اکسیداسیون آندی

معرفی

اکسیداسیون آندی یک فرآیند اکسیداسیون الکتروشیمیایی برای فلزات یا آلیاژها است که معمولاً شامل استفاده از یک فلز یا آلیاژ به عنوان آند در محلول الکترولیت برای تشکیل یک فیلم اکسید می‌شود و در نتیجه حالت سطح و خواص فلز را تغییر می‌دهد. این تکنیک در درجه اول برای عملیات سطحی آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم و آلیاژهای آنها، افزایش مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و زیبایی شناسی استفاده می شود. علاوه بر این، می توان از آن برای تهیه مواد الکترود، دستگاه های نیمه هادی و سلول های خورشیدی و غیره استفاده کرد.

طبقه بندی

اکسیداسیون آندی، یک روش معمول درمان سطح فلز، اغلب برای محافظت و تزئین آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیم استفاده می شود. بر اساس معیارهای طبقه بندی مختلف، اکسیداسیون آندی را می توان به چند دسته تقسیم کرد:

- بر اساس نوع جریان: اکسیداسیون آندی جریان مستقیم، اکسیداسیون آندی جریان متناوب، اکسیداسیون آندی جریان پالسی.

- توسط الکترولیت: اسید سولفوریک، اسید اگزالیک، اسید کرومیک، اسید مخلوط و رنگ طبیعی مبتنی بر اسید سولفونیک اکسیداسیون آندی.

- بر اساس ویژگی لایه فیلم: فیلم معمولی، فیلم سخت (فیلم ضخیم)، فیلم سرامیکی، لایه تزئینی روشن، عمل نیمه هادی و غیره. روی سطح آلومینیومی، در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد.

مکانیسم تشکیل فیلم اکسید

مکانیسم تشکیل فیلم اکسید عمدتاً شامل مراحل زیر است:

1. واکنش آندی: آلومینیم یا محصولات آلیاژی به عنوان آند در محلول الکترولیت استفاده می شود، جایی که الکترولیز یک لایه اکسیدی روی سطح تشکیل می دهد، با آند آزاد کننده اکسیژن (شامل اکسیژن مولکولی، اکسیژن اتمی و اکسیژن یونی)، که معمولاً به صورت نمایش داده می شود. O2. آلومینیومی که به عنوان آند عمل می کند توسط اکسیژن آزاد شده اکسید می شود و فیلم هیدراته تشکیل می دهد.

2. تشکیل و انحلال فیلم اکسید: تشکیل و انحلال فیلم اکسید به طور همزمان اتفاق می افتد. در مراحل اولیه، سرعت تشکیل فیلم بیشتر از سرعت انحلال است که منجر به ضخیم شدن مداوم فیلم می شود. با افزایش ضخامت، مقاومت افزایش می‌یابد و سرعت تشکیل فیلم را کاهش می‌دهد تا زمانی که با سرعت انحلال برابری کند، در این مرحله فیلم به ضخامت خاصی می‌رسد.

3. نقش الکترولیت: اسید (مانند اسید سولفوریک) در محلول الکترولیت برای حل کردن فیلم اکسید عمل می کند. واکنش های تشکیل و انحلال فیلم تا رسیدن به حالت متعادل به طور نامحدود ادامه می یابد.

4. سایر عوامل: ضخامت و کیفیت فیلم تحت تأثیر عواملی مانند چگالی جریان، ولتاژ، دما و زمان است. فرآیندهای مختلف می تواند منجر به تفاوت در ضخامت، ساختار و خواص فیلم اکسید شود. توجه به این نکته مهم است که فرآیند تشکیل فیلم اکسید یک فرآیند شیمیایی پیچیده است و تحقیقات در مورد مکانیسم های خاص آن ادامه دارد.

جریان فرآیند

1. چربی زدایی: چربی و کثیفی را از سطح پاک می کند و کیفیت فیلم اکسید را تضمین می کند.

2. حکاکی قلیایی: ناخالصی ها را بیشتر از سطح پاک می کند و آن را از نظر میکروسکوپی خشن می کند که چسبندگی لایه اکسیدی را افزایش می دهد.

3. پرداخت: کدر شدن سطح را از بین می برد و سطح زیرلایه را صاف تر می کند.

4. اکسیداسیون آندی: یک لایه اکسیدی بر روی بستر ایجاد می کند که محافظت و تزئین را فراهم می کند.

5. آب بندی: منافذ فیلم اکسید را مهر و موم می کند و مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد.

عوامل تاثیرگذار

عوامل زیر بر نتیجه اکسیداسیون آندی تأثیر می گذارد:

1. الکترولیت:

- نوع: الکترولیت های مختلف باعث خواص مختلف فیلم اکسید می شوند، مانند سختی بالاتر با الکترولیت اسید سولفوریک.

- غلظت: بر سرعت رشد و کیفیت فیلم اکسیدی تأثیر می گذارد.

2. ولتاژ:

- بزرگی: میزان رشد و ضخامت فیلم اکسید را تعیین می کند. ولتاژ بیش از حد یا خیلی کم ممکن است باعث ایجاد فیلم های غیر یکنواخت یا بی کیفیت شود.

3. زمان:

- مدت زمان: بر ضخامت فیلم اکسید تأثیر می گذارد. زمان طولانی‌تر می‌تواند منجر به لایه‌های ضخیم‌تر شود، اما زمان بیش از حد ممکن است عملکرد فیلم را کاهش دهد. این عوامل به هم مرتبط هستند و نیاز به کنترل دقیق برای دستیابی به اثرات اکسیداسیون آندی مورد نظر دارند.

رنگ فیلم اکسید آندی

رنگ فیلم اکسید آندی را می توان تحت تأثیر موارد زیر قرار داد:

1. رنگ طبیعی: تحت شرایط الکترولیت و فرآیند خاص، خود فیلم اکسید ممکن است رنگ خاصی را نشان دهد.

رنگ‌آمیزی الکترولیتی: محصول پس از اکسیداسیون آندی در الکترولیت حاوی نمک‌های فلزی برای الکترولیز قرار می‌گیرد و به یون‌های فلزی اجازه می‌دهد تا به ریز منافذ فیلم اکسید وارد شده و باعث تغییر رنگ آن شود.

رنگ آمیزی شیمیایی: رنگ های آلی یا معدنی برای رنگ آمیزی لایه اکسید استفاده می شود و رنگ خاصی به آن می دهد.

رنگ آمیزی تداخلی: این از اصل تداخل نور برای تولید رنگ در فیلم اکسید استفاده می کند.

معمولاً برای به دست آوردن رنگ های خاص از پیری طبیعی و رنگ آمیزی شیمیایی استفاده می شود.

ضخامت فیلم اکسید آندی

ضخامت اکسیدهای آندی به طور کلی به دسته های زیر تقسیم می شود:

1. لایه نازک اکسید: معمولا کمتر از 5 میکرومتر ضخامت دارد.

2. فیلم اکسیدی با ضخامت متوسط: بین 5 تا 25 میکرومتر ضخامت دارد.

3. فیلم اکسید ضخیم: بیش از 25 میکرومتر ضخامت دارد.

در کاربردهای عملی، ضخامت فیلم اکسید بر اساس نیازهای خاص و نیاز محصول انتخاب می شود.

برای به دست آوردن ضخامت های مختلف فیلم های اکسید آندی می توان از روش های زیر برای تنظیم استفاده کرد:

1. تنظیم زمان اکسیداسیون: افزایش زمان اکسیداسیون اجازه می دهد تا فیلم اکسید به تدریج ضخیم شود.

2. تغییر چگالی جریان: افزایش یا کاهش مناسب چگالی جریان بر سرعت رشد و ضخامت لایه اکسید تأثیر می گذارد.

3. کنترل دمای الکترولیت: تغییرات دما بر سرعت واکنش و در نتیجه ضخامت لایه اکسید تأثیر می گذارد.

4. فرمول الکترولیت را تغییر دهید: فرمول های مختلف الکترولیت می توانند به نرخ های رشد فیلم اکسید متفاوتی منجر شوند.

تست ضخامت فیلم اکسید آندی

روش های تست عبارتند از:

1. بازرسی بصری: رعایت رنگ، یکنواختی و عیوب بصری فیلم.

2. اندازه گیری ضخامت: استفاده از ضخامت سنج برای اندازه گیری ضخامت فیلم.

3. تست میکروسختی: تعیین سختی فیلم.

4. تست مقاومت در برابر خوردگی: ارزیابی مقاومت به خوردگی فیلم از طریق آزمایش های غوطه وری، آزمایش های اسپری نمک و غیره.

استانداردها:

1. GB/T 5237.2-2017 "پروفیل های ساختمانی آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم - قسمت 2: پروفایل های آنودایز شده": این استاندارد الزامات و روش های آزمایش را برای پروفایل های آنودایز شده تنظیم می کند.

2. ISO 520854 "Aluminium and Aluminum Alloys Anodic Oxide Film": استانداردهای بین المللی به عملکرد فیلم های اکسید آندی مربوط می شود.

چشم انداز آتی اکسیداسیون آندی

1. دامنه کاربرد گسترده: فناوری اکسیداسیون آندی به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها مانند هوافضا، خودرو، الکترونیک، ساخت و ساز و غیره استفاده می شود. با توسعه این صنایع، تقاضا برای محصولات اکسیداسیون آندی همچنان افزایش خواهد یافت.

2. مزایای عملکرد: فیلم های اکسید آندی دارای مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، و خواص تزئینی هستند و نیازهای عملکرد محصولات مختلف را برآورده می کنند.

3. پیشرفت فناوری: با نوآوری و بهبود مستمر فناوری، فرآیندهای اکسیداسیون آندی کارآمدتر و سازگار با محیط زیست می شوند و دامنه کاربرد آنها را بیشتر گسترش می دهند.

4. روند زیست محیطی سبز: فناوری های تصفیه سطح دوستدار محیط زیست به طور فزاینده ای ارزش گذاری می شوند و اکسیداسیون آندی به عنوان یک فرآیند سازگار با محیط زیست، نیازهای بازار را بهتر برآورده می کند.