Proces eloxování – Electroliz LLC

Dříve měly standardní procesy využívající kyselinu sírovou různé názvy (například „Aluminit“ a „Eloxal GS“. V současnosti se tyto názvy používají méně často. Níže uvedený text platí obecně pro všechny metody. Obecný vztah mezi režimem eloxování a tvorbou povlaku může sledovat podle údajů v tabulce 12.

Koncentrace kyseliny

V průmyslové výrobě se používají kyseliny, jejichž koncentrace je 8-35 % (hmotnostních). Rozpouštění hliníku se zvyšuje se zvyšující se koncentrací.

Filmy získané v koncentrovaných roztocích jsou poréznější, měkčí a elastické ve srovnání s filmy získanými v mírně kyselých roztocích. Elektrolyt, jehož koncentrace kyseliny je 15 % (hmotn.), je považován za univerzální. Může dojít k nepřesnosti, protože koncentrace může být vyjádřena jako podíl objemu, hmotnosti nebo hustoty. Převodní tabulka pro nejčastěji používané jednotky je uvedena v příloze 1.

Pro kyselinu o dané koncentraci se hustota mění se stárnutím roztoku. K tomu dochází v důsledku zvýšení obsahu hliníku. Napětí potřebné k získání dané proudové hustoty se také zvyšuje. Roztok se připraví přidáním kyseliny do vody; K získání vysoce kvalitních nátěrů se používá voda, jejíž čistota odpovídá stanoveným požadavkům.

teplota

U konvenčních anodizačních procesů se teplota lázně pohybuje od 18 do 25 °C; Pro většinu procesů se za přijatelnou teplotu považuje 20 °C. Povlaky vyrobené ve studených elektrolytech se vyznačují zvýšenou tvrdostí a méně výraznou absorpční kapacitou ve srovnání s povlaky získanými v teplých elektrolytech. Proces tvrdé anodizace pomocí chlazených elektrolytů je diskutován níže.

Teplota musí být pečlivě kontrolována, protože proudová hustota a rychlost rozpouštění filmu roztokem jsou přímo závislé na teplotě. Tyto faktory zase ovlivňují vlastnosti povlaku a zejména jeho „blednutí“, které se po eloxování může dostavovat neomezeně dlouho. Vysoké teploty způsobují tvorbu práškových filmů. Automatická regulace teploty (například pomocí termostatu) v rozmezí + 1 °C zajišťuje reprodukovatelné výsledky.

Pro odstranění tepla vznikajícího během procesu eloxování musí být míchání velmi účinné. Lokální přehřátí zvyšuje hustotu proudu (nebo snižuje napětí, pokud je hustota proudu konstantní), což má za následek nerovnoměrné filmy nekontrolovatelné kvality. Vytvoření kvalitního povlaku je zajištěno efektivním mícháním, které zabraňuje zvýšení povrchové teploty dílu (měřeno teploměrem) o > 0,5 °C oproti teplotě v objemu elektrolytu.

Problém míchání nelze přeceňovat. Při nevyhovujícím promíchání mohou výsledné nátěry projít kontrolními zkouškami, ale během provozu v atmosférických podmínkách se zničí za vzniku křídování na povrchu.

Typický vztah mezi napětím, hustotou proudu, teplotou a mícháním je znázorněn na Obr. 7. Míchací proces je zpravidla zajišťován probubláváním vzduchu, kdy je vzduch přiváděn z potrubí stlačeného vzduchu s otvory umístěnými na dně vany (tlak vzduchu je 35 – 105 kPa), pomocí oběžného kola poháněného elektromotorem nebo pomocí oběhu elektrolytu.

Při použití probublávání vzduchu, aby se zabránilo znečištění anodizační lázně, musí být vzduch přiváděný z kompresoru bez olejů. Dno eloxovací lázně je vybaveno parními spirálami, které zajišťují její ohřev v chladném počasí.

Požadavky na elektřinu

Obvykle se používá stejnosměrný proud z usměrňovače; Napájecí zdroj musí zajistit eloxaci maximální povrchové plochy při napětí 16 V a proudové hustotě > 1,5 A/dm^2. Tento režim splní všechny požadavky. Snížení potřebného množství elektřiny bude mít negativní dopad na množství eloxovaného povrchu. Pro výrobu silných anodických oxidových povlaků odolných vůči povětrnostním vlivům, které se typicky vyrábějí při konečném napětí 18 V (hliník a mnoho slitin) nebo 22 V (hliník-křemíkové slitiny), bude zapotřebí 24 V DC napájecí zdroj.

V některých instalacích se někdy používá střídavý proud k eloxování souvislého pásu nebo drátu.

Při napájení stejnosměrným proudem se jako katoda obvykle používá olovo nebo hliník.

Jedním z kontrolovaných faktorů v procesu eloxování je zajištění konstantního napětí. Jak anodizace postupuje, elektrický odpor filmu se zvyšuje a proudová hustota mírně klesá. V běžných procesech by měla být proudová hustota 1-1,5 A/dm^2, nelze však vyloučit možnost jejího snížení na 0,5 nebo zvýšení na 3,5 A/dm^2. Nižší proudová hustota je navržena pro výrobu tenkých, transparentních povlaků, které jsou lepší v průhlednosti než povlaky podobné tloušťky získané při vyšších proudových hustotách. Vyšší proudové hustoty se používají v kontinuálních eloxovacích zařízeních. Vysoká proudová hustota vyvažuje vysokou rychlost rozpouštění v silných elektrolytech.

Napětí potřebné k zajištění stanovené proudové hustoty závisí na typu slitiny a provozním režimu lázně, obvykle se však pohybuje v rozmezí 10 až 25 V. Vyšší napětí jsou navržena pro nižší koncentrace kyselin a teploty.

Aby byla zajištěna stejná proudová hustota v podobném režimu, budou slitiny hliníku obsahující zinek a slitiny hliníku obsahující zinek a měď (s hořčíkem nebo bez něj) vyžadovat nižší napětí ve srovnání s čistým hliníkem a pro slitiny hliníku obsahující křemík, měď a hořčík – vyšší. Skupiny slitin, které vyžadují různá namáhání při zpracování, nelze eloxovat současně. Ignorování tohoto pravidla má za následek povlaky neuspokojivé kvality.

Provozní napětí závisí také na obsahu hliníku v elektrolytu. Je zcela oprávněné provést zkušební předběžnou anodizaci slitiny, která musí být zpracována při proudové hustotě 1,5 A/dm^2. Povrch zkušební náplně, přidaný k povrchu přívěsků ponořených do roztoku, je třeba pečlivě vypočítat. Přednostně je vsázka sestavována z polotovarů jednoduchého tvaru, jako je pásek 75 X 6 mm (v případě lisovaných polotovarů) a tenké plechy 1 X 1 m, protože všechny plochy jejich povrchy jsou snadno přístupné pro eloxování. Celková náplň musí být > 30 % celkové náplně lázně. Měřená vsázka se vloží do anodizační lázně a zapne se proud. Napětí se zvyšuje, dokud není dosaženo vypočteného celkového proudu vyjádřeného v ampérech. Po 5 minutách je napětí zaznamenáno a přijato ke zpracování konkrétní slitiny po celou pracovní směnu. Tato „kalibrace“ se provádí na začátku každé pracovní směny po provedení jakýchkoli chemických úprav. Různé slitiny vyžadují samostatné testování. V případě více anodizačních lázní se kontroluje každá lázeň samostatně. Zkušební náplň lze znovu použít, dokud se ztráta kovové plochy nestane významnou.

Doba zpracování

Délka anodizace závisí na požadované tloušťce filmu typu slitiny a použité proudové hustotě. Při eloxování čistého hliníku na první přiblížení.

Tloušťka, um = (Hustota proudu, A/dm? X X Trvání, min): 3, tzn. při proudové hustotě 1,5 A/dm? tloušťka povlaku se zvýší o 1 mikronu za 0,5 minutu.

Takovýto přibližný výpočet nevylučuje možnost měření tloušťky povlaku pomocí fyzikálních metod, o kterých bude pojednáno v kapitole. 13. V závislosti na režimu zpracování a typu slitiny je možná široká škála změn.

Poměr pokrytí je definován jako hmotnost vytvořeného anodického povlaku dělená hmotností ztraceného kovu.

Rýže. 8. Vliv teploty elektrolytu na poměr hmotnosti kovového povlaku Me a dobu trvání anodizace T a (15% kyselina sírová; 2,1 A/dm^2) [2]

Rýže. 9. Vliv koncentrace kyseliny sírové na hmotnostní poměr povlaku mc. ztráty kovu Am Me a doba anodizace T a (30 °C; 1,7 A/dm^2) [2]

Nízký koeficient pokrytí indikuje významnou spotřebu elektrického proudu a tvorbu rozpustných produktů. Tento koeficient klesá s rostoucí teplotou nebo koncentrací kyseliny (obr. 8, 9). Při zpracování většiny hliníkových slitin bude jeho hodnota nižší než při zpracování čistého kovu. Tloušťka filmu na hliníkových slitinách obsahujících měď, a tedy i koeficient pokrytí, může být více než poloviční než u čistého hliníku.

Pracovní proces

Organizace práce v kovovýrobách vychází z výrobní legislativy. Pracovníci jsou povinni nosit ochranný oděv v souladu s pracovními podmínkami. Po kontrole připravenosti lázně a dosažení určité teploty se do ní eloxované díly ponoří na závěsech nebo upínacích zařízeních, ke kterým se přišroubují nebo ještě lépe upnou. Aby nedošlo k neuspokojivému elektrickému kontaktu, musí být všechny kontakty dobře namontovány. V opačném případě nebudou nátěry splňovat požadavky a může dojít k místnímu vyhoření.

Každá část musí být pevně fixována a během míchání roztoku se nesmí dotýkat jiné části. Části musí být umístěny > 15 cm od katody. Velké díly vyžadují více místa. Velký list by tedy měl být ve stejné vzdálenosti od katod, když jsou umístěny na obou stranách. Tím je zajištěna rovnoměrná tloušťka povlaku. Kalibrované hliníkové tyče jsou široce používány jako pomocná katoda. Obvykle je plocha katody stejná jako plocha anody, ale při rovnoměrném rozložení bude také přijatelná menší plocha katody.

Celková plocha průřezu katod musí být dostatečná pro přenos maximálního proudu.

Po dokončení všech připojení začne míchání roztoku a zapne se proud. Nejlepších výsledků nedosáhnete, pokud se před zapnutím proudu odstraní mořicí kal z dílů přímo v eloxovací lázni. Tato praxe snižuje kvalitu produktu, kontaminuje roztok a vede k nutnosti častější výměny. Výrobek by neměl být vkládán do lázně při plném napětí, protože to může vést k náhlému zvýšení proudu.

Pro získání povlaků s maximální odrazivostí je regulované proudové hustoty dosaženo postupně během 30 s a elektrický režim se stabilizuje přibližně po 2 minutách. Napětí by se nemělo zvýšit nad požadovanou úroveň a poté klesnout, protože v tomto případě vliv bariérové ​​vrstvy zabrání plnému průchodu proudu. Na konci procesu eloxování se vypne proud, díly se okamžitě vyjmou z lázně a omyjí se v tekoucí vodě (ve výrobní praxi je někdy možné průběžné nakládání a vykládání lázně, ale za předpokladu, že nadměrné rázy proudu se vyhýbají).

Eloxovací roztok má výrazně účinnější disipativní výkon než pokovovací elektrolyty. Při dobré cirkulaci roztoku, dokonce i uvnitř trubice 30 cm dlouhé a 0,5 cm v průměru, je možné získat povlak o tloušťce, která je alespoň poloviční než tloušťka povlaku získaného na jeho vnější straně.

Úpravy eloxovacích roztoků

Směsné zředěné elektrolyty s obsahem kyseliny sírové a šťavelové zvyšují účinnost tvorby oxidové vrstvy a její tvrdost. Dobrých výsledků se dosahuje použitím elektrolytu obsahujícího 120 g/l kyseliny sírové a 50 g/l kyseliny šťavelové. Povlak získaný v takovém roztoku při teplotě 30 °C lze kvalitou porovnat s povlakem získaným v elektrolytu s 15% kyselinou sírovou při teplotě 21 °C.

Směsný roztok pracuje při teplotě přibližně 10 °C nad teplotou elektrolytu s kyselinou sírovou ekvivalentní koncentrace bez ztráty odolnosti proti opotřebení, což je velmi důležité při řešení problému chlazení, zejména v tropických podmínkách. Za 1 A • h se spotřebuje 0,2 g kyseliny šťavelové.

Ovládání provozního režimu vany

Předchozí kapitoly poukazovaly na potřebu zavést přísnou kontrolu nad provozním režimem lázně, aby byly zajištěny reprodukovatelné výsledky. Kontrola zahrnuje kontrolu teploty (+ 1 °C), proudové hustoty (* 0,15 A/dm^2) a koncentrace kyseliny (‡ 0,2 %). Měli byste také ovládat načasování všech operací: proud se zapne okamžitě po ponoření dílů do lázně a vypne se před jejich vyložením. Kontinuita prací je zajištěna nakládáním a vykládáním dílů ve stanovených časových intervalech.

Je důležité udržovat koncentraci hliníku na konstantní nízké úrovni. Pro 15% kyselinu sírovou by tedy výhodné limity byly 5 a 20 g/l; vysoká koncentrace kyseliny může snížit povolený obsah rozpuštěného hliníku v lázni.

Dodatek 2 pojednává o metodě analýzy rozpuštěného hliníku. Obsah chloridů musí být výrazně pod maximální hodnotou 0,02 g/l (jako NaCI) uvedenou v DEF151 a obsah fluoridů musí být ≤ 0.001 g/l (jako F).

Kontaminace kyselinou fosforečnou v důsledku nesprávného opláchnutí postchemického leštění má za následek povlaky, které nelze řádně utěsnit.

Za limitní hodnotu, kterou nelze překročit, se považuje 5 mg/l (jako H3PO4).

Vlivem odpařování hladina lázně neustále klesá. V tomto ohledu je pro její doplnění nutná demineralizovaná voda. U trvale používaných koupelí byste měli používat semikontinuální regenerační metodu, která umožňuje každý den vyměnit určitou část roztoku. Nyní je k dispozici zařízení pro kontinuální odstraňování rozpuštěného hliníku.