Что такое покрытие из оксида алюминия?

Что такое покрытие из оксида алюминия?

1. Обзор обработки и применения покрытия из оксида алюминия

Покрытие из оксида алюминия — это тип обработки поверхности, при котором на поверхности алюминия искусственно образуется оксидная пленка.

Алюминий легко окисляется при взаимодействии с кислородом воздуха, и при контакте с воздухом на его поверхности образуется очень тонкая оксидная пленка.

Поскольку он защищен этой естественно образованной пленкой, говорят, что он обладает относительно высокой коррозионной стойкостью.

Кроме того, алюминий легкий и легко поддается обработке, и его используют во всех видах продукции вокруг нас, включая предметы первой необходимости.

Однако из-за высокой обрабатываемости поверхность легко царапается при изгибе и трении.

Оксидная пленка, которая естественным образом образуется на поверхности алюминия, очень тонкая, и в зависимости от рабочей среды она может подвергаться коррозии в результате химических реакций или повреждаться при изгибе или трении, как упоминалось выше, а коррозия может значительно прогрессировать от поврежденного участка.

Таким образом, покрытие оксидом алюминия выполняется для искусственного формирования оксидной пленки, которая защищает поверхность алюминия путем пропускания электрического тока через алюминий в электролитическом растворе для содействия окислению.

Ожидается, что образование этой оксидной пленки улучшит коррозионную стойкость, износостойкость, изоляцию и прочность.

Многие изделия обрабатываются покрытием оксидом алюминия, включая чайники, пояса и смартфоны для повседневного использования, а также оптические детали, автомобили, самолеты, полупроводники и медицинское оборудование для промышленного использования.

2. Принципы и типы покрытий оксидом алюминия

2-1. Принцип покрытий оксидом алюминия

При нанесении оксидного покрытия на алюминий оксидная пленка образуется путем электролиза алюминия в растворе серной кислоты на аноде.

В электролитический раствор помещаются анод и катод, и когда алюминиевое изделие помещается со стороны анода и запитывается от электрода, на поверхности алюминиевого изделия образуется оксидная пленка. Эта оксидная пленка представляет собой совокупность гексагональных призматических ячеек с порами внутри.

Покрытие оксидом алюминия выполняется на основе этого принципа, но характеристики различаются в зависимости от метода обработки, поэтому процесс покрытия оксидом алюминия должен быть адаптирован к применению.

2-2. Типы покрытий оксидом алюминия

Общее покрытие оксидом алюминия

Это широко используемая обработка покрытия оксидом алюминия, которая может применяться как к небольшим деталям со сложной структурой, так и к крупным изделиям. Этот метод используется для повышения коррозионной стойкости и твердости.

Твердое покрытие оксидом алюминия

Этот метод обработки используется для достижения еще более высокой твердости, чем покрытие из обычного оксида алюминия, и выполняется с течением времени в электролите при низкой температуре. Толщина оксидной пленки в несколько раз больше, чем у покрытия из обычного оксида алюминия, и используется для автомобильных двигателей и самолетов, где требуется высокая прочность.

Покрытие из оксида алюминия Luster

Перед покрытием оксидом алюминия поверхность химически полируется до блеска. Этот процесс используется для декоративных и отражающих материалов из-за его красивого внешнего вида.

Цветное покрытие оксидом алюминия

Сразу после формирования оксидной пленки поверхность погружают в раствор красителя для ее окраски. Окрашивание можно контролировать концентрацией красителя, временем погружения и толщиной оксидной пленки. Его используют для бутылок с водой и т. д., где требуются легкость и дизайн.

3. Толщина анодированной алюминиевой пленки и факторы, вызывающие изменение толщины пленки

3-1. Толщина анодированной пленки

Толщина анодной оксидной пленки, образованной обычным покрытием из оксида алюминия, наиболее распространенным типом покрытия из оксида алюминия, обычно находится в диапазоне от 5 до 25 микрон и устанавливается с учетом условий использования.

Толщина анодированной пленки из оксида алюминия, образованной твердым покрытием из оксида алюминия, устанавливается в диапазоне от 20 до 70 микрон.

Твердое покрытие из оксида алюминия часто наносится на детали, требующие скользящих свойств, такие как детали автомобильных двигателей, и устанавливается большая толщина пленки по сравнению с обычным покрытием из оксида алюминия для демонстрации износостойкости.

3-2. Факторы, вызывающие изменение толщины пленки

Несмотря на описанный выше процесс нанесения покрытия из оксида алюминия, происходят изменения толщины анодированной оксидной пленки, одним из факторов является распределение электрического тока, а другим — распределение температуры.

3-2-1. Изменение из-за распределения тока

Поскольку покрытие оксидом алюминия выполняется с использованием электрохимической реакции, неравномерное распределение электричества приводит к изменению толщины анодной оксидной пленки.

В зависимости от расстояния между анодом и катодом, где удерживается алюминиевое изделие, могут возникать изменения толщины пленки между несколькими алюминиевыми изделиями. Кроме того, когда одновременно анодируется несколько алюминиевых изделий, распределение тока различается в зависимости от положения изделий, что приводит к изменению толщины пленки.

Когда одновременно анодируется несколько алюминиевых изделий, фиктивный алюминий подвешивается рядом с алюминиевыми изделиями в положениях и условиях, где толщина пленки имеет тенденцию увеличиваться для высвобождения тока.

3-2-2. Изменения, вызванные распределением температуры

Покрытие оксидом алюминия выполняется в электролитическом растворе, и распределение температуры электролитического раствора вызывает изменения толщины анодированной пленки оксида алюминия.

Во время нанесения покрытия из оксида алюминия температура в электролитной ванне поддерживается равномерной, поскольку ванна перемешивается. Когда температура поддерживается равномерной, электролит может свободно течь, и распределение температуры электролита становится равномерным.

Однако в области диффузионного слоя вблизи алюминиевого изделия электролиту сравнительно трудно перемещаться, и распределение температуры становится неравномерным. Это приводит к изменению толщины анодированной пленки оксида алюминия. Для решения этой проблемы используются методы, способствующие потоку электролита, такие как использование инжекторных форсунок.

4. Недостатки покрытий из оксида алюминия

Анодированная пленка оксида алюминия, образованная на поверхности алюминия путем анодирования, имеет тот недостаток, что она негибкая и хрупкая, что приводит к растрескиванию или отслаиванию анодированной пленки оксида алюминия при изгибе или обработке анодированной детали.

Кроме того, существует слабость в термостойкости, и есть опасение, что обычная анодированная пленка оксида алюминия может растрескаться или отслоиться из-за теплового расширения в условиях высоких температур, превышающих 100 ºC.

Покрытие из оксида алюминия улучшает коррозионную стойкость и твердость, но оно слабо в растворах сильных кислот и оснований, и также существует проблема растворения в таких растворителях.

Кроме того, влажный контакт с металлами увеличивает риск коррозии. Поэтому необходимо разработать метод обработки в соответствии с предполагаемым использованием.