Pękanie i łuszczenie się warstwy tlenku anodowego ze stopu aluminium

Pękanie i łuszczenie się anodowej warstwy tlenku ze stopu aluminium może być spowodowane różnymi przyczynami niekompletnej warstwy tlenku. Wyjaśnienie przyczyn każdego zdarzenia może lepiej znaleźć sposoby na jego złagodzenie i całkowite rozwiązanie.
1, Występowanie i zapobieganie pęknięciom
1. Różnica we współczynniku rozszerzalności liniowej między aluminium a warstwą tlenku anodowego
Różnica współczynnika rozszerzalności liniowej między anodową warstwą tlenku aluminium a aluminiowym podłożem jest około 5 razy po podgrzaniu. Kiedy aluminium ulega rozszerzalności cieplnej, anodowa warstwa tlenku narośnięta in situ na aluminium podlega silnemu naprężeniu rozciągającemu, które jest następnie rozrywane przez spęczniałe aluminium. Im twardsza lub grubsza anodowa warstwa tlenku, tym większe ryzyko pękania termicznego. Zgodnie z praktyką zwykłą folię anodowaną kwasem siarkowym można nakładać przy 8 μ Gdy temperatura jest niższa niż m, może wytrzymać pieczenie w wysokiej temperaturze maksymalnie 250 stopni bez pękania po uszczelnieniu niklem w średnich i wysokich temperaturach. Gdy grubość przekracza 8 μ At m, w zasadzie nie można uniknąć pęknięć podczas pieczenia. Jednocześnie w eksperymencie stwierdzono również, że im lepszy efekt uszczelnienia, tym większe prawdopodobieństwo pękania.
Rozwiązanie: Zwiększ współczynnik rozszerzalności liniowej anodowej warstwy tlenku.
① Poprawa rozkładu drugiej fazy w stopie może zapobiegać rozszerzaniu się i przemieszczaniu pęknięć na granicy między anodową warstwą tlenku a drugą fazą, zmniejszając w ten sposób występowanie pęknięć.
② Poprzez nadanie powierzchni aluminiowej pewnej chropowatości, w anodowej warstwie tlenku indukowane są lokalne drobne pęknięcia, uwalniające naprężenia i ograniczające występowanie większych pęknięć.
③ Tworzenie anodowej warstwy tlenkowej o wysokiej porowatości można osiągnąć poprzez utlenianie prądem przemiennym, obróbkę anodowania aluminium roztworem anodowego utleniania o wysokiej rozpuszczalności lub przez dodanie pewnych chemikaliów do zbiornika utleniającego w celu poprawy właściwości porów anodowej warstwy tlenkowej (zwykle powodując zwiększenie porów filmu i zmniejszenie twardości filmu tlenkowego), zmniejszając w ten sposób występowanie pęknięć.
④ Anodowa warstwa tlenkowa o promieniowej mikroporowatej strukturze jest stosunkowo miękka i ma znaczny wzrost współczynnika rozszerzalności liniowej po anodowaniu kwasem chromowym, co może w pewnym stopniu uniknąć pękania warstwy tlenkowej.
2. Naprężenia wewnętrzne generowane przez warstewkę tlenku podczas procesu utleniania anodowego
Zwykle podczas procesu wzrostu anodowej warstwy tlenkowej, ze względu na wzrost objętości, cała wewnętrzna strona warstwy tlenkowej jest poddawana naprężeniom ściskającym i ma tendencję do zapobiegania pękaniu warstwy tlenkowej. Jednak wraz ze wzrostem grubości warstwy tlenku i wzrostem gęstości prądu naprężenia wewnętrzne przesuwają się w kierunku naprężeń rozciągających. W niektórych przypadkach anodowanie na twardo wykorzystuje tę cechę do celowego generowania stosunkowo jednolitych i szerokich pęknięć podczas utleniania. Pęknięcia te mogą wchłonąć więcej smaru w późniejszym środowisku użytkowania, zmniejszając w ten sposób zużycie warstwy tlenkowej.
Rozwiązanie: Kontroluj wewnętrzne naprężenia anodowanej folii. Kiedy w anodowej warstwie tlenku występuje szczątkowe naprężenie ściskające, trudno jest pęknąć. Dlatego zmniejszenie gęstości prądu, zwiększenie temperatury utleniania i skrócenie czasu utleniania są korzystne dla zapobiegania pękaniu warstwy tlenku.
3. Wzrost anodowej warstwy tlenku na wystających częściach
Podczas procesu wzrostu objętość anodowej warstwy tlenku stopniowo się rozszerza, co jest również powodem, dla którego wystające części materiału aluminiowego mogą tworzyć kompletną warstwę tlenku. Jednakże, jeśli krzywizna wystającej części jest zbyt mała (wystająca część jest zbyt ostra), rozszerzanie się warstwy tlenku na zewnątrz nie może całkowicie pokryć powierzchni aluminium podczas tworzenia grubszej warstwy tlenku, tworząc w ten sposób pęknięcia od powierzchni do aluminium podłoże.
Rozwiązanie: Zaokrąglij ostre rogi, aby utworzyć anodowaną warstwę o dużej krzywiźnie.
4. Pęknięcia spowodowane niewłaściwym doborem uszczelnienia. W przypadku materiałów aluminiowych, które muszą być poddane długotrwałej ekspozycji na zewnątrz, oczywiście nie jest właściwe stosowanie niklowych środków uszczelniających o temperaturze pokojowej. Istnieją doniesienia, że ​​środki uszczelniające z fluorku niklu są bardziej podatne na mikropęknięcia niż uszczelnienia wrzącą wodą pod wpływem silnego światła słonecznego lub ekspozycji na wysoką temperaturę. Dlatego naturalne jest unikanie stosowania zgrzewania na zimno profili aluminiowych stosowanych w budownictwie.
Rozwiązanie: Najlepszym rozwiązaniem uszczelniającym dla stopów aluminium, które wymagają ekspozycji na światło słoneczne, jest bezniklowe uszczelnienie do średnich wysokich temperatur, a następnie uszczelnienie typu niklu do średnich wysokich temperatur i uszczelnienie wrzącą wodą.
W praktyce anodowa warstwa tlenku może również pękać pod wpływem sił zewnętrznych, takich jak piłowanie, zginanie i uderzenia. Dlatego pękanie anodowej warstwy tlenku jest prawie niemożliwe do całkowitego uniknięcia. W każdych warunkach nie ma sposobu, aby całkowicie zapobiec pęknięciom, ale istnieje również wiele metod zapobiegania i kontroli, które mogą pozwolić na występowanie pęknięć w oparciu o warunki użytkowania materiałów aluminiowych. Dlatego konieczne jest rozważenie użytkowania i warunków użytkowania wyrobów aluminiowych. W ograniczonych warunkach minimalizować tendencję do pękania i zapobiegać występowaniu pęknięć ze znaczną szkodą.
2, Usuwanie i zapobieganie powstawaniu filmu tlenkowego
Ogólnie rzecz biorąc, warstwa tlenku anodowego jest porowatą strukturą warstwy filmu, która rośnie in situ na podłożu aluminiowym. Siła wiązania między warstwą tlenku a podłożem jest znacznie większa niż w przypadku zwykłego powlekania galwanicznego lub natryskiwania, więc jest mało prawdopodobne, aby warstwa tlenku oderwała się od podłoża za pomocą mechanicznych sił zewnętrznych. Jednak w rzeczywistości następuje oderwanie warstwy tlenku. Na przykład w teście Graya słabo kwaśnej elektrolizy soli niklu, jeśli zostaną użyte nieodpowiednie środki kompleksujące nikiel, podczas procesu elektrolizy nastąpi częściowe oderwanie warstwy tlenku.
1. Wpływ składu stopu osnowy aluminiowej
Większość Cu i Mg w stopach zawierających więcej Cu i Mg ulega rozpuszczaniu anodowemu, a w wyniku tworzenia się dziur w wyniku rozpuszczania powstają nieciągłe warstewki tlenków anodowych. Dlatego stopy serii 2 i 5 są najbardziej podatne na odrywanie warstwy tlenku.
2. Wpływ rozszerzalności cieplnej na osnowę aluminiową
Dodanie pierwiastków takich jak Mg i Zn do czystego aluminium może znacznie zwiększyć rozszerzalność cieplną matrycy aluminiowej, zwiększając tym samym ryzyko pękania i łuszczenia się warstwy tlenku.
3. Wpływ przerwy w dostawie prądu lub przerwy w utlenianiu
Podczas procesu anodowania stopu aluminium, jeśli nastąpi przerwa w dostawie prądu lub punkt mocowania uchwytu nie jest twardy, co prowadzi do przerwania utleniania, następuje chemiczne rozpuszczenie między podłożem a warstwą tlenku anodowego, tworząc puste przestrzenie, a siła wiązania między podłożem a warstwą tlenku zmniejsza się, powodując oderwanie się warstwy tlenku.
4. Wpływ czasu na resztkowy roztwór utleniający w mikroporach warstw anodowych tlenków
Porowata struktura anodowej warstwy tlenkowej zawiera skrajnie śladowe ilości kwasu siarkowego, a pod wpływem ciepła, takiego jak uszczelnianie i krzepnięcie elektroforetyczne, na styku warstwy tlenkowej z podłożem tworzy się cienka warstwa stopu o niskiej temperaturze topnienia. Rozpuszczają się i wytwarzają pory w wyniku tworzenia się lokalnych baterii z resztkowym roztworem, co powoduje zmniejszenie siły wiązania anodowej warstwy tlenku i odwarstwienie.
5. Ponieważ wpływ naprężeń mechanicznych podczas obróbki nie jest eliminowany przed utlenianiem
Zwykle po anodowaniu i barwieniu warstwa spiekanego tlenku stopów z serii 2- jest podatna na pękanie i łuszczenie. Najbardziej prawdopodobną przyczyną tego jest to, że powierzchnia materiału ulega naprężeniom po obróbce. Po anodowaniu naprężenia zwiększają różnicę rozszerzalności cieplnej między warstwą tlenku a podłożem, co ostatecznie prowadzi do oderwania się warstwy tlenku.
6. Wpływ zabarwienia elektrolitycznego na warstewki tlenków anodowych
Złuszczanie się warstwy tlenku podczas barwienia elektrolitycznego ma postać plamek, o średnicy przeważnie 0,1 mm do kilku milimetrów w okrągłym kształcie. Zanim warstwa tlenku zostanie całkowicie oderwana, znajduje się w stanie zawieszonym i czasami nie można jej wykryć wizualnie.
Zasada obierania filmu tlenkowego
Obecnie uznana teoria głosi, że jest to spowodowane gazowym wodorem. Ze względu na przepięciowy efekt jonów wodorowych w kolorowych roztworach soli metali, podczas elektrolizy katodowej na warstwie barierowej na dnie mikroporów zarówno jony metali, jak i jony wodoru wyładowują się jednocześnie. Warstwa barierowa składa się z - Składa się z Al2O3. To jest półprzewodnik. Jony wodoru o małym promieniu jonowym tworzą prąd jonowy przez warstwę barierową, aby dotrzeć do aluminiowego podłoża i wyładować. Gazowy wodór wytwarzany na dnie mikroporów utrudnia dostarczanie jonów metali. Jony wodoru (H plus ) wyładowane na podłożu aluminiowym tworzą gazowy wodór (H2), którego objętość zwiększa się dziesiątki razy. Gazowy wodór nie ma miejsca na wytrącanie się pomiędzy aluminiowym podłożem a warstwą barierową, przerywając warstwę barierową i wybrzuszając się na zewnątrz od wlotu w przeciwnym kierunku. W tym przypadku anodowa warstwa tlenku wykazuje okrągłe łuszczenie i odwrócone stożkowe uszkodzenie podłoża aluminiowego, co jest znane jako odpryskiwanie.
W porównaniu do barwienia elektrolitycznego AC, barwienie elektrolityczne DC jest bardziej podatne na łuszczenie. Dzieje się tak, ponieważ podczas elektrolizy katodowej anodowa warstwa tlenku ulega reakcji hydrolizy, a pH w mikroporach jest neutralne. Powierzchniowa warstwa barierowa ulega odwodnieniu w wyniku elektroosmozy. Ponadto, w porównaniu ze słabo kwaśnymi barwnikami z soli niklu, silnie kwaśne barwienie elektrolityczne z soli cyny prawie nie powoduje złuszczania się warstwy tlenku.
Środki zapobiegające łuszczeniu się warstwy tlenku
① Dodając odpowiednie sole przewodzące, można poprawić przewodność roztworu do kąpieli barwiącej;
② Zapobiegaj i usuwaj zanieczyszczenia ze zbiorników barwników, takie jak Na plus, K plus, AL3 plus, NO3-, CrO{2}} i inne szkodliwe jony;
③ Utrzymywać odpowiednie pH i ułatwiać odpowiednią cyrkulację roztworu do kąpieli podczas procesu barwienia;
④ Odpowiednio dostosuj stosunek reakcji katodowych i anodowych.
⑤ Jeśli łuszczenie występuje na krawędzi lub w pozycji podniesionej przedmiotu obrabianego, należy dokonać regulacji, aby rozkład prądu elektrolitycznego był bardziej równomierny. Można zastosować łagodny rozruch, przyspieszenie krokowe lub odpowiednie ekranowanie prądu.