Eloxieren von Aluminium: Einfluss von Parametern
Üblicherweise bedeutet Eloxieren von Aluminium das sogenannte Schwefelanodisieren. – durch die chemische Zusammensetzung der Anodenlösung (Elektrolyt).
Siehe andere Anodenelektrolyte Hier.
Schwefelanodisierung von Aluminium
Zu den Hauptparametern des Sulfatanodisierens von Aluminium und Aluminiumlegierungen gehören:
- die Konzentration von Schwefelsäure im Anodenelektrolyten;
- Anodenlösungstemperatur – Schwefelsäurelösung;
- Stromdichte, kommt durch den Elektrolyten an die Oberfläche des Aluminiumprofils.
Wie wirken sich diese Parameter auf:
- Erhöhung der Dicke der Eloxalschicht,
- Porengrößen,
- das Aussehen der eloxierten Oberfläche?
Wie beeinflusst die chemische Zusammensetzung von Aluminium und Aluminiumlegierungen die Eloxalqualität?
So funktioniert die Anodenbeschichtung
Sperrschicht
Jede anodische Oxidbeschichtung (im Folgenden als anodische Beschichtung bezeichnet) besteht aus zwei Schichten – relativ dicke poröse Schicht und dünne dichte Schicht, die Barriere genannt wird (Abbildung 1). Die Dicke dieser Sperrschicht hängt von der Elektrolytzusammensetzung und den technologischen Parametern ab.. Beim Eloxieren wird zuerst die Sperrschicht gebildet, und seine Dicke hängt direkt von der Größe der Anodisierungsspannung ab.
Feige. 1 – [1]
Poröse Schicht
Nachdem die Sperrschicht gebildet ist, an seiner Außenseite, wenn der Elektrolyt eine ausreichende Lösekraft hat, eine poröse Kristallstruktur beginnt sich zu bilden. Der Wachstumsmechanismus ist noch umstritten., aber, die Bildung erfolgt nach Ansicht der meisten Wissenschaftler durch folgende Kausalkette: lokale Auflösung der Barriereschicht – Stromerhöhung – Temperaturanstieg – steigende Auflösungsrate. Dieses Zusammenspiel von Einflüssen und führt zur Bildung von Poren.
Warum ein Sechseck?
Während ihres Wachstums werden die Anodenzellen, einschließlich der Poren selbst und des umgebenden Aluminiumoxids, bilden eine hexagonale Struktur, welcher, anscheinend, gewährleistet die Erfüllung eines Grundsatzes der minimalen Energie. Die hexagonale Form der Anodenzellen ist unabhängig von der Art des Elektrolyten. Dies zeigt deutlich, dass, dass diese Form rein energetischen Ursprungs ist.
Technologie zum Anodisieren von Aluminium
Standard-Eloxierung
Am gebräuchlichsten ist das schwefelhaltige Eloxieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Manchmal als Standard bezeichnet.
- Die Konzentration an Schwefelsäure im Elektrolyten reicht von 10 zu 20 % nach Volumen je nach Anforderungen an Beschichtungen.
- Die Stromdichte beträgt normalerweise von 1 zu 2 A / dm2 bei Spannung von 12 zu 20 Volt, Temperatur von 18 zu 25 ° С und Eloxaldauer bis zu 60 Protokoll.
Porenwachstumsrate
Auf den meisten Aluminiumlegierungen ergibt dieser Elektrolyt eine farblose transparente anodische Beschichtung.. Beim Sulfatanodisieren ist die Porenwachstumsrate bei konstanter Stromdichte konstant. Bei Stromdichte 1,3 A / dm2 diese Geschwindigkeit ist 0,4 μm / min. Da die Dicke der Sperrschicht konstant bleibt, dann heißt es, dass sich der Boden der Pore mit der gleichen Geschwindigkeit auflöst.
Abmessungen der Anodenzelle
Die Abmessungen der Anodenzellen hängen direkt von den Eloxalparametern ab (Abb 2). Mit steigender Spannung nehmen die Abmessungen der Anodenzelle zu., und die Anzahl der Poren nimmt entsprechend ab. Der Zusammenhang zwischen Zellgröße und Spannung ist annähernd linear., das heißt, desto mehr Stress, je größer die Zellengröße.
Feige. 2 – Typische Abmessungen der anodischen Zelle (Schwefelsäureanodisierung) [2]
Anodische Schichtdicke
Anodisches Beschichtungswachstum
Die Dicke der Eloxalschicht nimmt mit der Dauer des Eloxierens zu. Der Grad der Dickenzunahme hängt jedoch von mehreren Faktoren ab., wie die Art des Elektrolyten, Stromdichte, Bearbeitungszeit usw.. Anfänglich nimmt die tatsächliche Dicke schnell und konstant zu, und dann beginnt eine Abnahme der Dickenwachstumsrate, bis die Bühne kommt, bei der die Dicke annähernd konstant bleibt, trotz anhaltender Stromversorgung. Das liegt an der Tatsache, die beim Eloxieren als kontinuierliche Zunahme der Schichtdicke auftritt, und seine Auflösung unter dem Einfluss von Elektrolyt (Schwefelsäurelösung).
Faradaysches Gesetz
Die tatsächliche Schichtdicke errechnet sich aus der theoretischen Schichtdicke abzüglich der gelösten Schichtdicke des Aluminiumoxids (Abbildung 3). Die theoretische Dicke ist proportional zur Anodisierungszeit bei konstanter Stromdichte und wird durch das Faradaysche Gesetz bestimmt, Wer sagt, dass die Menge des gebildeten Oxids proportional zur elektrischen Ladung ist, das ging durch die Anode.
Feige. 3 – Schichtdickenänderungen beim Eloxieren [2]
Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Aluminiumlegierung
Verunreinigungen
Grundsätzlich ist reines Aluminium besser eloxiert., als seine Legierungen. Das Aussehen der Eloxalschicht und ihre Eigenschaften (Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw.) hängen sowohl von der Art der Aluminiumlegierung ab, und seine sozusagen metallurgische Biographie. Die Größe, auch die Form und Verteilung intermetallischer Partikel beeinflusst die Qualität der Anodisierung der Aluminiumlegierung. Die chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung ist bei einigen Produkten sehr wichtig., die eine brillante Eloxierung erfordern, wofür es notwendig ist, damit der Gehalt an unlöslichen Partikeln so gering wie möglich ist.
Anodische Beschichtung auf Aluminium Al 99,99 wird sauber und transparent sein, und mit einem Eisengehalt 0,08 % es ist nicht mehr so sauber und wird mit zunehmender Schichtdicke immer "trüber". Mit einem Gehalt an unlöslichen Partikeln ähnlich dem von Aluminium 1050 (Aluminium Grade AD0) wird die Beschichtung im Vergleich zum reineren Metall komplett "trüb". Die besten dekorativen und schützenden Beschichtungen werden aus allen Aluminiumlegierungen auf Legierungen der Serien 5xxx und 6xxx erzielt.. Einige Legierungen der Serie 7xxx ergeben auch saubere Beschichtungen mit guten funktionellen Eigenschaften.. Farbige Beschichtungen von Aluminiumlegierungen der 2xxx-Reihe sind in der Regel von schlechter Qualität..
Intermetallische Partikel
Das Verhalten intermetallischer Partikel beim Anodisieren hängt von der Art der Partikel und der Anodenlösung ab.
- Einige intermetallische Verbindungen oxidieren oder lösen sich schneller auf, als Aluminium (zum Beispiel, β-Al-Mg-Partikel), was zur Bildung einer porösen Struktur führt.
- Andere intermetallische Partikel, wie Siliziumpartikel, sind beim Eloxieren praktisch unlöslich und fallen daher in Form von Einschlüssen entlang der Dicke der Eloxalschicht aus.
- Verbindungen (FeAl3, α-Al-Fe-Si und t.d.), die sich teilweise auflösen, und teilweise abgedeckt bleiben, was sich negativ auf die Qualität der Beschichtung auswirkt, besonders bunt.
Einfluss der Eloxaltemperatur
Der Effekt einer Erhöhung der Elektrolyttemperatur ist proportional zu einer Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit der Anodenbeschichtung, was zu einem subtileren führt, porösere und weichere Beschichtung (Bild 4).
Feige. 4 – Auswirkung der Elektrolyttemperatur auf das Beschichtungsgewicht [2]
Um die sogenannten Harteloxalschichten zu erhalten, wird eine niedrige Temperatur (ab 0 zu 10 ° С) in Kombination mit hoher Stromdichte (ab 2 zu 3,6 A / dm2) und sehr aktives Rühren des Elektrolyten. Beim dekorativen und schützenden Eloxieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen ist eine Elektrolyttemperatur von 15 zu 25 ºS. Wenn die Temperatur über steigt, dann wird die maximal mögliche Dicke der Anodenschicht aufgrund des höheren Auflösungsvermögens des Elektrolyten auf niedrigere Werte reduziert.
Einfluss der Eloxalstromdichte
- Der aktuelle Dichtebereich der Standard-Aluminiumsulfat-Anodisierung reicht von 1 zu 2 A / dm2, in besonderen Fällen - 3 A / dm2.
- Bei einer Stromdichte unterhalb dieses Intervalls, es wird weich, poröse und dünne Beschichtung.
- Bei steigender Stromdichte bildet sich die Beschichtung schneller mit relativ geringerer Auflösung durch den Elektrolyten und dementsprechend mit einer härteren und weniger porösen Beschichtung..
- Bei sehr hoher Stromdichte neigt man zu sogenannten "Burns" – das Auftreten eines zu hohen Stroms in lokalen Bereichen mit deren Überhitzung (Abbildung 5).
- Wenn eine gute und klare Lichtreflexion von der Anodenbeschichtung erforderlich ist, dann gelten besondere Eloxalbedingungen mit einer geringen Stromdichte von ca 1 A / dm2.
Feige. 5 – Auswirkung der Stromdichte auf die Filmdicke [2]
Einfluss der Schwefelsäurekonzentration
Die Wirkung einer Erhöhung der Schwefelsäurekonzentration auf die Eigenschaften der anodischen Beschichtung von Aluminiumlegierungen ist ähnlich der Wirkung einer Temperaturerhöhung., obwohl der Einfluss der Temperatur stärker ist, als die Wirkung der Konzentration. Eine Erhöhung der Konzentration begrenzt die maximale Schichtdicke aufgrund des höheren Auflösungsvermögens der konzentrierteren Lösung (Abbildung 6).
Feige. 6 – Einfluss der Säurekonzentration auf das Gewicht der anodischen Beschichtung [2]
Quellen:
