Anodising nhôm | Quy trình & Lợi ích được Giải thích

Nhôm là kim loại được sử dụng rộng rãi thứ hai trên thế giới. Các kỹ sư thích nhôm vì trọng lượng nhẹ, chống ăn mòn và giá cả hợp lý.

Tuy nhiên, nhôm chưa qua xử lý có khả năng chống mài mòn thấp. Khi tiếp xúc với môi trường, nó tạo thành một lớp oxit nhôm mỏng một cách tự nhiên giúp nhôm có khả năng bảo vệ chống ăn mòn đặc trưng của nó. Nhưng màng oxit được hình thành tự nhiên này có thể bị ăn mòn khi phản ứng với các yếu tố môi trường khác.

Câu trả lời để cung cấp sự bảo vệ tốt hơn nằm ở anodising. Thủ tục này có những lợi ích khác khi chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn trong bài viết. Nhưng hãy bắt đầu lại từ đầu.

Anodising là gì?

Xem thêm: Tầm quan trọng của thiết kế trong kỹ thuật công nghiệp – Nghiên cứu điển hình

Đây là một quá trình điện hóa tạo ra một lớp nhôm oxit trên bề mặt của bộ phận hoặc sản phẩm. Điều này bảo vệ sản phẩm không bị hao mòn đồng thời nâng cao tính thẩm mỹ. Trong quá trình này, sản phẩm được phủ hoạt động như một cực dương trong tế bào điện phân, do đó có tên như vậy.

Ở quy mô công nghiệp, anodising xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1923.

Ngay sau đó, nhiều biến thể của quy trình này đã được sử dụng cho các vật liệu khác nhau sử dụng các hóa chất điện phân khác nhau. Vào khoảng thời gian này, Gowen và O’Brien đã sử dụng axit sulfuric để làm nhôm anốt.

Quy trình này từ gần một thế kỷ trước vẫn là phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất cho đến ngày nay.

Lợi ích của nhôm Anodised

Xem thêm: Khách hàng cực đoan nhất – Nghiên cứu điển hình

Mục đích của quá trình là tăng độ dày của oxit nhôm trên bề mặt của sản phẩm.

Lớp oxit nhôm cực kỳ cứng. Trên thang điểm của Mohr, nó có điểm 9 và đứng thứ hai về độ cứng chỉ sau kim cương. Nó cứng đến nỗi nó thường được sử dụng làm chất mài mòn trong cát. Việc lắng một lớp vật liệu này lên sản phẩm đảm bảo rằng sản phẩm sẽ có khả năng chống mài mòn cao.

Độ dày của lớp này phụ thuộc vào mục đích của anodising. Đối với mục đích trang trí, một lớp mỏng là đủ. Một lớp dày hơn bảo vệ bề mặt bên cạnh việc cải thiện hình thức bên ngoài.

Có một lớp oxit nhôm dày cũng làm cho bề mặt kim loại dễ bị chết hơn do các lỗ chân lông được tạo ra trên bề mặt khi nó được anốt hóa. Sau đó, các sắc tố mong muốn được đưa vào để lấp đầy các lỗ chân lông từ bề mặt đến tận sâu của nó. Điều này làm cho sắc tố khá bền vì nó không thể bị trầy xước.

Anodising cũng có thể hoạt động như một lớp sơn lót tuyệt vời cho một lớp sơn thông thường trên bề mặt thay vì chứa nó vào lớp oxit thực tế.

Anodising nhôm cải thiện các đặc tính cách điện của nhôm vì nhôm oxit không phải là chất dẫn điện tốt.

Nguyên tắc làm việc

Anodising hoạt động dựa trên nguyên lý của một tế bào điện phân. Trong quy trình này, bể anốt được đổ đầy chất điện phân thích hợp. Trong bể này, bộ phận thường được treo để phần lớn bề mặt tiếp xúc với chất điện phân.

Sau đó, chúng tôi đặt các tấm của các nguyên tố thích hợp (thường là chì hoặc nhôm) vào bể. Bước tiếp theo là hoàn thành mạch điện giữa cực âm và cực dương thông qua một nguồn điện.

Sản phẩm nhôm được kết nối với cực dương và các tấm được kết nối với cực âm của pin. Khi mạch hoàn thành, dòng điện chạy qua nó.

Giá trị và thời gian của dòng điện chạy qua sẽ xác định các tính năng cuối cùng như độ dày của lớp nhôm oxit trên sản phẩm nhôm anodised.

Quy trình Anodising nhôm

Hầu hết các thiết lập anodising ngày nay vẫn sử dụng bể axit sulfuric ban đầu cho quá trình này. Tuy nhiên, nhiều tính năng mới đã được thêm vào để cải thiện đáng kể kết quả cuối cùng về mặt thẩm mỹ và chức năng của sản phẩm.

Quá trình anodising nhôm hiện đại rất kỹ thuật. Nói chung, quá trình anodising nhôm bao gồm các bước sau.

Làm sạch

Bề mặt của sản phẩm nhôm cần được làm sạch trước khi anốt hóa. Phơi bề mặt sử dụng các chất tẩy rửa có tính axit hoặc kiềm để làm sạch dầu mỡ / bụi bẩn bám trên bề mặt.

Điều trị trước

Bước này giúp loại bỏ mọi khuyết điểm trên bề mặt. Mục đích là cung cấp một lớp hoàn thiện có thể nhìn thấy được với bề mặt sạch và mịn. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hai quy trình chính – làm sáng và khắc.

Làm sáng

Làm sáng hoặc hoàn thiện sáng làm sạch mọi cặn kim loại nặng còn sót lại sau quá trình làm sạch. Sử dụng hỗn hợp axit nitric và photphoric đậm đặc để làm mịn bề mặt về mặt hóa học, tạo ra một lớp hoàn thiện kim loại sẵn sàng cho quá trình anốt hóa.

Khắc

Khắc sẽ loại bỏ một lớp nhôm trên bề mặt sản phẩm để tạo ra một lớp sơn mờ (xem thêm về cấp độ bóng). Một dung dịch natri hydroxit nóng được sử dụng để loại bỏ các khuyết tật trên bề mặt.

Anodising

Sau khi tiền xử lý, sản phẩm đã sẵn sàng cho quá trình anodising. Như đã đề cập ở trên, axit sunfuric là chất điện phân để làm anot nhôm. Các chất thay thế đôi khi được sử dụng là axit hữu cơ, borat, tartrat, axit photphoric và axit cromic.

Tô màu

Có một số phương pháp để thêm màu cho nhôm anodised. Màu sắc khác nhau cần các phương pháp khác nhau. Chúng ta hãy xem xét hai trong số các phương pháp phổ biến nhất để tạo màu cho nhôm anodised.

Màu điện

Một trong những phương pháp này là phương pháp nhuộm màu điện. Phương pháp này được sử dụng cho các sắc thái tối hơn. Trong quá trình nhuộm màu điện, sản phẩm nhôm được anot hóa được đưa vào các muối kim loại vô cơ thông qua một chất điện phân.

Sản phẩm nhôm anodised trở thành một chất điện phân, và graphit (hoặc nhôm) trở thành chất kia. Oxit hoặc hydroxit kết tủa trong các lỗ xốp tạo thêm các màu như đen, nâu, xanh lam, xám vàng và đồng cho màng.

Nhuộm

Nhuộm là phương pháp phổ biến khác để thêm màu vào sản phẩm nhôm anodised. Các lỗ xốp được hình thành trong quá trình điện hóa dễ dàng hấp thụ các chất chết hoặc sắc tố.

Chúng lấp đầy các lỗ thông qua toàn bộ độ dày của lớp nhôm oxit. Vì độ dày của lớp này có thể lên đến 50 micron trong một số trường hợp, nên phương pháp này khá bền. Việc sử dụng bộ phận này bị xước hoặc thô ráp không ảnh hưởng đến màu sắc do độ dày của lớp. Ngoài ra, phạm vi màu sắc có sẵn rất rộng.

Niêm phong

Niêm phong là bước cuối cùng trong quá trình anodising nhôm. Điều này ngăn ngừa rò rỉ nước và cải thiện khả năng chống ăn mòn của sản phẩm nhôm anodised. Có ba phương pháp để làm điều này – phương pháp nóng, lạnh hoặc kết hợp cả hai.

Niêm phong làm giảm khả năng bị ố, trầy xước, xuống màu và nứt bề mặt.

Các loại Anodising

Dựa trên độ dày của lớp nhôm hydroxit, có 2 loại anodising.

Anodising trang trí

Anodising trang trí, như tên của nó, tập trung vào việc cung cấp một kết thúc thẩm mỹ đẹp trước tiên và cung cấp sự bảo vệ như một phần bổ sung tốt đẹp hơn.

Đối với anodising trang trí, lớp được khuyến nghị là từ 5µm đến 25µm. Để có được kết quả tốt nhất khi nhuộm các bộ phận, tốt nhất nên giữ độ dày từ 15µm đến 25 µm. ISO 7599: 2018 quy định phương pháp anốt hóa trang trí cho nhôm và các hợp kim của nó.

Anodising cứng

Trong trường hợp chúng ta cần sự bảo vệ vượt trội của hợp kim nhôm (ứng dụng hàng hải hoặc tiếp xúc với hóa chất ăn mòn), chúng tôi khuyên bạn nên chọn anodising cứng.

Chiều dày của lớp phủ oxy hóa phải từ 25µm đến 50µm. ISO 10074: 2017 cung cấp các thông số kỹ thuật cho lớp phủ oxy hóa anốt cứng.

Kết thúc cuối cùng

Anodising mang lại cho bề mặt nhôm một vẻ ngoài cao cấp. Như chúng ta biết rằng bề mặt bao gồm các lỗ rỗng với các sắc tố cũng như các phần không được tô màu nơi bề mặt phản ứng với oxy để ngăn chặn quá trình oxy hóa tiếp tục. Khi ánh sáng chiếu vào cả hai đặc điểm bề mặt này cùng một lúc, nó sẽ cản trở sự phản xạ, tạo cho kim loại một ánh sáng kim loại hấp dẫn.

Bề mặt cũng có rất ít khuyết điểm vì nó phản ứng đồng nhất với chất điện phân tạo cho bề mặt sơn mịn.

Anodising vs Powder Coating

Sơn tĩnh điện là một loại xử lý bề mặt phổ biến nhất để phủ thép nhưng cũng có sẵn cho nhôm. Bề mặt của nhôm được phủ một lớp bột polyester để trang trí cũng như bảo vệ. Các nhà sản xuất có sự lựa chọn giữa hai phương pháp này khi họ đang tìm kiếm các phương án xử lý bề mặt cho nhôm.

Anodising tốt hơn so với sơn tĩnh điện truyền thống theo nhiều cách, một số trong số đó như sau:

• Nó là một lớp phủ vô cơ và cung cấp một bề mặt hoàn thiện cao hơn so với các chất hữu cơ như sơn tĩnh điện.
• Khi nói về bề ngoài, anodising có ánh kim loại và được tích hợp cực kỳ tốt với bề mặt so với sơn tĩnh điện. Bề mặt anốt phản ứng khác nhau với cả ánh sáng tự nhiên và nhân tạo.
• Anodising cũng tốt hơn về lâu dài. Sơn tĩnh điện đôi khi bị lỗi về độ bám dính và thậm chí nếu không, màu sắc sẽ bị phai theo thời gian.

Vật liệu nào có thể được Anodised?

Bên cạnh nhôm, nhiều kim loại khác và thậm chí cả nhựa cũng thích hợp để làm anốt.

Các kim loại như magiê, titan, zirconium, niobi, kẽm, hafnium và tantali được anodised, mặc dù cho các mục đích khác nhau.

Theo cách tương tự, chúng ta có thể làm bằng nhựa dẫn điện. Tất cả các sản phẩm anodised phát triển bề mặt hoàn thiện cao cấp, vẻ ngoài hấp dẫn và thường kéo dài hơn so với các sản phẩm không được xử lý của chúng.

Câu hỏi thường gặp

Ý nghĩa của lớp rào cản trong anodising là gì?

Khi nhôm được anot hóa trong dung dịch axit, bề mặt của nó bắt đầu mất các ion nhôm. Điều này gây ra sự xói mòn bề mặt nhôm và để chống lại điều này, bề mặt phản ứng với các ion oxy tích điện âm trong chất điện phân.

Trong khi các điểm diễn ra xói mòn ban đầu tiếp tục bị xói mòn, phần còn lại của bề mặt tạo thành một lớp oxit nhôm hoạt động như một rào cản chống lại sự xói mòn tiếp theo. Lớp này được gọi là lớp rào cản. Nó khá mỏng so với lớp xốp được hình thành do quá trình anodising.

Có thể anốt hóa toàn bộ bề mặt sản phẩm không?

Không thể làm sạch toàn bộ bề mặt của sản phẩm. Một đầu cuối điện phải được kết nối với bộ phận trong suốt thời gian của quá trình, vì vậy bất cứ nơi nào nó được kết nối, bộ phận đó sẽ không được anốt hóa.

Để giảm thiểu ảnh hưởng của hạn chế này, kết nối được đặt tại các điểm không tới hạn. Nơi tốt nhất thường là một khuôn mặt ẩn trên một phần.

Anốt cứng yêu cầu điện áp và dòng điện cao hơn. Trong những trường hợp như vậy, kết nối được thực hiện thông qua một lỗ ren trên sản phẩm để tiếp xúc điện tốt.