Kaip susidoroti su ėsdinančia aplinka anodavimo metu?

Strategijos ir technologijos, kaip įveikti korozinę aplinką anodavimo procese

I. Anodavimo technologijos apžvalga

Anodavimas – tai paviršiaus apdorojimo technologija, kuri elektrocheminiu būdu ant metalinio paviršiaus suformuoja oksido plėvelę, pirmiausia naudojama aliuminiui ir jo lydiniams. Šis procesas apima nuolatinės srovės tiekimą elektrolitui, dėl kurio metalo paviršiuje vyksta oksidacijos reakcija ir susidaro tanki, vienoda aliuminio oksido plėvelė. Ši oksido plėvelė ne tik pagerina medžiagos atsparumą korozijai, bet ir padidina paviršiaus kietumą, pagerina atsparumą dilimui, suteikia gerą izoliaciją ir dekoratyvinį poveikį.

Anodinio oksido plėvelės struktūrą sudaro du sluoksniai: tankus barjerinis sluoksnis, esantis arti pagrindo, ir porėtas sluoksnis ant paviršiaus. Ši unikali struktūra suteikia anodinio oksido plėvelei puikias apsaugines savybes, o jos atsparumas korozijai gali būti dar labiau pagerintas sandarinant poras. Korozinėje aplinkoje anoduotas aliuminis pasižymi žymiai geresniu atsparumu korozijai nei neapdorotos medžiagos, todėl jis yra idealus pasirinkimas atšiaurioms aplinkoms, tokioms kaip aviacija, jūrų inžinerija ir cheminė įranga.

II. Anoduotų sluoksnių korozinės aplinkos iššūkiai

Korozinė aplinka kelia daugialypius iššūkius anodinio oksido sluoksniams, visų pirma apimančius tris pagrindines formas: cheminę koroziją, elektrocheminę koroziją ir fizinę eroziją. Cheminė korozija pirmiausia atsiranda dėl aliuminio oksido plėvelės ištirpimo rūgštinėje arba šarminėje terpėje; elektrocheminė korozija kyla dėl galvaninių elementų efekto, susidarančio skirtingose ​​metalo paviršiaus vietose; fizinė korozija apima mechaninius veiksmus, tokius kaip dalelių erozija ir trinties susidėvėjimas.

Jūrinėje aplinkoje didelis druskingumas pagreitina chlorido jonų prasiskverbimą į oksido plėvelę; rūgštinės dujos, tokios kaip SO₂ ir NOx pramoninėse atmosferose, mažina paviršiaus pH; organiniai tirpikliai cheminėje aplinkoje gali pažeisti sandarinimo sluoksnio struktūrą. Šie veiksniai atskirai arba sinergetiškai gali sukelti vietinį oksido plėvelės pažeidimą, padidėjusį poringumą, barjerinio sluoksnio plonėjimą ir galiausiai apsauginės funkcijos praradimą.

Aplinkos kintamųjų, tokių kaip temperatūra, drėgmė ir teršalų koncentracija, svyravimai taip pat turi įtakos korozijos greičiui. Aukšta temperatūra paprastai pagreitina korozijos reakcijas, o kintanti drėgna ir sausa aplinka gali sukelti druskų koncentraciją ir sustiprinti vietinę koroziją. Todėl labai svarbu sukurti anodavimo proceso parametrus ir vėlesnes apdorojimo schemas, pritaikytas konkrečioms korozinėms aplinkoms.

III. Anodavimo proceso parametrų optimizavimas

Pagrindinė priemonė kovojant su korozinėmis aplinkomis yra optimizuoti patį anodavimo procesą. Elektrolito tipas turi lemiamos įtakos plėvelės veikimui: anodavimas sieros rūgštimi (15-20 % H₂SO₄) yra plačiai naudojamas procesas, gaminantis gerų bendrų savybių plėveles; Anodavimas chromo rūgštimi (3-10% CrO₃) sukuria plonesnes plėveles, turinčias puikų atsparumą korozijai, ypač tinkamas naudoti kosminėje erdvėje; Anoduojant oksalo rūgštimi galima gauti storesnes izoliacines plėveles.

Srovės tankis tiesiogiai veikia plėvelės augimo greitį ir struktūrą ir paprastai yra reguliuojamas 1-2 A/dm² intervale. Dėl per didelės srovės susidaro porėta plėvelė, o dėl nepakankamos srovės efektyvumas mažėja. Įtampa paprastai palaikoma 12-20 V, todėl ją reikia reguliuoti pagal lydinio sudėtį. Idealiu atveju temperatūra turėtų būti 18-22 laipsnių; aukštesnė temperatūra pagreitina tirpimo reakciją, todėl susidaro porėta plėvelė.

Oksidacijos laikas nustatomas pagal reikiamą plėvelės storį, paprastai 30-60 minučių. Korozinėje aplinkoje rekomenduojamas plėvelės storis ne mažesnis kaip 15 μm, o atšiaurioje aplinkoje – ne mažesnis kaip 25 μm. Didelio lydinio medžiagoms, kuriose yra tokių elementų kaip varis ir silicis, „impulsinio anodavimo“ technologija gali būti naudojama siekiant pagerinti plėvelės vienodumą, periodiškai keičiant srovės kryptį.

IV. Po-apdorojimo ir sandarinimo technologija

Sandarinimas yra esminis žingsnis gerinant anodinio oksido plėvelių atsparumą korozijai. Jis blokuoja ėsdinančios terpės prasiskverbimo kanalus, užsandarindamas akytojo sluoksnio mikroporinę struktūrą. Sandarinimas karštu vandeniu (95–100 laipsnių dejonizuotas vanduo, pH 5,5–6,5) yra tradicinis metodas, užtikrinantis sandarinimą padidinus aliuminio oksido hidratacijos tūrį, tačiau gali susidaryti „sandarinimo milteliai“, kurie turi įtakos išvaizdai.

Nikelio druskos sandarinimas (tirpalai, kurių sudėtyje yra Ni²⁺ ir F⁻) gali būti atliekami žemesnėje temperatūroje (80{2}}85 laipsniai), kad susidarytų NiAl2O4 kompleksas, pasižymintis geresniu atsparumu korozijai nei sandarinimas karštu vandeniu ir tinkamas dažytoms dalims. Šaltas sandarinimas (kambario temperatūros tirpalai, kurių sudėtyje yra Ni-F) yra energiškai efektyvus- ir labai efektyvus, tačiau reikalauja griežtesnės proceso parametrų kontrolės. Pastaraisiais metais sukurta sol-gelio sandarinimo technologija naudoja nanodaleles poroms užpildyti, o tai žymiai pagerina atsparumą druskos purslams.

Esant ypač korozinei aplinkai, gali būti naudojama daugiasluoksnė{0}apsaugos sistema: pirmiausia anodavimas, po to elektroforetinis padengimas arba organinės dangos purškimas. Ši sudėtinė apsaugos sistema „oksidacija + padengimas“ sujungia neorganinių plėvelių ilgaamžiškumą ir organinių plėvelių barjerinį poveikį, todėl atsparumas druskos purslams siekia daugiau nei 3000 valandų.

V. Medžiagos parinkimas ir projektavimo svarstymai

Pagrindo medžiagos pasirinkimas tiesiogiai veikia anodavimo efektą ir galutinį atsparumą korozijai. 1xxx serijos grynas aliuminis anoduoja gerai, bet turi mažesnį stiprumą; 5xxx serijos (Al-Mg) ir 6xxx serijos (Al-Mg-Si) pasižymi geromis anodavimo savybėmis ir vidutiniu stiprumu, todėl jos dažniausiai naudojamos jūroje; 2xxx (Al-Cu) ir 7xxx (Al-Zn) serijų didelio-stiprumo aliuminio lydiniai yra sunkiau anoduojami ir reikalauja specialių procesų.

Projektuojant komponentus reikėtų vengti aštrių briaunų, nes dėl koncentruotų elektrinių laukų šiose vietose gali susidaryti netolygi plėvelė. Idealus kampo spindulys turi būti ne mažesnis kaip 3 mm. Dėl gilių griovelių ir aklųjų skylių konstrukcijos gali sutrikti elektrolitų cirkuliacija, todėl reikia suprojektuoti pagalbinius katodus arba naudoti impulsinius maitinimo šaltinius. Montuojant reikia vengti tiesioginio kontakto tarp skirtingų metalų arba naudoti izoliacines tarpines, kad būtų išvengta galvaninės korozijos.

Dėl suvirintų komponentų netolygi sudėtis suvirinimo zonoje gali lemti oksidinės plėvelės kokybės pokyčius. Prieš suvirinant rekomenduojama oksiduoti arba atlikti vietinę suvirinimo{1}}reoksidaciją. Tvirtinimo elementų jungtyse turi būti pakankamai atsparios korozijai arba tarpai turi būti užpildyti sandarikliu.

VI. Kokybės kontrolė ir veiklos vertinimas

Norint užtikrinti anoduotų gaminių patikimumą korozinėje aplinkoje, reikalinga griežta kokybės kontrolės sistema. Plėvelės storis gali būti matuojamas sūkurinės srovės storio matuokliu arba mikroskopiniu skerspjūvio metodu; storio skirtumai tarp skirtingų vietų turi būti kontroliuojami ±10 %. Sandarinimo kokybė paprastai vertinama tiriant rūgštį (pagal ISO 3210), kai svorio netekimas neviršija 30 mg/dm².

Atsparumo korozijai bandymai apima neutralios druskos purškimo bandymus (ASTM B117), vario pagreitintos acto rūgšties purškimo bandymus (CASS) ir ciklinės korozijos bandymus. Cheminėje aplinkoje galima atlikti specifinius panardinimo į terpę bandymus. Elektrocheminiai bandymai, tokie kaip poliarizacijos kreivės ir impedanso spektroskopija, gali kiekybiškai įvertinti plėvelės apsaugines savybes.

Įprastinė priežiūra turėtų apimti reguliarų paviršiaus būklės tikrinimą. Ankstyvieji korozijos požymiai yra blizgesio praradimas, dėmės ir dangos pūslės. Profesionalus valymas ir perdengimas ankstyvose korozijos stadijose gali veiksmingai prailginti tarnavimo laiką. Korozijos duomenų archyvo sukūrimas padeda optimizuoti tolesnius gaminio projektavimo ir apdorojimo būdus.

VII. Naujos technologijos ir ateities plėtros tendencijos

Mikro-lanko oksidacija (plazmos elektrolitinė oksidacija) yra aukšto-slėgio anodavimo technologija, kuri gali sukurti storesnes keramines plėveles (iki 300 μm) ant lengvųjų lydinių, pvz., aliuminio, magnio ir titano, paviršių. Šios plėvelės pasižymi puikiu atsparumu korozijai, atsparumu dilimui ir šilumos izoliacijai, todėl jos ypač tinka svarbiems jūrų platformų ir naftos chemijos įrangos komponentams.

Nanokompozitinis anodavimas apima nanodalelių (tokių kaip SiO₂ ir TiO₂) pridėjimą į elektrolitą, todėl šios dalelės kartu nusėda į oksidinės plėvelės poras ir susidaro „nano maišelio“ efektas, kuris žymiai sumažina poringumą. Modifikuotos grafeno sandarinimo medžiagos panaudoja grafeno barjerines savybes, kad paruoštų superhidrofobinius paviršius ir sumažintų dielektrinį sukibimą.

Išmanios savaime{0}}gyjančios anodinio oksido plėvelės yra pažangiausia{1}}tyrimo kryptis. Į plėvelės sluoksnį įterpiant korozijos inhibitorių mikrokapsules arba formos atminties medžiagas, pažeidžiant plėvelės sluoksnį automatiškai išsiskiria taisomos medžiagos. Šios naujoviškos technologijos dar labiau padidins anodinio oksido gaminių eksploatacines savybes ir eksploatavimo trukmę ekstremalioje korozinėje aplinkoje.