Процесс уплотнения при анодировании

Значение анодированного алюминия

Анодированный алюминий означает образование оксидной пленки на поверхности алюминия в процессе анодирования. Эта оксидная пленка не только повышает коррозионную стойкость алюминия, но также улучшает его износостойкость и позволяет проводить дальнейшую обработку поверхности, например, окрашивание.

Нужно ли уплотнять анодированный алюминий?

Оксидная пленка, образующаяся в процессе анодирования алюминия, является пористой, с пористостью от 5% до 30%.

Неуплотненный анодированный алюминий означает, что поры в оксидной пленке не были загерметизированы. Хотя эти поры полезны для некоторых применений, например, позволяя красителям проникать внутрь для окрашивания, они также создают ряд проблем.

• Снижение коррозионной стойкости: Из-за наличия пор влага и загрязнения могут проникать на поверхность алюминия, вызывая коррозию.
• Плохая износостойкость: Загрязнения в порах ускоряют процесс износа и снижают износостойкость алюминия.
• Ухудшение внешнего вида: Поры могут накапливать грязь и красители, вызывая потемнение или обесцвечивание поверхности, что портит внешний вид.
• Химическая адсорбция: Поры могут поглощать химические вещества из окружающей среды, что может повлиять на характеристики алюминия.
• Снижение механических свойств: Наличие пор снижает прочность и жесткость оксидной пленки, ухудшая ее механические свойства.

Поэтому неуплотненный анодированный алюминий требует дополнительных мер защиты для обеспечения его долгосрочной стабильности и эстетики.

Чтобы избежать неопределенности, связанной с неуплотненным анодированным алюминием, процесс уплотнения (герметизации) особенно важен, так как он может значительно улучшить характеристики слоя пленки.

Обзор методов уплотнения

Уплотнение в горячей воде: Благодаря обработке водой при высокой температуре оксидная пленка вступает в реакцию с водой, образуя гидратированный оксид алюминия (бёмит), и ее объем увеличивается, закрывая поры.

Уплотнение паром: В процессе обработки паром оксидная пленка реагирует с паром, образуя гидратированный оксид алюминия (бёмит).

Уплотнение солями металлов: Используется раствор неорганических солей для уплотнения при нагревании, заполняя поры за счет продуктов гидратации и гидролиза солей.

Уплотнение органическими покрытиями: Использует органические покрытия, такие как прозрачный лак, смола и т. д., для герметизации, обеспечивая хорошую износостойкость, коррозионную стойкость и декоративные свойства.

Далее мы подробно рассмотрим каждый метод.

Уплотнение в горячей воде (HWS)

Уплотнение в горячей воде — это метод закрытия пор путем реакции анодированного алюминия с горячей водой для превращения оксида алюминия в гидратированный оксид алюминия (бёмит).

Основной принцип уплотнения в горячей воде заключается в контакте оксидной пленки с водой при высокой температуре для образования гидратированного оксида алюминия (бёмита), который увеличивается в объеме и герметизирует поры.

Формула реакции выглядит следующим образом:

Al₂O₃ + nH₂O → Al₂O₃·nH₂O

где n может быть 1 или 3. При n=1 объем образующегося моногидрата оксида алюминия (бёмита) увеличивается примерно на 33%; при n=3 объем тригидрата оксида алюминия (бёмита) увеличивается почти на 100%. Это значительное увеличение объема эффективно закрывает поры мембраны.

Детали реализации:

• Среда: горячая вода
• Температура: уплотнение в горячей воде требует температуры выше 95°C
• Время: уплотнение в горячей воде в течение 20-40 минут
• Требования к качеству воды: используйте деионизированную или дистиллированную воду, чтобы избежать влияния примесей на характеристики мембранного слоя.
• Особенности: оборудование для уплотнения в горячей воде простое, легкое в эксплуатации и недорогое;

Уплотнение паром

Принцип уплотнения паром аналогичен уплотнению в горячей воде. Это метод герметизации пор путем реакции листа анодированного алюминия с паром для преобразования анодированного алюминия в гидратированный оксид алюминия (бёмит).

• Среда: пар
• Температура: Температура уплотнения паром составляет около 100-115°C.
• Время: уплотнение паром в течение 20-30 минут
• Особенности: Уплотнение паром имеет лучшее качество, и окрашенная пленка не склонна к выцветанию, но оборудование для уплотнения паром сложное, а стоимость высока.

Уплотнение солями металлов (MSS)

Уплотнение солями металлов (MSS) достигает эффекта герметизации путем погружения анодированного алюминия в нагретый раствор соли металла и заполнения пор продуктами гидратации и гидролиза солей. Обычно используемые соли металлов включают бихроматы, молибдаты, силикаты и т. д.

Уплотнение бихроматом

Уплотнение бихроматом — это процесс герметизации пор на поверхности анодированного алюминия путем обработки раствором бихромата.

• Принцип: Оксид алюминия реагирует с бихроматом с образованием гидратированного оксида алюминия (бёмита) и хромата алюминия, которые закрывают поры.
• Формула реакции: 2Al₂O₃ + 3K₂Cr₂O₇ + 5H₂O → 2Al(OH)₃CrO₄ + 2Al(OH)₃Cr₂O₇ + 6KOH
• Особенности: Повышает коррозионную стойкость, но придает пленке светло-желтый цвет, что не подходит для изделий с высокими декоративными требованиями.

Уплотнение гидролизующимися солями

Уплотнение гидролизующимися солями — это технология герметизации анодированного алюминия, особенно для анодированных пленок после окрашивания.

При нагревании в нейтральном растворе гидролизуемая соль металла (например, сульфат никеля или ацетат никеля) используется для образования осадка гидроксида в порах оксидной пленки, тем самым эффективно заполняя и герметизируя поры.

• Принцип: Используйте почти нейтральный раствор соли, такой как сульфат никеля, для гидролиза в порах мембраны с образованием гидроксида никеля и других осадков для заполнения пор.
• Формула реакции: NiSO₄ + 2H₂O → Ni(OH)₂·H₂O + H₂SO₄
• Особенности: Не влияет на цвет слоя пленки, подходит для декоративных пленок и может повысить стабильность красителей.

Процесс холодного уплотнения

Холодное уплотнение при анодировании — это метод обработки, выполняемый при комнатной температуре. В частности, он заключается в помещении анодированной пленки в деионизированную воду, содержащую уплотняющий агент.

Технология холодного уплотнения в основном достигает герметизации за счет осаждения материалов-наполнителей в микропорах оксидной пленки, а не полагаясь на объемное расширение бёмита, образующегося в результате реакции гидратации.

Этот метод обычно проводится при комнатной температуре 20-25℃. По сравнению с традиционным уплотнением в кипящей воде, холодное уплотнение позволяет сэкономить энергию и время.

• Принцип: При комнатной температуре или немного выше комнатной температуры используется уплотняющий раствор, содержащий соли металлов, такие как никель и кобальт, для получения гидроксидов посредством гидратации и гидролиза ионов металлов для герметизации пор.
• Особенности: Безопасная рабочая среда, низкое энергопотребление, низкое загрязнение окружающей среды, подходит для различных изделий из алюминия и алюминиевых сплавов.

Уплотнение органическими покрытиями

Герметизация органическим покрытием обеспечивает герметизирующий и декоративный эффект путем нанесения органических покрытий, таких как прозрачный лак, смола и т. д., на поверхность алюминия и алюминиевых сплавов для образования плотной пленки краски.

Детали реализации:

• Метод: Электростатическое распыление, порошковое покрытие или электрофоретическая окраска.
• Преимущества: Хорошее качество пленки, широкий спектр цветов, высокая твердость, отличная износостойкость и коррозионная стойкость, а также высокая яркость.

Примеры применения

Возьмем Worthwill в качестве примера. Технологический процесс анодирования в серной кислоте, электролитического окрашивания переменным током солями олова и уплотнения при комнатной температуре выглядит следующим образом:

1. Предварительная обработка: обезжиривание, щелочное травление и полировка.
2. Анодирование: проводится в растворе серной кислоты, температура 25-35°C, плотность тока 1.0-1.5 А/дм², время 40-50 минут.
3. Электролитическое окрашивание: проводится в растворе, содержащем сульфат олова, серную кислоту и стабилизатор, напряжение 12 В, частота 50 Гц, время 2-3 минуты.
4. Уплотнение при комнатной температуре: используйте уплотняющую жидкость с ацетатом никеля, фторидом натрия и другими ингредиентами, температура 25-55°C, время 10-15 минут.
5. Тестирование производительности: Хорошая коррозионная стойкость и стабильность цвета продукта подтверждаются испытанием на погружение в соляную кислоту и гидроксид натрия, а также испытанием в нейтральном солевом тумане.