آندایزینگ چیست

آندایزینگ چیست؟

آندایزینگ یک فرآیند الکتروشیمیایی است که سطح فلز را به تزئینی، بادوام، مقاوم در برابر خوردگی روکش اکسید آندی . آلومینیوم به طور ایده آل برای آنودایز کردن مناسب است، اگرچه سایر فلزات غیر آهنی مانند منیزیم و تیتانیوم نیز می توانند آنودایز شوند.

ساختار اکسید آندی از بستر آلومینیوم سرچشمه می گیرد و به طور کامل از اکسید آلومینیوم تشکیل شده است. این اکسید آلومینیوم مانند رنگ یا آبکاری روی سطح اعمال نمی شود، اما به طور کامل با بستر آلومینیومی . بنابراین نمی تواند تراشه یا پوست کنده شود. دارای ساختار بسیار منظم و متخلخلی است که امکان انجام فرآیندهای ثانویه مانند رنگ آمیزی و آب بندی را فراهم می کند.

آنودایز کردن با غوطه ور کردن آلومینیوم در حمام الکترولیت اسید و عبور جریان الکتریکی از محیط انجام می شود. یک کاتد در داخل مخزن آندایزینگ نصب شده است. آلومینیوم به عنوان یک آند عمل می کند، به طوری که یون های اکسیژن آزاد می شوند از الکترولیت برای ترکیب با اتم های آلومینیوم در سطح قطعه ای که آنودایز می شود. بنابراین، آنودایز کردن یک ماده اکسیداسیون بسیار کنترل شده است که باعث افزایش یک پدیده طبیعی می شود.

تعاریف و روشهای آندایزینگ

آندایزینگ، چیست؟

آندایزینگ با موفقیت علم را با طبیعت ترکیب می کند تا یکی از بهترین پوشش های فلزی جهان را ایجاد کند.

این یک فرآیند الکتروشیمیایی است که اکسید محافظ طبیعی را غلیظ و محکم می کند. پوشش حاصل، بسته به فرآیند، دومین ماده سخت شناخته شده برای بشر است، پس از الماس. پوشش آندی بخشی از فلز است، اما دارای ساختار متخلخلی است که اجازه تزریق ثانویه را می دهد (به عنوان مثال رنگ آمیزی آلی و معدنی، کمک کننده روان کنندگی و غیره).

تعاریف و روشهای آندایزینگ

در حالی که فرآیند آنودایز شیمیایی برای همه کاربردها یکسان است، روش های مکانیکی بر اساس دو نوع فیزیکی و شکل فلزات مورد استفاده متفاوت است:

• Batch Anodizing – شامل قفسه بندی قطعات و غوطه ور کردن آنها در یک سری از مخازن تصفیه است. اکستروژن ها، ورق ها یا قطعات فلزی خمیده، ریخته گری، ظروف پخت و پز، جعبه های لوازم آرایشی، بدنه چراغ قوه و قطعات آلومینیومی ماشینکاری شده تنها تعدادی از مواردی هستند که به صورت دسته ای آنودایز می شوند.
• مداوم کویل – شامل باز کردن مداوم سیم پیچ های پیش نورد شده از طریق یک سری مخازن آندایزینگ، حکاکی و تمیز کردن، و سپس پیچیدن مجدد برای حمل و ساخت است. این روش برای ورق های با حجم بالا، فویل ها و محصولات با شکل گیری کمتر مانند وسایل روشنایی، بازتابنده ها، لوورها، میله های جداکننده برای شیشه های عایق، و سیستم های سقف پیوسته استفاده می شود.

گزینه های ظاهری و کیفیت با استفاده از رنگ ها و روش های پیش تصفیه ویژه بهبود می یابد. این باعث می‌شود که آلومینیوم شبیه اسپند، فولاد ضد زنگ، مس، برنز براق شده یا برنج صیقلی به نظر برسد و همچنین می‌توان آن را با آبی درخشان، سبز، قرمز و بسیاری از انواع طلایی و نقره‌ای متالیک رنگ کرد.

خواص دی الکتریک منحصر به فرد یک پرداخت آنودایز فرصت های زیادی را برای کاربردهای الکتریکی ارائه می دهد.

سطح خود آلومینیوم تا حدی سفت و سخت می شود که با هیچ فرآیند یا ماده دیگری قابل مقایسه نیست. این پوشش 30 درصد ضخیم‌تر از فلزی است که جایگزین آن می‌شود، زیرا حجم اکسید تولید شده بیشتر از حجم اکسید تولید شده است. فلز تعویض شده

پوشش آندی حاصل متخلخل است و رنگ آمیزی و آب بندی نسبتاً آسان را امکان پذیر می کند.

آنودایز سخت اصطلاحی است که برای توصیف تولید پوشش های آندی با سختی فیلم یا سایش به عنوان ویژگی اصلی آنها استفاده می شود. آنها معمولاً با استانداردهای آنودایز معمولی (بیشتر از 25 میکرون) ضخیم هستند و تولید می شوند با استفاده از شرایط خاص آندایزینگ (دمای بسیار پایین، چگالی جریان بالا، الکترولیت های ویژه). آنها در صنعت مهندسی برای قطعاتی که به سطح بسیار مقاوم در برابر سایش نیاز دارند مانند پیستون، سیلندر و هیدرولیک کاربرد پیدا می کنند. دنده. آنها اغلب بدون مهر و موم رها می شوند، اما ممکن است با موادی مانند موم یا سیالات سیلیکونی آغشته شوند تا خواص سطحی خاصی داشته باشند.

آندایزینگ دسته ای و کویل

آندایزینگ دسته ای و سیم پیچ در پنج مرحله با دقت کنترل شده، کالیبره شده و با کیفیت تست شده انجام می شود:

1. تمیز کردن. پاک کننده های قلیایی و/یا اسیدی چربی و کثیفی سطح را از بین می برند.
2. پیش فرآوری
   ◦ اچینگ. سطح مات جذابی با محلول های داغ هیدروکسید سدیم ایجاد می شود تا عیوب جزئی سطح را از بین ببرد. یک لایه نازک از آلومینیوم برداشته می شود تا یک روکش مات یا مات ایجاد شود.
   ◦ روشن کننده یک روکش آینه نزدیک با مخلوط غلیظی از اسیدهای فسفریک و نیتریک ایجاد می شود که از نظر شیمیایی سطح آلومینیوم را صاف می کند.
3. آندایز کردن فیلم آندی ساخته شده و با عبور جریان الکتریکی از یک حمام الکترولیت اسیدی که آلومینیوم در آن غوطه ور است، با فلز ترکیب می شود. ضخامت پوشش و ویژگی های سطح محکم هستند کنترل می شود تا مشخصات محصول نهایی را برآورده کند.
4. رنگ آمیزی. رنگ آمیزی به یکی از چهار راه به دست می آید:
   در اینجا اطلاعات دقیقی در مورد مقایسه دو مورد از رایج‌ترین فرآیندهای رنگ‌آمیزی مورد استفاده ارائه شده است: (توجه داشته باشید – این دو نوع فرآیند رنگ‌های یکسان تولید نمی‌کنند؛ هر دو می‌توانند بیش از حد رنگ شوند. منبع: بولتن فنی شورای آنودایزرهای آلومینیومی شماره 1-94، صادر شده در ژانویه، 1994.) زیر را ببینید.
5. آب بندی. این فرآیند منافذ لایه آندی را می بندد و سطحی را در برابر لکه، سایش، خراشیدگی و تخریب رنگ مقاوم می کند.کنترل کیفیت. در طول کل فرآیند آندایزینگ، اعضای AAC بر روند و کیفیت محصول نظارت دارند. کاربرد برق و رنگ بر روی تمام دسته ها و کویل ها از قبل برنامه ریزی شده و تایید شده است.این کنترل کیفیت یکنواختی را با مشخصات محصول نهایی برای ضخامت فیلم، چگالی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، یکنواختی رنگ، مقاومت در برابر محو شدن، بازتاب‌پذیری، وضوح تصویر، خواص عایق، چسبندگی تضمین می‌کند. و آب بندیدر بسیاری از موارد، اعضای AAC از روش‌های کنترل فرآیند آماری (SPC) برای برآورده کردن استانداردهای دقیق تضمین کیفیت استفاده می‌کنند.

 مقایسه سطوح آندی رنگی آلومینیومی A32/A42 و A34/A44

آندایز کردن

آندایزینگ یک الکترولیتی غیرفعال طبیعی اکسید روی سطح قطعات فلزی استفاده می شود.

این فرآیند آنودایز زیرا قطعه ای که قرار آند یک سلول الکترولیتی . آندایز کردن مقاومت در برابر خوردگی و سایش را افزایش می دهد و چسبندگی بهتری را برای پرایمرها و چسب های رنگ نسبت به فلز لخت ایجاد می کند. فیلم‌های آندی را می‌توان برای چندین اثر آرایشی، یا با پوشش‌های متخلخل ضخیم که می‌توانند رنگ‌ها را جذب کنند یا با پوشش‌های شفاف نازک که تداخل امواج نور اثرات

آندایزینگ همچنین برای جلوگیری از گال شدن اجزای رزوه ای و ساخت فیلم های دی الکتریک برای خازن های الکترولیتی استفاده می شود . فیلم‌های آندی معمولاً برای محافظت از آلیاژهای آلومینیوم استفاده ، اگرچه فرآیندهایی برای تیتانیوم ، روی ، منیزیم ، نیوبیم ، زیرکونیوم ، هافنیوم و تانتالیوم . آهن یا فولاد کربن وقتی تحت شرایط میکروالکترولیتیک خنثی یا قلیایی اکسید می شود لایه برداری می شود. به عنوان مثال، اکسید آهن (در واقع هیدروکسید آهن یا اکسید آهن هیدراته ، همچنین به عنوان زنگ ) توسط حفره های آندی آندی و سطح کاتدی بزرگ تشکیل می شود، این گودال ها آنیون هایی مانند سولفات و کلرید فلز زیرین را به خوردگی تسریع می کنند. تکه‌های کربن یا گره‌های موجود در آهن یا فولاد با محتوای کربن بالا (فولاد پر کربن ، چدن ) ممکن است باعث ایجاد پتانسیل الکترولیتی شوند و در پوشش یا آبکاری تداخل ایجاد کنند. فلزات آهنی معمولاً به صورت الکترولیتی در اسید نیتریک یا با استفاده از اسید نیتریک دوددار قرمز سیاه (II, III) سخت را تشکیل دهند اکسید آهن . این اکسید حتی زمانی که روی سیم‌کشی قرار می‌گیرد و سیم‌کشی خمیده می‌شود، مطابقت باقی می‌ماند.

آندایز کردن بافت میکروسکوپی سطح و ساختار کریستالی فلز در نزدیکی سطح را تغییر می دهد. اغلب به فرآیند آب‌بندی نیاز مقاومت در برابر خوردگی است. به عنوان مثال، سطوح آلومینیوم آنودایز سخت‌تر از آلومینیوم هستند، اما مقاومت سایشی کم تا متوسطی دارند که می‌توان با افزایش ضخامت یا استفاده از مواد آب‌بندی مناسب آن را بهبود بخشید. لایه‌های آندی معمولاً بسیار قوی‌تر و چسبنده‌تر از بسیاری از انواع رنگ و آبکاری فلز هستند، اما همچنین شکننده‌تر هستند. این باعث می شود که آنها کمتر دچار ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن در اثر پیری و سایش شوند، اما بیشتر در معرض ترک خوردن ناشی از استرس حرارتی هستند.

تاریخچه

آندایزینگ برای اولین بار در مقیاس صنعتی در سال 1923 برای محافظت از دورالومین هواپیمای دریایی برابر خوردگی استفاده شد. این فرآیند اولیه اسید کرومیک ، فرآیند بنگوگ-استوارت نام داشت و در مشخصات دفاعی DEF STAN 03-24/3 ثبت شد. علیرغم الزامات قدیمی آن برای چرخه ولتاژ پیچیده که اکنون غیرضروری شناخته شده است، هنوز از آن استفاده می شود. تغییرات این فرآیند به زودی تکامل یافت و اولین فرآیند آندایزاسیون اسید سولفوریک توسط Gower و O’Brien در سال 1927 به ثبت رسید. اسید سولفوریک به زودی به رایج ترین الکترولیت آندایز کننده تبدیل شد و باقی می ماند. [1]

آندایزینگ اسید اگزالیک برای اولین بار در سال 1923 در ژاپن به ثبت رسید و بعداً به طور گسترده در آلمان به ویژه برای کاربردهای معماری مورد استفاده قرار گرفت. جایگزین شده است پلاستیک و پوشش پودری . [2] فرآیندهای اسید فسفریک جدیدترین پیشرفت عمده است، که تاکنون فقط به عنوان پیش تصفیه برای چسب ها یا رنگ های آلی استفاده می شود. [1] طیف گسترده ای از تغییرات اختصاصی و پیچیده به طور فزاینده ای از همه این فرآیندهای آندایزینگ همچنان توسط صنعت توسعه می یابد، بنابراین روند رو به رشد در استانداردهای نظامی و صنعتی طبقه بندی بر اساس خواص پوشش به جای شیمی فرآیند است.

آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و امکان رنگرزی (رنگ‌آمیزی)، روان‌کاری بهتر یا چسبندگی . با این حال، آنودایز کردن استحکام جسم آلومینیومی را افزایش نمی دهد. لایه آندی عایق . [3]

هنگامی که در معرض هوا در دمای اتاق یا هر گاز دیگر حاوی اکسیژن قرار می گیرد، آلومینیوم خالص با تشکیل یک لایه سطحی از آمورف اکسید آلومینیوم 2 تا 3 نانومتر ضخامت [4] که محافظت بسیار موثری در برابر خوردگی ایجاد می کند. آلیاژهای آلومینیوم معمولاً یک لایه اکسید ضخیم‌تر به ضخامت 5 تا 15 نانومتر تشکیل می‌دهند، اما تمایل بیشتری به خوردگی دارند. قطعات آلیاژ آلومینیوم آنودایز می شوند تا ضخامت این لایه برای مقاومت در برابر خوردگی بسیار افزایش یابد. مقاومت به خوردگی آلیاژهای آلومینیوم به طور قابل توجهی توسط عناصر یا ناخالصی‌های آلیاژی کاهش می‌یابد: مس ، آهن و سیلیکون ، [5] بنابراین آلیاژهای آلیاژهای سری 2000، 4000، 6000 و 7000 حساس‌تر هستند.

اگرچه آنودایز کردن یک پوشش بسیار منظم و یکنواخت ایجاد می کند، شکاف های میکروسکوپی در پوشش می تواند منجر به خوردگی شود. بالا و پایین، مستعد انحلال با pH شیمیایی است که منجر به کنده شدن پوشش و خوردگی زیرلایه می شود. برای مبارزه با این، تکنیک‌های مختلفی برای کاهش تعداد شکاف‌ها، وارد کردن ترکیبات شیمیایی پایدارتر در اکسید یا هر دو ایجاد شده است. به عنوان مثال، محصولات سولفوریک آنودایز شده معمولاً یا از طریق آب بندی هیدروترمال یا آب بندی رسوبی، برای کاهش تخلخل و مسیرهای بینابینی که امکان تبادل یونی خورنده بین سطح و بستر را فراهم می کند، آب بندی می شوند. مهر و موم های رسوبی پایداری شیمیایی را افزایش می دهند اما در از بین بردن مسیرهای تبادل یونی کمتر موثر هستند. اخیراً، تکنیک‌های جدیدی برای تبدیل بخشی از پوشش اکسید آمورف به ترکیبات میکروکریستالی پایدارتر توسعه یافته‌اند که بر اساس طول پیوند کوتاه‌تر، بهبود قابل توجهی را نشان داده‌اند.

برخی از قطعات آلومینیومی هواپیما، مصالح معماری و محصولات مصرفی آنودایز می شوند. آلومینیوم آنودایز شده را می‌توان در پخش‌کننده‌های MP3 ، گوشی‌های هوشمند ، ابزارهای چندگانه ، چراغ قوه ، وسایل آشپزی ، دوربین‌ها ، کالاهای ورزشی ، سلاح گرم ، قاب پنجره‌ها ، سقف‌ها ، در خازن‌های الکترولیتی و در بسیاری از محصولات دیگر هم از نظر مقاومت در برابر خوردگی و هم توانایی حفظ رنگ یافت. . اگرچه آنودایز کردن فقط مقاومت سایش متوسطی دارد، اما منافذ عمیق‌تر می‌توانند بهتر از یک سطح صاف، یک لایه روان‌کننده را حفظ کنند.

پوشش های آنودایز دارای هدایت حرارتی و ضریب انبساط خطی بسیار کمتری نسبت به آلومینیوم هستند. در نتیجه، اگر پوشش تنش حرارتی در معرض دمای بالای 80 درجه سانتیگراد (353 کلوین) قرار گیرد پوشش ممکن است ترک بخورد، اما پوسته نمی شود. [6] نقطه ذوب اکسید آلومینیوم 2050 درجه سانتی گراد (2323 درجه کلوین) است که بسیار بالاتر از دمای 658 درجه سانتی گراد (931 درجه کلوین) آلومینیوم خالص است. [6] این و عایق بودن اکسید آلومینیوم می تواند جوشکاری را دشوارتر کند.

در فرآیندهای تجاری معمولی آندایز کردن آلومینیوم، اکسید آلومینیوم به مقدار مساوی به سطح و خارج از سطح رشد می کند. [7] بنابراین، آندایز کردن ابعاد قطعه را در هر سطح به نصف ضخامت اکسید افزایش می دهد. به عنوان مثال، پوششی با ضخامت 2 میکرومتر ، ابعاد قطعه را 1 میکرومتر در هر سطح افزایش می دهد. اگر قطعه از هر طرف آنودایز شود، تمام ابعاد خطی به ضخامت اکسید افزایش می یابد. سطوح آلومینیومی آنودایز سخت‌تر از آلومینیوم هستند، اما مقاومت سایش کم تا متوسطی دارند، اگرچه می‌توان با ضخامت و آب‌بندی آن را بهبود بخشید.

فرآیند

دزموت

محلول دسموت را می توان روی سطح آلومینیوم برای حذف آلودگی ها اعمال کرد. اسید نیتریک معمولا برای از بین بردن لکه استفاده می شود، اما به دلیل نگرانی های زیست محیطی جایگزین می شود. [8] [9] [10] [11]

الکترولیز

لایه آلومینیوم آنودایز شده با عبور جریان مستقیم از یک محلول الکترولیتی رشد می کند و جسم آلومینیومی به عنوان آند (الکترود مثبت در یک سلول الکترولیتی) عمل می کند. جریان هیدروژن را در کاتد (الکترود منفی) و اکسیژن را در سطح آند آلومینیوم آزاد می کند و باعث ایجاد اکسید آلومینیوم می شود. جریان متناوب و جریان پالسی نیز امکان پذیر است اما به ندرت استفاده می شود. ولتاژ مورد نیاز محلول های مختلف ممکن است از 1 تا 300 ولت DC متغیر باشد، اگرچه بیشتر آنها در محدوده 15 تا 21 ولت قرار می گیرند. ولتاژهای بالاتر معمولاً برای پوشش های ضخیم تر تشکیل شده در اسید سولفوریک و آلی مورد نیاز است. جریان آنودایز با مساحت آلومینیومی که آندایز می شود متفاوت است و معمولاً بین 30 تا 300 / m2 متغیر A است.

12 [ ] معمولاً در یک آندایز کردن آلومینیوم (الوکسال یا الکترولیتیک اکسیداسیون آلومینیم) محلول اسیدی ، معمولاً اسید سولفوریک یا اسید کرومیک انجام می شود که به آرامی حل اکسید آلومینیوم را عمل اسید با سرعت اکسیداسیون متعادل می شود تا پوششی با نانوحفره ها به قطر 10-150 نانومتر تشکیل شود. [6] این منافذ چیزی است که به محلول الکترولیت و جریان اجازه می‌دهد تا به زیرلایه و به رشد پوشش تا ضخامت بیشتر فراتر از آنچه که توسط غیرفعال شدن خودکار تولید می‌شود ادامه دهد. [13] این منافذ اجازه می دهد تا رنگ جذب شود، با این حال، این امر باید با آب بندی همراه باشد وگرنه رنگ باقی نمی ماند. رنگ معمولاً توسط یک مهر و موم تمیز نیکل استات دنبال می شود. از آنجایی که رنگ فقط سطحی است، اکسید زیرین ممکن است به محافظت در برابر خوردگی ادامه دهد، حتی اگر سایش جزئی و خراش لایه رنگ شده را بشکند. [ نیازمند منبع ]

شرایطی مانند غلظت الکترولیت، اسیدیته، دمای محلول و جریان باید کنترل شوند تا امکان تشکیل یک لایه اکسید ثابت فراهم شود. لایه‌های سخت‌تر و ضخیم‌تر معمولاً توسط محلول‌های غلیظ‌تر در دماهای پایین‌تر با ولتاژ و جریان‌های بالاتر تولید می‌شوند. ضخامت فیلم می تواند از زیر 0.5 میکرومتر برای کارهای تزئینی روشن تا 150 میکرومتر برای کاربردهای معماری متغیر باشد.

تکمیل دوگانه

آندایزینگ را می توان در ترکیب با پوشش تبدیل کرومات انجام داد. هر فرآیند مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کند، با آندایز کردن مزیت قابل توجهی در مورد استحکام یا مقاومت در برابر سایش فیزیکی به میان می آید. دلیل ترکیب فرآیندها می تواند متفاوت باشد، با این حال، تفاوت قابل توجه بین آنودایز و پوشش تبدیل کرومات، هدایت الکتریکی فیلم های تولید شده است. اگرچه هر دو ترکیب پایدار هستند، پوشش تبدیل کرومات هدایت الکتریکی بسیار بالایی دارد. کاربردها، جایی که ممکن است مفید باشد، متنوع هستند، با این حال، موضوع اتصال به زمین به عنوان بخشی از یک سیستم بزرگتر یک موضوع واضح است.

فرآیند تکمیل دوگانه از بهترین چیزی که هر فرآیند ارائه می دهد استفاده می کند، آندایز کردن با مقاومت سایش سخت و پوشش تبدیل کرومات با هدایت الکتریکی آن. [14]

مراحل فرآیند معمولاً می‌تواند شامل پوشش تبدیل کرومات به کل جزء، و به دنبال آن پوشاندن سطح در مناطقی باشد که پوشش کرومات باید دست نخورده باقی بماند. فراتر از آن، پوشش کرومات سپس در مناطق بدون ماسک حل می شود. سپس می توان قطعه را آنودایز کرد و آندایز کردن به نواحی بدون ماسک منتقل شد. فرآیند دقیق بسته به ارائه دهنده خدمات، هندسه اجزا و نتیجه مورد نیاز متفاوت خواهد بود. این به محافظت از محصولات آلومینیومی کمک می کند.

سایر مشخصات پرکاربرد

پرکاربردترین مشخصات آندایزینگ در ایالات متحده، مشخصات نظامی ایالات متحده ، MIL-A-8625 است که سه نوع آندایزینگ آلومینیوم را تعریف می کند. نوع I آنودایز کننده کرومیک اسید، نوع II آنودایز کننده اسید سولفوریک و نوع III آندایز کننده سخت اسید سولفوریک است. سایر مشخصات آندایزینگ عبارتند از MIL-SPEC های بیشتر (مانند MIL-A-63576)، مشخصات صنعت هوافضا توسط سازمان هایی مانند SAE ، ASTM ، و ISO (به عنوان مثال، AMS 2469، AMS 2470، AMS 2471، AMS 2472، AMS 2482، AMS 2482، B580، ASTM D3933، ISO 10074، و BS 5599)، و مشخصات خاص شرکت (مانند مشخصات بوئینگ، لاکهید مارتین، ایرباس و سایر پیمانکاران بزرگ). AMS 2468 منسوخ شده است. هیچ یک از این مشخصات یک فرآیند یا شیمی دقیق را تعریف نمی کند، بلکه مجموعه ای از آزمایش ها و اقدامات تضمین کیفیت است که محصول آنودایز شده باید رعایت کند. BS 1615 انتخاب آلیاژها را برای آندایزینگ راهنمایی می کند. برای کارهای دفاعی بریتانیا، فرآیندهای آندایزاسیون کرومی و سولفوریک به ترتیب توسط DEF STAN 03-24/3 و DEF STAN 03-25/3 شرح داده شده است. [15] [16]

اسید کرومیک (نوع I)

قدیمی ترین فرآیند اسید کرومیک . این به طور گسترده ای به عنوان فرآیند بنگوگ-استوارت شناخته می شود، اما به دلیل قوانین ایمنی در مورد کنترل کیفیت هوا، زمانی که مواد افزودنی مرتبط با نوع II تلورانس ها را نمی شکند، توسط فروشندگان ترجیح داده نمی شود. در آمریکای شمالی، به عنوان نوع I شناخته می شود زیرا توسط استاندارد MIL-A-8625 تعیین شده است، اما توسط AMS 2470 و MIL-A-8625 نوع IB نیز پوشش داده شده است. در انگلستان معمولاً به عنوان Def Stan 03/24 مشخص می شود و در مناطقی که مستعد تماس با پیشرانه ها و غیره هستند استفاده می شود. استانداردهای بوئینگ و ایرباس نیز وجود دارد. اسید کرومیک لایه های نازک تر، 0.5 میکرومتر تا 18 میکرومتر (0.00002 اینچ تا 0.0007 اینچ) [17] می کند که نرم تر، انعطاف پذیرتر و تا حدی خود ترمیم شونده هستند. رنگرزی آنها سخت تر است و ممکن است به عنوان یک پیش تصفیه قبل از رنگ آمیزی استفاده شود. روش تشکیل فیلم با استفاده از اسید سولفوریک متفاوت است زیرا ولتاژ در طول چرخه فرآیند افزایش می یابد.

اسید سولفوریک (نوع II و III)

اسید سولفوریک پرمصرف ترین محلول برای تولید پوشش آنودایز شده است. پوشش هایی با ضخامت متوسط ​​1.8 میکرومتر تا 25 میکرومتر (0.00007 اینچ تا 0.001 اینچ) [17] در آمریکای شمالی به عنوان نوع II شناخته می شوند، همانطور که توسط MIL-A-8625 نامگذاری شده است، در حالی که پوشش های ضخیم تر از 25 میکرومتر (0.001 اینچ) به عنوان شناخته می شوند. نوع III، پوشش سخت، آنودایز سخت، یا آندایزینگ مهندسی شده. پوشش‌های بسیار نازک مشابه پوشش‌های تولید شده توسط آنودایز کرومیک به عنوان نوع IIB شناخته می‌شوند. پوشش‌های ضخیم نیاز به کنترل فرآیند بیشتری دارند، [6] و در یک مخزن یخچالی نزدیک محل انجماد تولید می‌شوند. نقطه ای از آب با ولتاژهای بالاتر از پوشش های نازک تر. آنودایز سخت را می توان بین 13 تا 150 میکرومتر (0.0005 تا 0.006 اینچ) ضخامت ایجاد کرد. ضخامت آندایز کردن باعث افزایش مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، توانایی حفظ روان کننده ها و PTFE ، و الکتریکی و عایق حرارتی نوع III برای حفظ مقاومت در برابر سایش نباید رنگ یا مهر و موم شود. آب بندی این امر را تا حد زیادی کاهش می دهد. استانداردهای آندایزینگ سولفوریک نازک (نرم/استاندارد) توسط MIL-A-8625 Types II و IIB، AMS 2471 (رنگ نشده) ارائه شده است. و AMS 2472 (رنگ شده)، BS EN ISO 1237 3/1 (تزیینی)، BS 3987 (معماری). استانداردهای آندایزینگ سولفوریک غلیظ توسط MIL-A-8625 Type III، AMS 2469، BS ISO 10074، BS EN 2536 و AMS 2468 منسوخ و DEF STAN 03-26/1 ارائه شده است.

اسید آلی

اگر در اسیدهای ضعیف با ولتاژ بالا، چگالی جریان بالا و تبرید قوی انجام شود، آنودایز کردن می‌تواند رنگ‌های یکپارچه مایل به زرد را بدون رنگ ایجاد کند. [6] سایه های رنگ محدود به طیفی است که شامل زرد کم رنگ، طلایی، برنز عمیق، قهوه ای، خاکستری و سیاه می شود. برخی از تغییرات پیشرفته می توانند یک پوشش سفید با بازتاب 80٪ ایجاد کنند. سایه رنگ تولید شده به تغییرات متالورژی آلیاژ زیرین حساس است و نمی تواند به طور مداوم بازتولید شود. [2]

آنودایز کردن در برخی از اسیدهای آلی، به عنوان مثال اسید مالیک ، می تواند وارد یک وضعیت “فرار” شود، که در آن جریان اسید را به سمت آلومینیوم با شدت بیشتری نسبت به حالت عادی هدایت می کند و در نتیجه حفره های بزرگ و زخم ایجاد می کند. همچنین، اگر جریان یا ولتاژ بیش از حد بالا باشد، “سوزاندن” می تواند ایجاد شود. در این حالت، منابع به گونه ای عمل می کنند که گویی مناطق سیاه و سفید تقریباً کوتاه و بزرگ، ناهموار و بی شکل ایجاد می شوند.

آنودایز رنگی یکپارچه عموماً با اسیدهای آلی انجام می شود، اما همین اثر در آزمایشگاه هایی با اسید سولفوریک بسیار رقیق ایجاد شده است. آندایزاسیون رنگی یکپارچه در ابتدا با اسید اگزالیک شد، اما سولفونه ترکیبات معطر حاوی اکسیژن، به ویژه اسید سولفوسالیسیلیک ، از دهه 1960 رایج تر شده است. [2] می توان به ضخامت تا 50 میکرومتر دست یافت. آندایزینگ اسید آلی توسط MIL-A-8625 نوع IC نامیده می شود.

اسید فسفریک

آنودایز کردن را می توان در اسید فسفریک، معمولاً به عنوان آماده سازی سطح برای چسب ها انجام داد. این در استاندارد ASTM D3933 توضیح داده شده است.

حمام بورات و تارتارات

آنودایز کردن را می توان در بورات یا تارتاراتی که در آنها اکسید آلومینیوم نامحلول است نیز انجام داد. در این فرآیندها با پوشاندن کامل قطعه، رشد پوشش متوقف می شود و ضخامت به طور خطی با ولتاژ اعمال شده مرتبط است. [6] این پوشش‌ها نسبت به فرآیندهای اسید سولفوریک و کرومیک فاقد منافذ هستند. [6] این نوع پوشش به طور گسترده ای برای ساخت خازن های الکترولیتی استفاده می شود زیرا لایه های آلومینیومی نازک (معمولاً کمتر از 0.5 میکرومتر) در معرض خطر سوراخ شدن توسط فرآیندهای اسیدی هستند. [1]

اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما

اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما یک فرآیند مشابه است، اما در جایی که ولتاژهای اعمال می شود. این باعث ایجاد جرقه و ایجاد پوشش های کریستالی/سرامیکی بیشتر می شود.

سایر فلزات

منیزیم

منیزیم در درجه اول به عنوان آغازگر رنگ آنودایز می شود. یک فیلم نازک (5 میکرومتر) برای این کار کافی است. [18] پوشش‌های ضخیم‌تر از 25 میکرومتر و بالاتر می‌توانند هنگام مهر و موم شدن با روغن، موم یا سیلیکات سدیم . [18] استانداردهای آندایز کردن منیزیم در AMS 2466، AMS 2478، AMS 2479 و ASTM B893 آمده است.

نیوبیم

نیوبیم به روشی مشابه تیتانیوم با طیفی از رنگ های جذاب که در اثر تداخل در ضخامت های مختلف فیلم تشکیل می شود، آنودایز می شود. باز هم ضخامت فیلم به ولتاژ آندایزینگ بستگی دارد. [19] [20] موارد استفاده شامل جواهرات و سکه های یادبود است.

تانتالوس

تانتالیوم به طور مشابه با تیتانیوم و نیوبیم آنودایز می شود و طیفی از رنگ های جذاب در اثر تداخل در ضخامت های مختلف فیلم تشکیل می شود. باز هم ضخامت فیلم به ولتاژ آندایزینگ بستگی دارد و معمولاً بین 18 تا 23 آنگستروم بر ولت بسته به الکترولیت و دما متغیر است. موارد استفاده شامل خازن های تانتالیومی است.

تیتانیوم

یک لایه اکسید آنودایز دارای ضخامتی در محدوده 30 نانومتر (1.2 × اینچ 10-6 ) تا چند میکرومتر است. [21] استانداردهای آندایزینگ تیتانیوم توسط AMS 2487 و AMS 2488 ارائه شده است.

AMS 2488 نوع III آندایزاسیون تیتانیوم مجموعه‌ای از رنگ‌های مختلف را بدون رنگ تولید می‌کند که گاهی اوقات برای آن در هنر، جواهرات لباس ، جواهرات سوراخ کردن بدن و حلقه‌های ازدواج . رنگ تشکیل شده به ضخامت اکسید (که توسط ولتاژ آندایزینگ تعیین می شود) بستگی دارد. این ناشی از تداخل نوری است که از سطح اکسید منعکس می شود و نوری که از آن عبور می کند و از سطح فلز زیرین منعکس می شود. آنودایز AMS 2488 نوع II یک روکش خاکستری مات ضخیم تر با مقاومت سایش بالاتر ایجاد می کند. [22]

روی

روی به ندرت آنودایز می‌شود، اما فرآیندی توسط سازمان بین‌المللی تحقیقات روی سرب و توسط MIL-A-81801 پوشش داده شد. [18] محلولی از آمونیوم فسفات ، کرومات و فلوراید با ولتاژ تا 200 ولت می‌تواند پوشش‌های سبز زیتونی تا ضخامت 80 میکرومتر تولید کند. [18] پوشش ها سخت و مقاوم در برابر خوردگی هستند.

روی یا فولاد گالوانیزه را می توان در ولتاژهای پایین تر (20 تا 30 ولت) و همچنین با استفاده از جریان مستقیم حمام سیلیکات حاوی غلظت های مختلف سیلیکات سدیم، هیدروکسید سدیم، بوراکس، نیتریت سدیم و سولفات نیکل آنودایز کرد. [23]

رنگرزی

متداول ترین فرآیندهای آندایز کردن، به عنوان مثال، اسید سولفوریک روی آلومینیوم، سطح متخلخلی تولید می کند که می تواند رنگ ها را به راحتی بپذیرد. تعداد رنگ های رنگ تقریبا بی پایان است. با این حال، رنگ های تولید شده تمایل دارند با توجه به آلیاژ پایه متفاوت باشند. رایج ترین رنگ ها در صنعت به دلیل ارزان بودن نسبتاً زرد، سبز، آبی، مشکی، نارنجی، بنفش و قرمز هستند. اگرچه برخی ممکن است رنگ های روشن تر را ترجیح دهند، اما در عمل ممکن است تولید آنها بر روی آلیاژهای خاص مانند گریدهای ریخته گری با سیلیکون بالا و آلیاژهای آلومینیوم-مس سری 2000 . نگرانی دیگر، “پایداری نور” مواد رنگزای آلی است – برخی از رنگ ها (قرمز و آبی) به ویژه در معرض محو شدن هستند. رنگهای سیاه و طلایی که با غیر آلی ( آمونیم اگزالات آهن بیشتری دارند نور نور . آندایزینگ رنگ شده معمولاً برای کاهش یا از بین بردن خونریزی رنگ مهر و موم می شود. رنگ سفید را نمی توان به دلیل اندازه مولکول بزرگتر از اندازه منافذ لایه اکسید اعمال کرد. [24]

از طرف دیگر، فلز (معمولا قلع ) می‌تواند به صورت الکترولیتی در منافذ پوشش آندی قرار گیرد تا رنگ‌های سریع‌تری در نور ایجاد کند. رنگ های فلزی از شامپاین تا مشکی متغیر است. برنز معمولاً برای فلزات معماری .

متناوبا، رنگ ممکن است به عنوان یکپارچه از فیلم تولید شود. این کار در طی فرآیند آنودایز با استفاده از اسیدهای آلی مخلوط با سولفوریک و جریان پالسی انجام می شود.

جلوه های اسپلش با رنگ کردن سطح متخلخل بدون مهر و موم به رنگ های روشن تر و سپس پاشیدن رنگ های تیره تر روی سطح ایجاد می شود. مخلوط‌های رنگ‌های آبی و مبتنی بر حلال نیز ممکن است به‌طور متناوب اعمال شوند، زیرا رنگ‌های رنگی در مقابل یکدیگر مقاومت می‌کنند و اثرات لکه‌ای بر جای می‌گذارند.

مهر و موم کردن

آب بندی آخرین مرحله در فرآیند آندایزینگ است. محلول های آندایز کننده اسیدی منافذی را در پوشش آنودایز شده ایجاد می کنند. این منافذ می توانند رنگ ها را جذب کرده و روان کننده ها را حفظ کنند، اما همچنین راهی برای خوردگی هستند. هنگامی که خواص روانکاری حیاتی نیست، معمولاً پس از رنگرزی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفظ رنگ، آب بندی می شوند. سه نوع رایج آب بندی وجود دارد. اول اینکه، غوطه وری طولانی در آب یا بخار دیونیزه داغ (96-100 درجه سانتی گراد/205-212 درجه فارنهایت) ساده ترین فرآیند آب بندی است، اگرچه کاملاً مؤثر نیست و مقاومت سایشی را تا 20 درصد کاهش می دهد. [6] اکسید به هیدراته و تورم حاصل از تخلخل سطح را کاهش می دهد. دوم، فرآیند آب بندی در دمای متوسط ​​که در 160-180 درجه فارنهایت (60-80 درجه سانتی گراد) در محلول های حاوی افزودنی های آلی و نمک های فلزی کار می کند. با این حال، این فرآیند احتمالاً رنگ ها را پاک می کند. سوم، فرآیند آب بندی سرد، که در آن منافذ با آغشته کردن یک درزگیر در حمام با دمای اتاق بسته می شوند، به دلیل صرفه جویی در انرژی محبوبیت بیشتری دارند. پوشش های مهر و موم شده در این روش برای چسباندن چسب مناسب نیستند. تفلون ، استات نیکل ، استات کبالت و مهر و موم داغ دی کرومات استفاده می شود. MIL-A-8625 به آب بندی برای پوشش های نازک (نوع I و II) نیاز دارد و به عنوان گزینه ای برای پوشش های ضخیم (نوع III) اجازه می دهد.

تمیز کردن

سطوح آلومینیومی آنودایز شده که به طور منظم تمیز نمی شوند، مستعد لکه گیری لبه پانل ، یک نوع منحصر به فرد از رنگ آمیزی سطحی که می تواند یکپارچگی ساختاری فلز را تحت تاثیر قرار دهد.

اثرات زیست محیطی

آندایز کردن یکی از فرآیندهای تکمیل فلزات سازگار با محیط زیست است. به جز آنودایز کردن آلی (معروف به رنگ یکپارچه)، محصولات فرعی فقط حاوی مقادیر کمی از فلزات سنگین ، هالوژن ها یا ترکیبات آلی فرار هستند . آندایزینگ رنگی یکپارچه هیچ گونه VOC، فلزات سنگین یا هالوژن تولید نمی کند، زیرا تمام محصولات جانبی موجود در جریان های پساب سایر فرآیندها از رنگ ها یا مواد آبکاری آنها می آیند. [25] رایج‌ترین پساب‌های آندایزکننده، هیدروکسید و سولفات آلومینیوم ، برای تولید آلوم، بیکینگ پودر، لوازم آرایشی، کاغذ روزنامه و کود بازیافت می‌شوند یا توسط تصفیه فاضلاب صنعتی استفاده .

ملاحظات مکانیکی

آنودایز کردن سطح را افزایش می دهد زیرا اکسید ایجاد شده فضای بیشتری را نسبت به فلز پایه تبدیل شده اشغال می کند. [26] این به طور کلی نتیجه ای نخواهد داشت، مگر در مواردی که تحمل سختی وجود دارد. در این صورت، ضخامت لایه آندایز کننده باید هنگام انتخاب ابعاد ماشینکاری در نظر گرفته شود. یک روش کلی در نقشه‌کشی مهندسی این است که مشخص شود “ابعاد پس از اتمام تمام سطوح اعمال می‌شود”. این کارگاه ماشین‌آلات را مجبور می‌کند تا ضخامت آنودیزاسیون را هنگام انجام ماشین‌کاری نهایی قسمت مکانیکی قبل از آندایزاسیون در نظر بگیرد. همچنین در مورد سوراخ‌های کوچک رزوه‌شده برای پذیرش پیچ‌ها ، آنودایز کردن ممکن است باعث اتصال پیچ‌ها شود، بنابراین سوراخ‌های رزوه‌شده ممکن است ضربه برای بازیابی ابعاد اولیه از طرف دیگر، ممکن است از شیرهای مخصوص بزرگ برای جبران این رشد استفاده شود. در مورد سوراخ‌های بدون رزوه که پین‌ها یا میله‌های با قطر ثابت را می‌پذیرند، ممکن است یک سوراخ کمی بزرگ برای تغییر ابعاد مناسب باشد. بسته به آلیاژ و ضخامت پوشش آنودایز شده، ممکن است اثر منفی قابل توجهی بر عمر خستگی داشته باشد. برعکس، آنودایز کردن ممکن است با جلوگیری از ایجاد حفره خوردگی، عمر خستگی را افزایش دهد.

آنودایز یک فرآیند الکترولیتی برای تولید پوشش‌های اکسیدی ضخیم، معمولاً روی آلومینیوم و آلیاژهای آن است. لایه اکسید معمولاً 5 تا 30 میکرومتر ضخامت دارد و برای ایجاد مقاومت سطحی در برابر سایش و خوردگی یا به عنوان یک لایه تزئینی استفاده می شود.

در فرآیند الکترولیتی

اجزای مورد درمان به صورت آند در محلول اسید رقیق ساخته می شوند. اکسیداسیون در سطح جزء رخ می دهد و در نتیجه یک فیلم اکسیدی منسجم تشکیل می شود که بسیار به زیرلایه فلزی زیرین می چسبد. اکثر آندایز بر روی آلومینیوم و آلیاژهای آن انجام می شود. مواد دیگری که می توانند آندایز شوند عبارتند از آلیاژهای منیزیم و تیتانیوم.

قبل از انجام آنودایز، سطح آلیاژ آلومینیوم باید پیش تصفیه شود. این پیش تصفیه بر ظاهر نهایی و خواص پوشش آنودایز تأثیر می گذارد. انواع پیش تصفیه می تواند از فرآیندهای مکانیکی مانند پرداخت ساینده تا عملیات شیمیایی مانند براق کننده شیمیایی یا پرداخت الکترولیتی متغیر باشد. علاوه بر این، هر گونه ماشینکاری، سوراخکاری یا جوشکاری جزء باید قبل از آندایز انجام شود.

سه نوع محلول الکترولیت معمولاً در فرآیند آنودایز استفاده می شود. اولی محلول 10-15% اسید سولفوریک در دمای 25 درجه سانتیگراد است. این الکترولیت سرعت تشکیل پوششی در حدود 25 میکرومتر در ساعت می دهد. محلول الکترولیت دوم مخلوطی از اسید سولفوریک و اسید اگزالیک در دمای 30 درجه سانتی گراد است. این نرخ تشکیل پوشش بالاتری در حدود 30 میکرومتر در ساعت می دهد. الکترولیت سوم 10٪ اسید کرومیک در دمای 38-42 درجه سانتیگراد است که سرعت تشکیل فیلم در حدود 15 میکرومتر در ساعت می دهد. این پوشش های آنودایز معمولی متخلخل و شفاف هستند و معمولاً با رنگ ها برای پوشش های تزئینی استفاده می شوند.

“آندایز سخت”

به تهیه پوشش های اکسید ضخیم تر، حدود 25-100 میکرومتر، با سختی بالاتر معمولاً 500-900 HV اشاره دارد و برای ایجاد سطح مقاوم در برابر سایش به آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود. این امر با استفاده از مخلوط اسید سولفوریک/اسید اگزالیک در غلظت‌های بالاتر و در دماهای پایین‌تر حدود 0-10 درجه سانتی‌گراد به دست می‌آید. پوشش های تولید شده به رنگ خاکستری تا سیاه و غیر متخلخل هستند. همه آلیاژهای آلومینیوم را نمی توان آنودایز کرد تا پوشش های آندایز شده سخت ایجاد شود. آلیاژهای سری 5xxx و 6xxx به خوبی به آنودایز سخت پاسخ می‌دهند، در حالی که آلیاژهای 2xxx و سایر آلیاژها، از جمله آلیاژهای ریخته‌گری با محتوای مس و سیلیکون بالا، جواب نمی‌دهند. برای این آلیاژهای حاوی سیلیکون و مس بالاتر، لایه آنودایز متخلخل و سختی پایینی دارد.

آنودایز سخت اغلب کم هزینه ترین پوشش مقاوم در برابر سایش است که می تواند روی آلیاژهای آلومینیوم اعمال شود و به ویژه برای محافظت در برابر سایش کم تنش مناسب است. در نتیجه، پوشش آنودایز سخت اغلب با اجزای آلومینیومی در سیستم‌های کشویی استفاده می‌شود. این پوشش‌ها همچنین برای محافظت از اجزای آلومینیومی که سایش به کمک سیال، فرسایش دوغاب، فرسایش ذرات جامد و فرسایش مایع را تجربه می‌کنند، کاربرد دارند. پوشش آنودایز شده همچنین در برابر بسیاری از مواد شیمیایی به استثنای قلیاها مقاوم است. آنودایز برای کاربردهای سایش ضربه ای به دلیل ماهیت شکننده بودن پوشش استفاده نمی شود.

آندایزینگ چیست؟