezes causado por defeitos estruturais no material de alumínio original (grãos grandes ou grandes precipitados de compostos intermetálicos); melhorar a qualidade da estrutura interna do material de alumínio original pode resolver o problema na fonte.

Causas: A: O tamanho original do grão da barra de alumínio para extrusão é grande. B: A temperatura de aquecimento da barra de alumínio é muito alta ou a velocidade de extrusão é muito rápida. C: A tonelagem da extrusora utilizada é muito pequena. D: Têmpera insuficiente após extrusão. E: A velocidade de lavagem alcalina é muito rápida.

Contramedidas: Utilizar hastes de alumínio extrudado com granulometria que atenda aos padrões nacionais; controlar a temperatura de saída dos produtos extrusados; fortalecer a têmpera após a extrusão; controlar razoavelmente a velocidade de lavagem alcalina, etc.

(2) Manchas: um defeito fatal no tratamento de superfície de alumínio: interromper processos subsequentes ou descartar como sucata.

Causas:

R: A proporção de alumínio reciclado adicionado ao derreter as hastes fundidas é muito alta. Al2O3 tem um ponto de fusão tão alto quanto 2050°C, não derrete durante a fundição, apenas quebra; a erosão durante o processo de lavagem alcalina leva a manchas corrosivas semelhantes a flocos de neve. Contramedidas: Controle a proporção de alumínio reciclado no filme de oxidação anódica, deve ser inferior a 10%; refino e remoção de escória do fundido, o fundido deve descansar por cerca de 25 minutos antes da fundição e o fundido deve ser filtrado, etc.

B: O teor de íons cloro na água é alto. Quando a qualidade do material de alumínio é ruim e o teor de íons de cloro da água usada também é alto, pontos corrosivos serão revelados durante a lavagem com álcali ou com água antes e depois da lavagem com álcali. Contramedidas: Melhorar a qualidade do material de alumínio original; use água da torneira que atenda aos padrões nacionais; use ácido nítrico ou ácido nítrico mais ácido sulfúrico para descalcificação; adicionar 1 ~ 5g / L de HNO3 ao níquel do tanque de água também pode suprimir efetivamente o efeito corrosivo dos íons cloreto.

C: Corrosão atmosférica. Os materiais de alumínio colocados em ambientes atmosféricos costeiros por cerca de 3 dias, próximos a fornos de fundição em atmosfera corrosiva, tempo chuvoso, etc., geralmente apresentam marcas ou manchas corrosivas na superfície. Contramedidas: Reduzir o tempo de ciclo do material de alumínio original em oxidação anódica; colocar o material original de alumínio com oxidação anódica em ambiente seco e bem ventilado; para colocação de longo prazo ou dias chuvosos, o tratamento de cobertura apropriado pode ser realizado no material de alumínio original, etc.

D: Extrusão “ponto quente”. O material de alumínio entra em contato com o rolo de grafite termicamente condutor na mesa de descarga, devido às diferentes velocidades de resfriamento locais, a fase de precipitação (fase Mg2Si, faixa de temperatura 400~250°C) se forma no material de alumínio, apresentando manchas de intervalo. Contramedidas: Controlar a velocidade de operação da mesa de descarga de extrusão (deve ser maior que a velocidade de extrusão do alumínio); use outros materiais resistentes ao calor com baixa condutividade térmica para substituir os rolos de grafite; emprestar a força de extinção do vento do canhão; reduza rapidamente o material de alumínio da saída de extrusão para menos de 250 ℃.

(3) Listras: Defeitos nas listras de lavagem alcalina causadas por condições e operações inadequadas do processo de lavagem alcalina (a velocidade de lavagem alcalina é muito rápida e a velocidade de transferência é muito lenta). Contramedidas: A: Acelere a transferência. B: Abaixe a temperatura do banho de lavagem alcalina. C: Reduza a concentração de NaOH no banho. D: O material de alumínio está muito compactado e deve ser reduzido adequadamente.

3. Qual é a finalidade da remoção de poeira? Quais são os métodos de remoção de poeira na superfície da liga de alumínio?

Propósito: Para remover a poeira superficial, evitar a contaminação do banho de anodização subsequente e melhorar a qualidade do filme de óxido.

Métodos: Remoção de poeira com ácido nítrico, remoção de poeira com ácido sulfúrico,

4. Quais são os defeitos e contramedidas do tratamento de superfície com areia fluoretada?

O tratamento de superfície com areia fluoretada é um processo de corrosão ácida que usa íons de flúor para produzir corrosão pontual altamente uniforme e de alta densidade na superfície do alumínio.

Defeitos e contramedidas:

(1) A superfície apresenta manchas: Quando há muitos precipitados no tanque e a concentração de íons fluoreto é baixa, a força da reação é fraca. Os precipitados depositam-se ou permanecem muito tempo na superfície, dificultando a corrosão normal dos íons fluoreto.

Contramedida: Remova o excesso de precipitados no tanque, reduza a densidade do alumínio, adicione uma quantidade adequada de bifluoreto de amônio e aditivos, aumente a concentração de íons fluoreto e aumente a força da reação.

(2) A superfície não é fácil de lixar: O líquido do tanque é contaminado pelo desengorduramento ácido anterior, fazendo com que o PH diminua e a concentração de íons fluoreto e aditivos seja insuficiente.

Contramedida: Ajuste o valor de PH com amônia ou fluoreto de amônio e adicione bifluoreto de amônio e aditivos, etc.

(3) Os grãos de areia na superfície são muito grossos: A concentração de íons fluoreto no tanque é muito alta ou os aditivos são insuficientes ou o tempo de tratamento é muito longo.

Contramedida: Tomar as medidas correspondentes para controlar.

(4) O brilho da superfície varia: As condições do processo do tanque não são controladas adequadamente, ou a escolha dos aditivos é inadequada, ou há um problema com o material de alumínio.

Contramedida: Tomar as medidas correspondentes para controlar.

(5) Áreas parciais não lixam: Existe uma película de óxido composto na área local.

Contramedida: Ajuste o fluxo do processo, como polimento, polimento, lavagem re-ácida ou lavagem alcalina, etc.

4. Polimento Químico e Eletroquímico de Alumínio

1. Descreva resumidamente as semelhanças e diferenças nos mecanismos de polimento químico e eletroquímico.

1) Polimento Químico: Ao controlar a dissolução seletiva da superfície de alumínio, as saliências microscópicas dissolvem-se mais rapidamente do que os recessos, conseguindo uma superfície lisa e brilhante.

2) Polimento Eletroquímico, também conhecido como eletropolimento. O princípio é semelhante ao polimento químico, contando com a dissolução seletiva das partes salientes da superfície para obter suavidade. A diferença é a aplicação de uma corrente externa, o que diminui o tempo de processamento.

3) Ponto comum: Ambos utilizam o mesmo mecanismo de polimento; Diferença: O polimento eletroquímico aplica uma corrente durante o processo, enquanto o polimento químico utiliza oxidantes químicos.

2. Quais são as vantagens do polimento químico e eletroquímico?

Comparado ao polimento mecânico, o polimento químico e eletroquímico apresenta as seguintes vantagens:

(1) Equipamento simples, parâmetros de processo fáceis de controlar, economia de custos e superfície mais brilhante;

(2) Capaz de processar componentes grandes ou grandes quantidades de componentes pequenos, bem como peças de formato complexo;

(3) Superfície mais limpa, sem poeira residual de polimento mecânico, com boa resistência à corrosão;

(4) A refletividade do espelho da superfície polida quimicamente é maior, a textura do metal é melhor e nenhuma “geada” pulverulenta se forma na superfície.

3. Descreva resumidamente as deficiências e contramedidas do polimento químico e eletroquímico.

1) Defeitos e contramedidas de polimento químico (tomando o processo ácido fosfórico-ácido sulfúrico-ácido nítrico como exemplo)

(1) Brilho insuficiente: Influenciado pela composição do alumínio, pelo teor de ácido nítrico, etc.

Contramedida: Use alumínio de alta pureza, controle a concentração de ácido nítrico e certifique-se de que o alumínio esteja seco antes do polimento.

(2) Depósitos brancos: Dissolução excessiva do alumínio, o que exige controle do seu conteúdo no banho.

Contramedida: Ajuste a quantidade de alumínio dissolvido no banho dentro da faixa normal.

(3) Superfície áspera: Conteúdo muito alto de ácido nítrico, reação excessivamente intensa; ou teor de Cu muito alto.

Contramedida: Controle rigoroso do teor de ácido nítrico; melhorar a qualidade interna do material, reduzir a quantidade de aditivos, etc.

(4) Corrosão de transferência: Ocorre quando a transição para o processo de enxágue após o polimento químico é lenta.

Contramedida: Transfira para água para enxaguar imediatamente.

(5) Corrosão por picada: Ocorre devido ao acúmulo de gás na superfície formando bolsas de gás; ou devido ao baixo teor de ácido nítrico ou Cu.

Contramedida: Carregue as peças adequadamente, aumente a inclinação da peça de trabalho, melhore a agitação para permitir o escape do gás. Limpe bem a superfície; controlar o conteúdo de ácido nítrico, etc.

2) Defeitos e contramedidas de polimento eletroquímico (tomando como exemplo o processo do ácido fosfórico-sulfúrico-crômico)

(1) Queimaduras elétricas: causadas por área de superfície condutora insuficiente, mau contato, aumento excessivamente rápido de tensão ou densidade de corrente excessiva. Contramedida: Garanta um bom contato entre a peça de trabalho e o dispositivo elétrico, área de contato suficiente para acomodar correntes altas e evite aumentos de tensão excessivamente rápidos.

(2) Manchas Escuras: causadas por baixa densidade de corrente ou distribuição local desigual das linhas de energia. Contramedida: Evite sobrecarga e tente evitar zonas mortas onde as linhas de energia não conseguem alcançar.

(3) Faixas de gás: causadas pelo escape de gás. Contramedida: Posicione todas as superfícies da peça em ângulo durante o carregamento, coloque as superfícies decorativas verticalmente em direção ao cátodo e evite o acúmulo de gás.

(4) Aderências semelhantes a cristais de gelo: formadas por alto teor de alumínio no banho ou alto teor de ácido fosfórico criando precipitado de fosfato de alumínio. Contramedida: Reduza a quantidade de alumínio dissolvido no banho ou diminua o teor de ácido fosfórico.

V. Anodização de alumínio e filme de óxido anódico

1. Classificação do filme de óxido anódico de alumínio:

(1) Tipo de barreira: Também conhecido como filme de óxido tipo escudo ou camada de bloqueio, é intimamente adjacente à superfície metálica, denso, sem poros, fino, com espessura determinada pela tensão de oxidação, não superior a 0,1 μm, utilizado principalmente para capacitores eletrolíticos.

(2) Tipo poroso: Composta por duas camadas de filme de óxido, a camada inferior é uma camada de bloqueio, com uma estrutura de camada fina de óxido densa e sem poros idêntica à película de barreira, a espessura depende da tensão; a parte principal é uma estrutura de camada porosa, cuja espessura depende da quantidade de eletricidade que passa.

(Camada de bloqueio: Refere-se à camada de óxido com propriedades de filme de barreira e regras de formação que separam a camada porosa do filme de óxido poroso do metal de alumínio.)

2. Espessura, Estrutura e Composição do Filme de Óxido Poroso

Composição do filme de óxido anódico poroso: camada de bloqueio e camada porosa; a estrutura e as regras de formação da camada de bloqueio são equivalentes às do filme de óxido tipo barreira; as regras de geração, estrutura e composição da camada porosa são completamente diferentes da camada de bloqueio.

1) Espessura da camada de bloqueio: Depende da tensão de oxidação aplicada externamente e não está relacionada ao tempo de oxidação. A taxa de formação de filme ou razão de filme δb/Va; a taxa de formação de filme do filme de óxido de barreira é maior do que a taxa de formação de filme da camada de bloqueio do filme de óxido poroso.

Espessura da camada porosa: espessura total = camada porosa + camada de bloqueio; a espessura total é diretamente proporcional ao produto da densidade da corrente e do tempo de oxidação (ou seja, a quantidade de eletricidade que passa).

2) Composição da camada de bloqueio: óxido amorfo denso e sem poros.

Composição da camada porosa: Al2O3 amorfo, mas não puro.

3) Estrutura da camada de bloqueio: estrutura de dupla camada. Camada externa: contém ânions em solução; camada interna: composta principalmente por óxido de alumínio puro.

Estrutura da camada porosa: camada externa: contém γ-Al2O3 e α-AlOOH; camada interna: Al2O3 amorfo, a infiltração de água no filme de óxido transforma-se gradualmente em boemita α-AlOOH.

VI. Processo de Anodização

1. Quais as influências no processo de anodização com ácido sulfúrico?

Impactos dos parâmetros no processo de anodização do alumínio com ácido sulfúrico

(1) A influência da concentração de ácido sulfúrico:

Afeta a espessura da camada de barreira do filme de oxidação, a condutividade do eletrólito, o efeito de dissolução no filme de oxidação, a resistência à corrosão do filme de oxidação e a qualidade da subsequente vedação dos poros.

Uma alta concentração tem um efeito dissolvente significativo no filme de oxidação, resultando em uma fina camada de barreira e uma diminuição na tensão necessária para manter uma certa densidade de corrente; o inverso resulta em uma película espessa e de alta tensão.

Uma alta concentração de ácido sulfúrico requer baixa tensão para manter uma certa corrente, mas tem um impacto significativo no filme de oxidação. À medida que a concentração e a temperatura do ácido sulfúrico aumentam, a tensão necessária diminui.

No entanto, uma concentração mais elevada de ácido sulfúrico aumenta a erosão do filme de oxidação pelo ácido. À medida que a concentração de ácido sulfúrico aumenta, a eficiência diminui: ou seja, mais eletricidade é consumida para obter um filme de oxidação de certa espessura. À medida que a concentração de ácido sulfúrico aumenta, a resistência à corrosão e ao desgaste do filme diminui.

(2) A influência da temperatura do banho:

1) Quando a temperatura do banho aumenta dentro de uma determinada faixa, o tipo de filme de oxidação obtido diminui, o filme torna-se mais macio porém mais brilhante;

2) Quando a temperatura do banho é alta, o diâmetro dos poros e a conicidade da camada externa do filme de oxidação tendem a aumentar, dificultando a vedação, além de estar sujeito a “geada” de vedação.

3) O filme de oxidação obtido em temperaturas de banho mais altas é fácil de tingir, mas é difícil manter a consistência da profundidade da cor, e a temperatura de oxidação do filme tingido geral é de 20 ~ 25 ℃;

4) O filme de oxidação obtido pela redução da temperatura do banho tem alta dureza e boa resistência ao desgaste, mas manter a mesma densidade de corrente durante a manutenção requer uma tensão mais alta, e o filme comum usa 18 ~ 22 ℃.

Para filmes com espessura superior a 15μm, quando a temperatura do banho aumenta, a qualidade do filme e a taxa de perda de metal diminuem significativamente, e a dureza da camada externa do filme é menor.

A temperatura afeta significativamente a qualidade do filme de oxidação: todas as temperaturas acima de 15°C produzem filmes macios não cristalinos. Temperaturas mais baixas ajudam a produzir filmes de oxidação densos. À medida que a temperatura aumenta, a dureza do filme diminui.

Para obter um filme com alta dureza e boa resistência ao desgaste, deve-se utilizar anodização em baixa temperatura. Exceto pela liga 3004, geralmente, as ligas têm a melhor resistência à corrosão a 20 ℃. A resistência à corrosão diminui à medida que a temperatura aumenta e cai para o nível mais baixo de 40 ℃.

(3) Influência da tensão de oxidação:

A voltagem determina o tamanho dos poros no filme de oxidação: baixa voltagem – tamanho de poro pequeno, mais poros – tamanho de poro grande, menos poros.

(Dentro de uma certa faixa, a alta tensão conduz à formação de filmes de oxidação densos e uniformes. Sob tensão constante, a densidade de corrente diminui à medida que o tempo de oxidação aumenta.

Quanto maior a tensão necessária para manter uma determinada corrente, mais calor é liberado durante o processo de oxidação, o que não contribui para a estabilidade do desempenho do filme de óxido. Quando a corrente é constante, quanto menor a temperatura, maior a tensão.)

(4) Influência da corrente de oxidação:

A corrente de oxidação afeta diretamente a eficiência da produção: a eficiência da produção de alta corrente é alta.

(Alta corrente requer um capacitor de grande capacitância, resultando em flutuações significativas na espessura do filme e causando facilmente “queimaduras” na peça de trabalho. Sob baixa corrente, o tempo de oxidação é longo, o que reduz a resistência à corrosão e ao desgaste do filme. O ideal a corrente é 1,2 ~ 1,8A/dm2.

Quanto maior a concentração de ácido sulfúrico, melhor será a condutividade da solução do banho e maior será a densidade de corrente sob a mesma tensão. À medida que o teor de alumínio aumenta, a resistência da solução do banho aumenta e a sua condutividade diminui.)

(5) A influência da agitação da solução do banho:

Para uniformizar a temperatura e a concentração da solução do banho de oxidação anódica, especialmente quando se utiliza uma corrente maior, uma grande quantidade de calor é gerada na interface da solução filme-banho e a agitação reduz a temperatura da interface.

(6) A influência do tempo de oxidação:

Sob oxidação de corrente constante, o aumento na espessura do filme de oxidação é diretamente proporcional ao tempo dentro de um determinado período. (Com base na concentração do eletrólito, temperatura da solução do banho, densidade de corrente, espessura do filme de oxidação e requisitos de desempenho, etc.)

2. Descreva resumidamente as características do processo de anodização e as diferenças nas propriedades do filme de óxido de eletrólitos, como ácido sulfúrico, ácido crômico, ácido fosfórico, ácido oxálico, ácido bórico e álcali.

1) Processo de ácido sulfúrico: Baixo custo de produção; alta transparência do filme; boa resistência à corrosão e ao desgaste; fácil coloração eletrolítica e química.

2) Processo de ácido crômico: A espessura do filme de óxido é média, com superfície rugosa; o filme é macio; tem menos resistência ao desgaste que o filme de sulfato, mas tem boa elasticidade.

3) Processo de ácido oxálico: O filme de óxido tem baixa porosidade, melhor resistência à corrosão, resistência ao desgaste e isolamento elétrico do que o filme de ácido sulfúrico, mas tem um custo mais elevado.

4) Processo de ácido fosfórico: O filme de óxido é mais fino, com poros maiores.

3. Comparação entre anodização AC com ácido sulfúrico e anodização DC com ácido sulfúrico

1) CA: Baixa eficiência atual; baixa resistência à corrosão do filme de óxido, baixa dureza.

2) CC: Alto custo de produção; alta transparência do filme; boa resistência à corrosão e ao desgaste; fácil coloração eletrolítica e química.

4. O efeito dos íons de alumínio e impurezas no ácido sulfúrico

Afeta principalmente a resistência ao desgaste, resistência à corrosão, brilho e condutividade eletrolítica do filme de óxido

(1) Íons de alumínio:

Uma concentração de 1~10g/L é benéfica, mas mais de 10g/L causará impacto. A corrente diminui à medida que a concentração de íons alumínio aumenta; a coloração fica mais difícil; quando o teor de alumínio é alto, sais de alumínio insolúveis são depositados na superfície da peça de alumínio, na parede do tanque e no trocador de calor, afetando a aparência do produto e a eficiência da troca de calor.

(2) Cátions Fe, MN, Cu e Ni, etc.:

Fe: Impureza prejudicial, vem principalmente do ácido sulfúrico e do alumínio. Quando o teor de Fe excede 25 ~ 50 μg/g, o filme de óxido encontra muitos problemas, como diminuição do brilho e filme macio.

Mn: O efeito é semelhante ao Fe, mas não tão significativo.

Cu e Ni: Provêm principalmente de liga de alumínio, seus efeitos são semelhantes, quando o teor ultrapassa 100μg/g, a resistência à corrosão do filme de óxido diminui.

(3) Ânions como fosfato, nitrato, cloreto, etc.:

Fosfato: Causado por lavagem insuficiente após polimento químico; o efeito não é significativo quando o conteúdo é baixo (nível ppm). O principal perigo quando o teor é alto é que o fosfato seja adsorvido pela película de óxido e liberado durante a selagem com água, o que prejudicará a qualidade da selagem quando ultrapassar 5μg/g.

Nitrato: Provém principalmente da lavagem insuficiente após o processo anterior e do ácido sulfúrico comercial no banho. Quando o conteúdo excede 30μg/g, é prejudicial ao brilho, e muito alto aumentará a capacidade de dissolução do banho, o que não conduz à formação de filme.

Cloreto: Vem principalmente da água utilizada, o teor de cloreto na água da torneira é alto. Quando Cl- e F- excedem 50μg/g, o filme de óxido produz manchas de corrosão.

VII. Oxidação anódica dura de alumínio

1. Descreva resumidamente as semelhanças e diferenças nos parâmetros do processo para a preparação de filmes de óxido anódico duro e filmes de óxido comuns.

A preparação de um filme de óxido anódico duro não apresenta diferença fundamental da anodização comum em termos de princípios, equipamentos e processos. As medidas técnicas específicas são ligeiramente diferentes. A diferença está na redução da taxa de dissolução do filme de óxido durante o processo de oxidação.

2. Comparação entre filme de óxido anódico duro e filme de óxido anódico regular

O filme duro de óxido anódico tem maior espessura, maior dureza, melhor resistência ao desgaste, menor porosidade, maior tensão de ruptura dielétrica, mas a suavidade da superfície é um pouco pior.

(Quando a tensão aplicada é alta, a concentração é baixa e o tempo de tratamento é longo, o filme será espesso, duro, resistente ao desgaste, terá alta tensão de ruptura dielétrica, baixa porosidade, poros grandes e baixa suavidade da superfície.)

3. Diferenças e semelhanças entre o processo de oxidação anódica dura da liga de alumínio fundido e o processo de oxidação anódica dura com ácido sulfúrico.

(1) Baixa temperatura do banho: menos de 5°C, quanto mais baixa a temperatura, mais duro é o filme. A temperatura do banho para anodização com ácido sulfúrico comum é de cerca de 20°C.

(2) Baixa concentração do banho: geralmente inferior a 15% para ácido sulfúrico; a concentração do banho para anodização comum é em torno de 20%.

(3) Adição de ácidos orgânicos ao banho de ácido sulfúrico: ácido oxálico, ácido tartárico, ácido cítrico, etc.

(4) Alta corrente/tensão aplicada: 2~5A/dm2, 25~100V. A anodização comum usa 1,0~1,5 A/dm2, abaixo de 18V.

(5) Método de operação de aumento gradual de tensão: pressurização passo a passo.

(6) Uso de fonte de alimentação de pulso ou fonte de alimentação de forma de onda especial: para liga de alto Cu ou liga de alumínio fundido com alto Si.

VIII. Coloração eletrolítica de filme anodizado de alumínio

1. Descreva resumidamente o processo e os prós e contras da coloração eletrolítica do sal Sn e do sal Ni.

1) Processo de coloração eletrolítica de sal Sn:

Isto envolve principalmente sal Sn único e coloração eletrolítica mista Sn-Ni, sendo SnSO4 o sal corante primário. A cor é obtida através da redução dos íons Sn2+ nos microporos do filme anodizado.

Vantagens: O sal Sn tem boa resistência a impurezas, forte capacidade de distribuição de solução de coloração eletrolítica e controle industrial simples. Não há dificuldades inerentes à coloração do sal Sn em corrente alternada. Desvantagens: Sn2+ tem baixa estabilidade e é difícil controlar diferenças de cores e matizes.

2) Processo de coloração eletrolítica de sal Ni:

Semelhante ao processo de coloração eletrolítica do sal Sn, envolve a deposição de Ni para coloração. Vantagens: A coloração do sal Ni é rápida e a solução do banho tem boa estabilidade. Desvantagens: É sensível a impurezas na solução do banho.

2. Vantagens e desvantagens da coloração eletrolítica AC e DC.

1) Coloração AC.

Vantagens: Supera o risco de descascamento da película de óxido na coloração eletrolítica DC. Desvantagens: Na coloração CA, a tensão anódica afeta a velocidade da reação de coloração catódica, causando uma diminuição na densidade da corrente anódica e na densidade da corrente catódica, diminuindo assim a velocidade de coloração.

2) Coloração DC.

Vantagens: Velocidade de coloração rápida, alta taxa de utilização de energia elétrica. Desvantagens: Existe o risco de descascamento da película de óxido na coloração eletrolítica DC.

IX. Tingimento de filme anodizado de alumínio

1. Quais condições um filme de óxido deve atender para ser submetido ao tratamento de tingimento?

(1) O filme anodizado de alumínio obtido em solução de ácido sulfúrico é incolor e poroso;

(2) O filme de óxido deve ter uma certa espessura, que deve ser superior a 7um;

(3) O filme de óxido deve ter certa porosidade e adsorção;

(4) A camada de óxido deve ser completa e uniforme, sem defeitos como arranhões, olhos de areia ou corrosão pontual;

(5) O próprio filme de óxido deve ter uma cor apropriada e não ter diferenças na estrutura metalográfica, como tamanho de grão irregular ou segregação severa.

2. Descreva resumidamente os mecanismos de tingimento de revestimentos orgânicos e revestimentos inorgânicos.

(1) O tingimento orgânico é baseado na teoria da adsorção de materiais, incluindo adsorção física e adsorção química.

Adsorção física: Moléculas ou íons são adsorvidos por força eletrostática. A composição do filme de óxido é óxido de alumínio amorfo, a densa camada de barreira próxima ao substrato de alumínio fica na parte interna e a estrutura porosa que cresce para fora em forma de sino fica na parte superior, apresentando excelente desempenho de adsorção física. Quando as moléculas de corante entram nos poros do filme, elas são adsorvidas nas paredes dos poros.

Adsorção química: Adsorção por força química. Neste momento, as moléculas do corante orgânico reagem quimicamente com o óxido de alumínio e existem dentro dos poros do filme devido à ligação química.

Este tipo de adsorção inclui o seguinte: o filme de óxido forma uma ligação covalente com o grupo sulfônico na molécula do corante; o filme de óxido forma uma ligação de hidrogênio com o grupo fenólico da molécula do corante; o filme de óxido forma um complexo com a molécula do corante.

(2) Mecanismo de tingimento inorgânico: Durante o tingimento, a peça oxidada é primeiro imersa em uma solução de sal inorgânico em uma determinada ordem e, em seguida, imersa sucessivamente em outra solução de sal inorgânico, fazendo com que esses inorgânicos sofram uma reação química nos poros do filme para formar um composto colorido insolúvel em água. Isso preenche os poros do filme de óxido e os sela, dando assim cor à camada do filme.

3. Processo e padrões para tecnologia de coloração de corantes orgânicos.

Fluxo do processo: Pré-tratamento – Anodização – Limpeza – Neutralização de amônia ou outro processamento – Limpeza – Tingimento – Limpeza – Tratamento de vedação – Secagem.

Padrões:

1) A concentração para facilitar o tingimento: As cores claras são geralmente controladas em 0,1 ~ 1g / L, enquanto as cores escuras requerem 2 ~ 5 g / L e o preto requer mais de 10 g / L;

2) Temperatura da solução corante: Geralmente controlada em 50~70℃;

3) Valor de PH da solução corante: A faixa de PH é 5 ~ 6;

4) Tempo de tingimento: Geralmente entre 5~15min.

4. A influência das impurezas na solução corante no tingimento orgânico e seu controle.

(1) Efeito do sulfato de sódio: O sulfato de sódio retarda a taxa de tingimento, este efeito aumenta com o aumento dos grupos de enxofre nos íons corantes, especialmente em corantes complexos metálicos.

(2) Efeito do cloreto de sódio: A principal causa da corrosão (manchas brancas). A corrosão é suprimida pela corrente catódica.

(3) Efeito dos surfactantes: os surfactantes não iônicos não têm efeito no tingimento, mas os surfactantes catiônicos, como o MLW preto, retardarão o tingimento, portanto, os surfactantes iônicos não são adequados para serem adicionados ao desengordurante, pois alguns ânions não conduzem ao tingimento.

(4) Efeito dos íons trivalentes de alumínio: Uma pequena quantidade de Al3+ não tem efeito em muitas soluções corantes, a menos que atinja 500~1000ug/g, o que pode causar mudança de cor, como azul ficando vermelho, etc.

(5) Efeito de íons de metais pesados.

(6) Efeito dos ânions.

(7) Efeito da ação bacteriana no tingimento: As bactérias proliferam na solução corante, tornando-a mofada. Inicialmente, pequenas bolhas aparecem na superfície da solução corante. Quando a solução corante fica parada sem funcionar, algumas partículas coloridas insolúveis se acumulam ao redor das bolhas, causando tingimento anormal.

Se visível a olho nu, a substância mofada suspensa na superfície deve ser removida e um bactericida apropriado, como o diclorofenol G4, deve ser adicionado a 0,05~0,10g/L, dissolvido em solução de etanol e adicionado ao tanque.

Às vezes é necessário despejar a solução corante. Neste momento, use uma solução bactericida ou de ácido hipocloroso para limpar a parede do tanque e depois reconfigure.

(8) Efeito de impurezas insolúveis no tingimento: A solução corante às vezes carrega inevitavelmente manchas de óleo, contaminando a peça de trabalho e fazendo com que o tingimento floresça.

Neste momento, deve-se usar papel absorvente de óleo para absorvê-lo e removê-lo, ou adicionar uma pequena quantidade de surfactante não iônico para dispersar as gotículas de óleo para que não se acumulem na superfície da solução corante.

5. Liste os processos, etapas e parâmetros de tingimento inorgânico comumente usados ​​(pelo menos cinco cores).

6. Etapas

Geralmente operado em temperatura ambiente, geralmente em duas etapas: primeiro mergulhe na primeira solução por 5 a 10 minutos, depois enxágue e mergulhe na segunda solução por mais 5 a 10 minutos para obter a cor desejada.

Padrões comuns de processo de tingimento inorgânico.

Cores	Componentes da solução:	Concentração/(g/L)	Produção de Sais Coloridos
Azul	① (K4Fe(CN)6.3H2Ó)   ② (FeCl3) ou (Fe2(ENTÃO4)2)	30~50 40~50	Ferricianeto Ferroso (Azul da Prússia)
Preto	① (CoAc2) ② (KMnO4)	50~100 15~25	Óxido de cobalto
Amarelo	① (PbAc2.3H2Ó) ② (K2Cr2Ó7)	100~200 50~100	Cromato de Chumbo
Branco	① (PbAc2.3H2Ó) ② (Na2ENTÃO4)	10~50 10~50	Sulfato de Chumbo
Marrom	① (K3Fe(CN)6) ② (CuSO40,5H2Ó)	10~50 10~100	Ferrocianeto de Cobre
Ouro	(NH4Fe(C2Ó4)2)(Ph=4,8~5,3, 35~50oC, 2min)	10 (raso) 25 (profundo)

7. Problemas e soluções comuns em tingimento.

1) A cor não se aplica.

Solução:

a) Mude o pigmento

b) Ajuste o PH

c) Aumentar a espessura do filme

d) Tingir na hora

e) Escolha o pigmento certo.

2) Algumas áreas não adquirem cor ou a cor é clara.

Solução:

a) Reforçar as medidas de proteção

b) Aumentar a concentração de pigmento

c) Aumentar a espessura do filme

d) Prenda a peça de trabalho, ajuste a posição

e) Trocar solução corante

f) Melhorar a dissolução do pigmento.

3) A superfície parece branca e embaçada após o tingimento.

Solução:

a) Remover vapor de água

b) Ajustar a concentração da solução de desbotamento

c) Reduza o tempo de desvanecimento.

4) A cor floresce após o tingimento.

Solução:

a) Ajuste o PH e melhore a limpeza

b) Melhorar a dissolução do pigmento

c) Baixar a temperatura da solução corante.

5) Existem manchas após o tingimento.

Solução:

a) Enxágue a superfície da amostra com água

b) Filtrar a solução corante

c) Coloque a peça em um tanque de água após a oxidação

d) Reforçar a proteção.

6) A cor desbota facilmente após o tingimento.

Solução:

a) Aumentar o PH

b) Aumente a temperatura do banho de tingimento, estenda o tempo de tingimento, ajuste o PH do banho de selagem, estenda o tempo de selagem.

7) A superfície tingida pode ser facilmente removida.

Solução:

a) Reoxidar

b) Aumentar a temperatura da solução corante

c) Aumentar a temperatura de oxidação.

8) A cor fica muito escura após o tingimento.

Solução:

a) Diluir a solução corante

b) Baixar a temperatura

c) Encurtar o tempo.

X. Vedação de filme de óxido de alumínio anodizado

1. Selagem

Processo químico ou físico realizado no filme oxidado após a anodização do alumínio para reduzir sua porosidade e capacidade de adsorção.

Os princípios básicos de vedação incluem:

(1) reação de hidratação; (2) recheio inorgânico; (3) recheio orgânico.

2. Técnica de selagem térmica

A técnica de selagem térmica é realizada através da reação de hidratação do óxido de alumínio, transformando o óxido de alumínio amorfo em um óxido de alumínio hidratado conhecido como boemita, ou Al2O3•H2O(AlOOH).

A essência do mecanismo de selagem térmica é a reação de hidratação, muitas vezes referida como “selagem térmica de hidratação”.

3. O papel da reação de hidratação

Provoca uma expansão de volume de 30%, o aumento do volume preenche e sela os microporos do filme oxidado, aumentando assim a sua resistência antipoluição e à corrosão, ao mesmo tempo que diminui a condutividade (aumentando a impedância) e aumenta a constante dielétrica.

4. A influência das impurezas na água

1) A eficiência da vedação depende significativamente da qualidade da água e do controle do PH;

2) As impurezas comuns incluem SiO2 e H2SiO3; 3) Contramedidas: troca iônica.

5. Comparação dos parâmetros de vedação de água fervente e parâmetros de vedação a frio

1) A temperatura de vedação da água fervente: geralmente acima de 95 graus. A selagem a frio ocorre à temperatura ambiente.

2) O valor de PH da vedação com água fervente: a faixa ideal é 5,5 ~ 6,5. A faixa de vedação a frio também é de 5,5 a 6,5, com um controle industrial melhor em 6.

 

3) O tempo de selagem com água fervente: depende da espessura do filme, do tamanho dos poros e dos requisitos de teste de qualidade de selagem. Selagem a frio geralmente estipulada como 10~15 minutos.

XI. Fatores de inspeção e influência

1. Descreva resumidamente os métodos comumente usados ​​para testar a qualidade de filmes de óxido anódico e suas vantagens.

1) Aparência e diferença de cor:

Métodos de inspeção: Detecção visual e instrumental.

Prós e contras: A inspeção visual é simples, mas é facilmente afetada pela forma e tamanho da amostra e pela intensidade da luz. A detecção de instrumentos resolve as deficiências da inspeção visual e é adequada para medir a cor da luz refletida.

2) Espessura do filme de óxido:

Métodos de medição:

a) Método de medição microscópica da espessura da seção transversal: Espessura do filme maior que 5um, vertical.

b) Método de medição por microscópio de feixe espectral: Espessura do filme maior que 5um, índice de refração do filme de óxido 1,59 ~ 1,62.

c) Método de perda de massa: Espessura do filme inferior a 5um, método de dissolução, densidade superficial, densidade do filme de óxido (oxidação líquida de ácido sulfúrico) antes e depois da selagem são 2,6 e 2,4 g/cm³.

d) Método de correntes parasitas: Não adequado para filmes finos.

3) Qualidade de vedação:

a) Teste de impressão digital.

b) Qualidade das manchas tingidas após tratamento ácido, não adequadas para teores de Cu superiores a 2% e Si superiores a 4%.

c) Experiência com ácido fosfocrômico.

4) Resistência à corrosão:

a) Teste de corrosão por névoa salina.

b) Teste de corrosão em atmosfera úmida de SO2.

c) Teste de corrosão de Machu.

d) Teste de corrosão por calor úmido.

e) Teste de corrosão por queda de álcali.

5) Estabilidade química:

a) Teste de resistência a ácidos.

b) Teste de resistência alcalina.

c) Ensaio de resistência da argamassa.

6) Resistência às intempéries:

a) Teste de exposição natural.

b) Ensaio de intemperismo artificial acelerado.

7) Dureza:

a) Dureza de indentação.

b) Dureza do lápis.

c) Microdureza.

8) Resistência à abrasão:

a) Resistência à abrasão detectada por um testador de jato de areia.

b) Resistência à abrasão detectada por um testador de desgaste de roda.

c) Resistência à abrasão detectada por um testador de queda de areia.

9) Adesão:

a) Experimento de corte de grade.

b) Experimento instrumental: Método Scratch.

10) Propriedades mecânicas:

a) Resistência ao impacto.

b) Resistência à flexão.

c) Desempenho de fadiga.

d) Força de ligação.

e) Resistência à fratura por deformação.

f) Resistência à trinca térmica.

11) Isolamento elétrico: Método de tensão de ruptura.

12) Desempenho reflexivo.

13) Outros:

a) Desempenho de polimerização do revestimento.

b) Resistência à água fervente.

c) Usinabilidade.

2. Fatores que afetam a resistência à abrasão

Composição da liga, espessura do filme, condições de cura de revestimentos de alto polímero, condições de anodização e condições de vedação, etc.