Aluminium anodisé est un type de traitement de passivation électrolytique utilisé pour augmenter l'épaisseur de la couche d'oxyde à la surface des pièces métalliques. Généralement, profilés en alliages d'aluminium s'oxydent facilement. Bien que la couche d'oxyde ait un certain effet de passivation, la couche d'oxyde se décollera à la suite d'une exposition à long terme. Perte de protection, donc l'oxydation anodique consiste à tirer parti de ses caractéristiques d'oxydation facile pour contrôler la formation de couches d'oxyde par des méthodes électrochimiques afin d'empêcher une oxydation supplémentaire de l'aluminium et d'augmenter les propriétés mécaniques de sa surface. Un autre objectif est d'utiliser différentes réactions chimiques. Il produit diverses couleurs pour améliorer la beauté et est largement utilisé dans les peaux d'avions, les armes militaires, les rouleaux de papier de photocopieur, les rideaux en aluminium pour les bâtiments, les portes et fenêtres en aluminium, etc. L'alliage d'aluminium anodisé peut améliorer la résistance à la corrosion, augmenter la couleur d'oxydation et améliorer l'adhérence . Mais il ne peut pas augmenter la résistance de l'aluminium. De plus, la couche d'oxyde anodique n'est pas conductrice.

1. Histoire

Origine du nom

L'origine du nom d'anodisation est que des pièces métalliques sont placées sur l'anode dans le circuit électronique. L'anodisation rend les pièces métalliques moins sujettes à la corrosion et à l'usure, et rend l'apprêt plus complètement attaché aux pièces. L'anodisation fournit une variété d'effets de modification de surface. Comme le placage sur une surface plus épaisse et poreuse pour rendre le colorant plus facile à absorber, ou une couche transparente plus fine pour augmenter la réflexion de la lumière

La première application industrielle à grande échelle du procédé d'oxydation anodique date de 1923. Le but était d'éviter que l'hydravion en Duralumin ne soit oxydé et corrodé. Le premier procédé utilisant l'acide chromique comme électrolyte s'appelait le procédé Bengough-Stuart, et ce procédé est toujours utilisé aujourd'hui.

En 1927, le procédé d'oxydation anodique de l'électrolyte d'acide chromique a été modifié en électrolyte d'acide sulfurique par Gower et O'Brien et déposé en tant que brevet. Jusqu'à présent, l'électrolyte d'acide sulfurique est la méthode d'oxydation anodique la plus courante [3].

Le procédé d'anodisation à l'acide oxalique a été déposé en tant que brevet au Japon en 1923, et le procédé a ensuite été largement utilisé en Allemagne, en particulier dans l'industrie de la construction allemande. Anodisé profilés en aluminium étaient autrefois un matériau de construction très populaire dans les années 1960 et 1970, mais ils ont rapidement été remplacés par des plastiques moins chers et des procédés de revêtement en poudre

Le dernier développement en matière d'anodisation est le procédé à base d'acide phosphorique. Jusqu'à présent (2020), ce procédé n'a été utilisé que pour le prétraitement de liants ou de revêtements organiques. Divers nouveaux processus d'anodisation sont continuellement développés, de sorte que la tendance future est de classer les processus d'anodisation en fonction des caractéristiques de revêtement standard militaires et industrielles, plutôt que des réactions chimiques du processus.

2.Flux de processus

Dégraissage chimique (Na3 PO4 60g/L, Na2CO3 40g/L, 40℃, 3min)—>lavage 1>gravure alcaline (NaOH, 40g/L, 3min)—>lavage 1> Idemitsu (HNO3 40g/L ,15s ) -Lavage à l'eau-lavage à l'eau désionisée-oxydation anodique (180g/L H2SO4, densité de courant 1,4A/dm2, temps d'oxydation 30min, température 18~22℃)-lavage-scellage à l'eau (10min) →lavage à l'eau →soufflage à sec .

Après l'anodisation, les quatre procédés suivants sont utilisés pour le scellement :

(1) scellage à l'eau bouillante, dans de l'eau pure bouillante (pH = 6,5 ~ 7), scellage pendant 10 minutes ;

(2) Mauvais blocage du sel, 30 g/L d'acide fluorocolique de potassium (pH = 4,5 ~ 4,6) à température ambiante, blocage pendant 10 min ;

(3) Blocage avec le mauvais sel, 30/L d'acide fluorocolique de potassium (pH=5,0~5,1) à une température moyenne de 60℃, blocage pendant 10min ;

(4) Scellement HB, 6g/L HB (pH = 5,5 ~ 6) à 60 ~ 65 ℃, scellement pendant 10 minutes

3.Effet

L'anodisation est utilisée pour éviter les angles vifs ou les bavures après le filetage des vis. Il est également utilisé comme diélectrique du réservoir d'électrolyte. La couche d'anode est le plus couramment utilisée pour protéger les alliages d'aluminium. Il en existe aussi d'autres comme le titane, le zinc, le magnésium, le niobium, le zirconium, l'hafnium et le tantale. . Le fer et l'acier au carbone s'écailleront dans une solution d'électrolyte neutre ou alcaline. Les flocons sont de l'hydroxyde de fer, ou rouille, qui est composé de la surface de la cavité anodique et de la cathode qui manquent d'oxygène, et les cavités se rassemblent comme de l'acide sulfurique. Les anions tels que le sel et le chlorure accélèrent le taux de rouille du métal sous-jacent. Les flocons de carbone ou les blocs de carbone à l'intérieur du bloc de fer, tels que l'acier à haute teneur en carbone ou la fonte brute, interagiront avec le revêtement de surface ou la couche de galvanoplastie. Les métaux contenant du fer sont généralement placés dans une solution d'acide nitrique pour l'anodisation, ou de l'acide nitrique fumant est utilisé pour former une couche d'oxyde de fer noir dur.

4.Méthode de traitement

Prétraitement de surface

Dans le prétraitement de la surface de l'alliage d'aluminium, l'objectif principal est d'éliminer l'huile et les impuretés sur la surface, afin d'assurer la propreté de la surface, et également de faire en sorte que l'état de l'échantillon réponde aux exigences. Premièrement, selon l'exigence 1:1, utilisez de l'éthanol absolu et de l'eau déminéralisée pour obtenir la configuration correspondante de la solution de nettoyage ; deuxièmement, placez l'échantillon coupé directement dans le bécher avec la solution de nettoyage et placez-le dédié à l'intérieur du nettoyeur à ultrasons, nettoyez-le pendant 5 minutes; une fois le nettoyage terminé, essuyez-le avec du papier filtre, puis choisissez d'utiliser du papier de verre 240#, 400#, 600#, 800#, 1200#, 2000# pour le polissage ; Troisièmement, nettoyez l'échantillon dans de l'eau distillée, puis placez-le dans un bécher (avec une solution d'acétone), nettoyez-le dans une machine à laver pendant 10 minutes, puis retirez l'échantillon et séchez-le directement.

Préparation du film d'oxyde anodique

Ajoutez l'échantillon directement au dispositif d'anodisation (pré-traitement), sélectionnez 100 g/L de solution d'acide sulfurique, réglez la tension d'oxydation sur 8, 10, 12, 14, 16 V et obtenez enfin l'échantillon correspondant à préparer pour une analyse ultérieure.

Traitement d'étanchéité

Ajoutez une quantité appropriée d'eau déminéralisée dans le bécher, puis placez-le dans le bain-marie pour chauffer et faire bouillir directement, et enfin mettre l'échantillon dans l'eau déminéralisée pour le traitement de scellement, puis nécessiter un traitement au repos pendant 20 minutes. Retirez l'échantillon, rincez à l'eau déminéralisée et attendez qu'il sèche à l'air.

Test de performance

Dans le test de performance, deux aspects sont retenus cette fois : d'abord, l'observation métallographique. Si vous choisissez d'utiliser un microscope métallurgique, vous pouvez analyser et observer le film anodisé et la zone non revêtue. Deuxièmement, l'épaisseur du film d'oxyde et les expériences ponctuelles. Il s'agit principalement de mesurer l'épaisseur du film d'oxyde et d'analyser l'expérience spot.

5.Expérimenter

Le matériau expérimental et son prétraitement Le matériau expérimental est un échantillon d'alliage d'aluminium 5052, et sa composition chimique est indiquée dans le tableau ci-dessous.

Avant l'expérience, polissez avec du papier de verre grain 1200 pour éliminer le film d'oxyde qui se forme naturellement à la surface de l'échantillon lorsqu'il est exposé à l'air, puis faites-le tremper dans une solution alcaline pendant environ 10 minutes. Après le dégraissage, un décapage est effectué et le film d'huile, de poussière et d'oxyde à la surface de l'échantillon est complètement éliminé par l'effet de gravure de l'acide. L'état de surface de l'échantillon après décapage répond aux exigences, et l'anodisation à l'acide oxalique et l'anodisation à l'acide chromique peuvent être effectuées après nettoyage et séchage. Le tableau suivant montre la composition et les conditions de traitement des solutions de dégraissage et de décapage.

Anodisation à l'acide oxalique et anodisation à l'acide chromique

À l'aide d'une alimentation électrique d'anodisation à courant continu, le 5052 alliage d'aluminium l'échantillon est placé dans l'électrolyte en tant qu'anode, et un film d'oxyde est formé à la surface de l'échantillon sur la base du principe de l'électrolyse après avoir été mis sous tension. La composition de l'électrolyte et les conditions du procédé d'anodisation à l'acide oxalique sont : acide oxalique 50 g/L, tension 45 V, densité de courant 1,4 A/dm2, température de l'électrolyte 25 ℃, durée 55 min.

La composition de l'électrolyte et les conditions du procédé d'anodisation à l'acide chromique sont : acide chromique 40g/L, tension 40V, densité de courant 0.75A/dm2, température de l'électrolyte 35°C, temps 55min.

Caractérisation morphologique et test de performance d'un film d'oxyde anodique d'acide oxalique et d'un film d'oxyde anodique d'acide chromique

La morphologie du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique a été caractérisée par un microscope électronique à balayage Hitachi S-4800. La rugosité de surface du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique a été mesurée par un rugosimètre SJ-210. Quatre positions ont été prises et les résultats des mesures ont été enregistrés respectivement. Utilisez la station de travail électrochimique Princeton PARSTAT2273 pour tester les courbes de polarisation et les spectres d'impédance du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique. Le système d'électrodes est un système à trois électrodes : l'électrode de platine est l'électrode auxiliaire et l'électrode au calomel saturé est l'électrode de référence. L'échantillon de film d'oxyde anodique d'acide oxalique et l'échantillon de film d'oxyde anodique d'acide chromique ont été utilisés comme électrodes de travail, et les deux ont été testés dans une solution de chlorure de sodium (3,5 % en poids). La vitesse de balayage du test de la courbe de polarisation est de 0,5 mV/s et le test du spectre d'impédance balaye de 105 Hz dans la zone des hautes fréquences à 10-2 Hz dans la zone des basses fréquences.

Épaisseur du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique

L'épaisseur du film d'oxyde anodique fait référence à la distance entre la surface externe du film d'oxyde anodique et la surface interne (c'est-à-dire l'interface entre le film d'oxyde anodique et le substrat). L'épaisseur a une grande influence sur les performances du film d'oxyde anodique (comme la résistance à la corrosion, la résistance à la flexion, etc.) Influence.

La morphologie du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique. Le film d'oxyde anodique joue principalement un effet décoratif et protecteur sur l'alliage d'aluminium, de sorte que la qualité morphologique du film d'oxyde anodique est particulièrement importante. De manière générale, la qualité topographique du film anodisé comprend principalement la couleur, la rugosité de surface et les défauts de surface. L'apparition du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique a été observée à l'œil nu. Le premier était gris clair et le second était blanc argenté. Les deux films d'oxyde anodique ne présentaient aucun défaut de surface à l'échelle macro.

Résistance à la corrosion du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique

La figure suivante montre les courbes de polarisation d'un échantillon d'alliage d'aluminium 5052, d'un film d'oxyde anodique d'acide oxalique et d'un film d'oxyde anodique d'acide chromique. On peut voir sur la figure ci-dessous que les potentiels de corrosion du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique sont respectivement de -412,6 mV et -645,7 mV, ce qui est supérieur au potentiel de corrosion de l'échantillon d'alliage d'aluminium 5052. (-750,4 mV). La méthode d'extrapolation de la courbe de Tafel a été utilisée pour ajuster la courbe de polarisation. De plus, les densités de courant de corrosion du film d'oxyde anodique d'acide oxalique et du film d'oxyde anodique d'acide chromique étaient de 1,31 × 10-5 A/cm2, 1,70 × 10-5A/cm2 Par rapport à l'échantillon d'alliage d'aluminium 5052, la densité de courant de corrosion est significativement inférieur. La densité de courant de corrosion peut théoriquement caractériser la vitesse de corrosion du matériau testé, et il existe une relation de conversion entre les deux. De manière générale, plus la densité de courant de corrosion est faible, plus la corrosion du matériau testé est lente. Par conséquent, l'ordre de résistance à la corrosion est : film d'oxyde anodique d'acide oxalique > film d'oxyde anodique d'acide chromique > échantillon d'alliage d'aluminium 5052.