Was macht das Eloxieren von Aluminium zu einem Wendepunkt in der Fertigung? Dieses Verfahren verbessert nicht nur die Haltbarkeit und das Aussehen von Aluminium, sondern sorgt auch für eine erhöhte Korrosions- und Verschleißfestigkeit. Von alltäglichen Gegenständen wie Küchenutensilien bis hin zu spezieller Militärausrüstung verwandelt das Eloxieren Aluminium in ein vielseitiges, leistungsstarkes Material. In diesem Artikel werden verschiedene Eloxalverfahren, aktuelle Fortschritte und praktische Anwendungen vorgestellt, damit Sie verstehen, wie Eloxal die Qualität und Funktionalität von Aluminiumprodukten erheblich verbessern kann. Tauchen Sie ein und entdecken Sie die Wissenschaft und die Vorteile des Eloxierens von Aluminium!
Die Elektrolyse dient zur Bildung einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche von Metall- oder Legierungsteilen, indem die Teile als Anoden verwendet werden.
Die Metalloxidschicht verändert den Oberflächenzustand und die Eigenschaften, wie z. B. die Oberflächenfärbung, die verbesserte Korrosionsbeständigkeit, die erhöhte Verschleißfestigkeit und Härte sowie den Schutz der Metalloberfläche.
Beim Eloxieren von Aluminium zum Beispiel werden Aluminium und seine Legierungen in entsprechende Elektrolyte (wie Schwefelsäure, Chromsäure, Oxalsäure usw.) als Anoden eingelegt, und die Elektrolyse wird unter bestimmten Bedingungen und unter Zufuhr von Fremdstrom durchgeführt.
Das Aluminium oder seine Legierung an der Anode oxidiert und bildet auf der Oberfläche eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke von 5-20 Mikrometern. Harte Eloxalschichten können eine Dicke von 60-200 Mikrometern erreichen.
Nach dem Eloxieren sind die Härte und die Verschleißfestigkeit des Aluminiums oder seiner Legierung verbessert und erreichen 250-500 kg/Quadratmillimeter. Der harte Eloxalfilm hat auch eine gute Hitzebeständigkeit, mit einem Schmelzpunkt von bis zu 2
In der praktischen Anwendung ist das Eloxieren von Aluminiumlegierungen ist weit verbreitet und kann im täglichen Leben verwendet werden, da durch dieses Verfahren eine harte Schutzschicht auf der Oberfläche von Aluminiumteilen entsteht, die sich für die Herstellung von Küchenutensilien und anderen Haushaltsgegenständen eignet.
Allerdings ist die Eloxierung von Aluminiumguss hat schlechte Ergebnisse, mit unebenen Oberflächen und nur schwarzer Färbung. Das Eloxieren von Profilen aus Aluminiumlegierungen ist relativ besser.
In den letzten Jahren hat sich die Technologie der Aluminiumoxidationsfärbung in China rasant entwickelt, und viele Fabriken haben neue Verfahrenstechniken eingeführt und reiche Erfahrungen in der tatsächlichen Produktion gesammelt.
Es gibt viele ausgereifte und in der Entwicklung befindliche Verfahren zum Eloxieren von Aluminium und seinen Legierungen, aus denen je nach Produktionsbedarf geeignete Prozesse ausgewählt werden können.
Vor der Auswahl eines Oxidationsverfahrens ist es wichtig, das Material Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu kennen, da die Qualität des Materials und seine Zusammensetzung die Qualität des eloxierten Aluminiumprodukts direkt beeinflussen.
Wenn die Oberfläche des Aluminiums beispielsweise Defekte wie Blasen, Kratzer, Abblätterungen, Unebenheiten usw. aufweist, sind diese auch nach dem Eloxieren noch sichtbar. Auch die Legierungszusammensetzung wirkt sich direkt auf das Aussehen der eloxierten Oberfläche aus.
Aluminiumlegierungen, die 1-2% Mangan enthalten, färben sich beispielsweise nach der Oxidation bräunlich-blau, und ein höherer Mangangehalt führt zu einer Umwandlung von bräunlich-blauer in dunkelbraune Farbe.
Aluminiumlegierungen mit einem Siliziumgehalt von 0,6-1,5% werden nach der Oxidation grau, während solche mit einem Siliziumgehalt von 3-6% weiß-grau werden. Zinkhaltige Legierungen erscheinen milchig, während chromhaltige Legierungen ungleichmäßige Farben aufweisen, die von goldgelb bis grau reichen, und nickelhaltige Legierungen erscheinen hellgelb.
Im Allgemeinen enthalten nur Aluminiumlegierungen mit mehr als 5% Magnesium und Titan kann nach der Oxidation ein transparentes und glänzendes Aussehen erreichen.
Nach der Auswahl geeigneter Aluminium- und Aluminiumlegierungswerkstoffe ist die Wahl des geeigneten Eloxalverfahrens zu berücksichtigen.
Derzeit sind die Schwefelsäureoxidation, die Oxalsäureoxidation und die Chromsäureoxidation in China weit verbreitet und wurden in Handbüchern und Büchern ausführlich dokumentiert. In diesem Artikel werden einige neue Verfahren, die derzeit in China entwickelt werden, sowie ausländische Methoden kurz vorgestellt.
Die Verwendung eines Oxalsäure-Methansäure-Gemischs beruht auf der Idee, dass Methansäure ein starkes Oxidationsmittel ist und die Auflösung der inneren Schicht (Sperrschicht und Blockierschicht) des Oxidfilms beschleunigen kann, was zur Bildung einer porösen äußeren Schicht führt.
Diese Art von Lösung kann die Leitfähigkeit (d. h. die Stromdichte) erhöhen, so dass sich der Oxidfilm schnell bilden kann. Im Vergleich zur reinen Oxalsäureoxidation kann diese Lösung die Produktivität um 37,5% erhöhen und den Stromverbrauch senken (3,32 kWh pro Quadratmeter bei der Oxalsäureoxidation gegenüber 2 kWh pro Quadratmeter bei diesem Verfahren), was 40% Strom einspart.
Die Prozessformel lautet wie folgt: Oxalsäure 4-5%, Methansäure 0,55%, Drehstrom 44 V, Stromdichte 2-2,5 A/d㎡, Temperatur 30±2℃.
Diese Methode wurde 1976 offiziell in die japanische Norm aufgenommen und von Kita-sei Nissho Co. übernommen. Es zeichnet sich durch schnelle Filmbildung, höhere Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Films im Vergleich zur herkömmlichen Schwefelsäureoxidation aus.
Die Folie ist silberweiß und eignet sich zum Bedrucken und Färben von Produkten. Nachdem die chinesische Aluminiumindustrie Japan besucht hatte, wurde dieses Verfahren 1979 zur Anwendung empfohlen.
Die empfohlene Verfahrensformel lautet: H2SO4 10-20%, COOHCOOH-2H2O 1-2%, Spannung 10-20 V, Stromdichte 1-3 A/d㎡, Temperatur 15-30℃, Zeit 30 Minuten.
Bei der keramischen Oxidation werden hauptsächlich Chromsäure, Borsäure und Kaliumtitanoxalat als Elektrolyte verwendet und bei hoher Spannung und Temperatur elektrolytisch behandelt.
Der Film ist wie eine Glasur auf Keramik, mit hoher Korrosionsbeständigkeit, guter Verschleißfestigkeit und kann mit organischen oder anorganischen Farbstoffen gefärbt werden, was ihm einen besonderen Glanz und eine besondere Farbe verleiht. Sie wird hauptsächlich für Aluminiumkochgeschirr, Feuerzeuge und Goldstifte verwendet und ist bei den Verbrauchern sehr beliebt.
Die militärische Farboxidation wird hauptsächlich zur Verzierung von militärischen Aluminiumprodukten verwendet und erfordert daher besondere Schutzeffekte. Die Oxidschicht ist militärgrün, nicht glänzend, verschleißfest, langlebig und hat gute Schutzeigenschaften.
Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Oxalsäure-Oxidation durchgeführt, um eine goldgelbe Schicht zu erzeugen, die dann einer anodischen Oxidationsbehandlung mit einer Lösung aus 20 g/l Kaliumpermanganat und 1 g/l H2SO4 unterzogen wird. Die Shenyang Aluminum Products Factory hat dieses Verfahren zur Herstellung von militärischen Wasserflaschen und Kochgeschirr verwendet.
Die bereits gefärbte, aber nicht geschlossene anodische Oxidschicht wird mit Chromsäure oder Oxalsäure benetzt, so dass sich CrO3 ausbreitet.
Die Oberfläche des gefärbten Produkts verblasst, wenn sie von CrO3 benetzt wird, und die Oxalsäure oder Chromsäure wird je nach Bedarf mit Wasser abgewaschen, wodurch die Reaktion mit dem Bild im Allgemeinen beendet wird.
Dann wird der zweite Farbstoff aufgetragen, oder der CrO3-Wisch-, Spül- und Färbevorgang wird wiederholt, um je nach Bedarf Muster wie Blumen und Wolken zu erzeugen.
Diese Methode ist derzeit bei Produkten wie Goldbechern, Wassertassen, Teedosen und Feuerzeugen weit verbreitet.
Nachdem das Produkt oxidiert und mit der ersten Farbe eingefärbt wurde, wird es getrocknet und anschließend in Wasser getaucht, wobei die Oberfläche mit Fett bestrichen wird.
Beim Anheben oder Eintauchen fließen das Fett und das Wasser auf natürliche Weise ab und verursachen unregelmäßige streifenförmige Flecken auf der Folie. Wenn der zweite Farbstoff aufgetragen wird, kann die oxidierte Folie dort, wo sie mit Fett befleckt ist, nicht gefärbt werden, während der fettfreie Teil mit dem zweiten Farbton eingefärbt wird und ein marmorartiges unregelmäßiges Muster bildet.
Diese Methode findet sich in dem Artikel von Genosse Zhou Shouyu von der staatlichen Yangjiang-Messerfabrik in Guangdong (Electroplating and Coating, 1982, Ausgabe 2).
Nach mechanisches Polieren und Entfettung werden die Aluminiumerzeugnisse mit Maskierungsmitteln oder lichtempfindlichen Materialien beschichtet und getrocknet. Anschließend werden sie einem chemischen Ätzverfahren (Fluorid- oder Eisensalzätzmittel) unterzogen, um konkav-konvexe Muster zu bilden.
Nach dem elektrochemischen Polieren und der anodischen Oxidation entsteht ein Oberflächenmuster, das mit dem Aussehen von rostfreiem Stahl vergleichbar ist und eine starke Anmutung des Hauptkörpers aufweist. Es wird derzeit für Produkte wie Goldstifte, Teedosen und Bildschirme verwendet.
Für die Oxidation mit H2SO4 ist in der Regel eine Kühlvorrichtung erforderlich, was zu einem hohen Stromverbrauch führt. Die Zugabe von Alpha-Hydroxypropionsäure und Glycerin kann die Auflösung des Oxidfilms unterdrücken, so dass die Oxidation bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann.
Im Vergleich zur herkömmlichen Schwefelsäureoxidation kann die Schichtdicke um das Doppelte erhöht werden. Die empfohlene Verfahrensrezeptur lautet:
| H2SO4 | 150～160g/l |
| CH3CH(OH)COOH | 18ml/l |
| CH2OHCHOHCH2OH | 12ml/l |
| Stromdichte | 0,8-12 A/d㎡ |
| Spannung | 12-18V |
| Temperatur | 18-22℃ |
Die Korrosionsbeständigkeit der Filmschicht ist ähnlich wie die des anodischen Oxidfilms mit Schwefelsäure. Die leitfähige Oxidschicht hat einen geringeren Kontaktwiderstand und kann Strom leiten, während die H2SO4 Die anodische Oxidschicht kann aufgrund ihres hohen Übergangswiderstands keinen Strom leiten.
Die Korrosionsbeständigkeit der leitfähigen Oxidschicht ist viel stärker als die von verkupfertem, versilbertem oder verzinntem Aluminium.
Der Nachteil ist, dass die Folienschicht nicht verzinnt werden kann, sondern nur Punktschweißen verwendet werden kann. Die empfohlene Prozessformulierung lautet: CrO3 4g/l, K4Fe(CN)6-3H2O 0,5g/l, NaF 1g/l, Temperatur 20-40℃, Zeit 20-60 Sekunden.
Bei der Auswahl von Aluminium für die anodische Oxidation sollte auch Folgendes beachtet werden:
(1) Die Oberfläche des ausgewählten Aluminiums sollte keine schweren Kratzer, Strukturfehler oder Einschlüsse aufweisen. Sie beeinträchtigen das Aussehen und die Korrosionsbeständigkeit der Oxidschicht.
(2) Einige Aluminiumlegierungen sollten nach angemessenen Spezifikationen wärmebehandelt werden. Die Größe der Körner hat einen gewissen Einfluss auf die Struktur und die Eigenschaften der Oxidschicht. Grobe Körner reagieren bei der Oxidation ungleichmäßig, was oft zu einem orangenschalenartigen Aussehen führt. Daher ist es generell erwünscht, dass das Aluminium eine feine Kornstruktur aufweist.
In den letzten Jahren hat das Ausland eine rasante Entwicklung im Bereich Aluminium Oberflächenbehandlung. Alte Verfahren, die früher arbeits-, energie- und ressourcenintensiv waren, wurden reformiert, und neue Verfahren und Technologien haben in der industriellen Produktion breite Anwendung gefunden.
Bei der anodischen Hochgeschwindigkeits-Oxidation wird vor allem die Zusammensetzung der Elektrolytlösung verändert und die Impedanz der Elektrolytlösung verringert, wodurch höhere Stromdichten für die anodische Hochgeschwindigkeits-Oxidation möglich werden.
Die Filmbildungsgeschwindigkeit des alten Verfahrens mit einer 1A/d㎡-Stromdichte betrug 0,2~0,25μ/min, während die Filmbildungsgeschwindigkeit dieses neuen Verfahrens mit der modifizierten Lösung auf 0,4~0,5μ/min erhöht werden kann, selbst mit einer 1A/dm2 Stromdichte, was die Bearbeitungszeit erheblich verkürzt und die Produktionseffizienz verbessert.
Die Tomita-Methode hat eine viel kürzere Verarbeitungszeit als das alte Verfahren, und die Produktionseffizienz kann um mehr als 33% gesteigert werden. Diese Methode ist nicht nur für gewöhnliche anodische Oxidschichten, sondern auch für harte Oxidschichten geeignet.
Wenn ein harter Film hergestellt werden soll, wird eine Methode zur Senkung der Lösungstemperatur verwendet. Die Geschwindigkeit der Filmbildung ist im Allgemeinen dieselbe wie in der obigen Tabelle angegeben. Die Beziehung zwischen Filmhärte und Lösungstemperatur ist wie folgt:
Das Verfahren zur Herstellung eines Rubinfilms auf der Oberfläche von Aluminium ist ein neuartiges Verfahren. Die Farbe der Folie kann mit der von künstlichen Rubinen vergleichbar sein, was sie ideal für dekorative Zwecke macht. Außerdem ist sie sehr korrosionsbeständig und verschleißfest.
Anders Metallarten Oxide in der Lösung können verwendet werden, um eine Vielzahl von Erscheinungsbildern zu erzeugen. Das Verfahren umfasst zunächst die Anodisierung mit 15%-Schwefelsäure bei einer Stromdichte von 1A/dm2 80 Minuten lang.
Anschließend wird das Werkstück in ein (NH4)2CrO4 Lösung in verschiedenen Konzentrationen für 30 Minuten bei 40℃, je nach gewünschter Farbintensität, damit die Metallionen in die Poren des anodischen Oxidfilms eindringen können.
Danach wird das Werkstück in eine Lösung aus Natriumbisulfat (1 Gramm Molekulargewicht) und Ammoniumbisulfat (1,5 Gramm Molekulargewicht) bei 170℃ mit einer Stromdichte von 1A/dm getaucht.2. Der resultierende Film hat eine purpurrote Farbe mit einem fluoreszierenden Schimmer, während Fe2(CrO4)3 oder Na2CrO4 Lösungen ergeben blaue Filme mit tiefvioletter Fluoreszenz.
Die Asada-Elektrolytierung ist ein Verfahren, bei dem nach dem Eloxieren Metallkationen (Nickel-, Kupfer-, Kobaltsalze usw.) in den Boden der Nadellöcher der Oxidschicht elektrolysiert werden, um Farbe zu erzeugen. Dieses Verfahren hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt, vor allem weil damit die in der Bauindustrie beliebten Farben Bronze und Schwarz erzielt werden können.
Die erzeugten Farben sind stabil und widerstandsfähig gegen raue Wetterbedingungen. Dieses Verfahren kann im Vergleich zu natürlichen Färbemethoden Energie sparen.
Fast alle architektonischen Bauwerke Japans Aluminiumprofile werden mit dieser Methode eingefärbt.
Die natürliche Färbemethode vollendet die Färbung in einer Elektrolyse.
Es werden mehrere Arten von Lösungen verwendet, darunter Salicylsäure und Schwefelsäure, Sulfonsäure und Titansäure sowie Sulfonsäure und Maleinsäure.
Da bei der natürlichen Färbemethode meist organische Säuren verwendet werden, ist die Oxidschicht relativ dicht und weist eine ausgezeichnete Licht-, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auf.
Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass die Zusammensetzung des Aluminiumlegierungsmaterials streng kontrolliert werden muss, um ausgezeichnete Farben zu erhalten.
1. Anodisieren mit Schwefelsäure.
Die Anodisierung mit Schwefelsäure hat folgende Eigenschaften:
(1) Niedrige Kosten der Lösung, einfache Zusammensetzung, einfache Bedienung und Wartung.
Im Allgemeinen muss Schwefelsäure nur auf eine bestimmte Konzentration verdünnt werden, ohne dass andere chemische Stoffe zugesetzt werden. Zur Verwendung empfiehlt sich chemisch reine Schwefelsäure oder Industrieschwefelsäure mit weniger Verunreinigungen, so dass die Kosten besonders niedrig sind.
(2) Hohe Transparenz der Oxidschicht.
Der mit Schwefelsäure anodisierte Film aus reinem Aluminium ist farblos und transparent. Bei Aluminiumlegierungen nimmt die Transparenz mit zunehmendem Anteil der Legierungselemente Si, Fe, Cu und Mn ab. Im Vergleich zu anderen Elektrolyten ist die Farbe der mit Schwefelsäure anodisierten Schicht die hellste.
(3) Hohe Färbeleistung.
Der Schwefelsäure-Oxidfilm ist transparent, und die poröse Schicht hat eine starke Adsorption und ist leicht zu färben und zu färben. Die Farbe ist leuchtend, verblasst nicht leicht und hat eine starke dekorative Wirkung.
(4) Die Betriebsbedingungen für die Anodisierung mit Schwefelsäure sind:
| H2SO4(Volumen) | 10%~30% |
| Temperatur ℃ | 18~22 |
| Al/g.L-1 | ≤20 |
| Stromdichte/A.dm-2 | 0.6~3 |
| Zeit/min | 10~60 |
2. Oxalsäure- und Chromsäure-Eloxal.
Die Oxalsäureanodisierung ist in Japan weit verbreitet, und die Eigenschaften der Oxidschicht sind ähnlich wie bei der Schwefelsäureanodisierung, mit einer geringeren Porosität als bei der Schwefelsäureanodisierung, hoher Korrosionsbeständigkeit und Härte. Die Kosten für die Oxalsäurelösung und die Betriebsspannung sind höher als bei Schwefelsäure, und die Farbe der Oxidschicht kann bei einigen Legierungen dunkler sein. Sowohl die Oxalsäure- als auch die Schwefelsäureanodisierung erfordern ein gutes Kühlsystem.
Die Betriebsbedingungen für die Oxalsäureanodisierung sind:
| Oxalsäure (Volumenanteil) | 2%~10% |
| Temperatur / ℃ | 15~35 |
| Stromdichte / A.dm-2 | 0.5~3 |
| Spannung/V | 40~60 |
Chromsäure-Eloxalschichten sind besonders korrosionsbeständig und werden hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Die Haftung von Chromsäureoxid-Folien und Farbe ist stark, so dass sie sich als Grundlage für Farben eignen. Die graue, undurchsichtige Chromsäure-Eloxalfolie wird im Allgemeinen nicht für dekorative Zwecke verwendet.
Die Betriebsbedingungen für die Chromsäureanodisierung sind:
| CrO3/g.L-1 | 30~100 |
| Temperatur/℃ | 40~70 |
| Stromdichte/A.dm-2 | 0.1~3 |
| Spannung/V | 0~100 |
| Zeit/min | 35~60 |
3. Hart anodisiert.
In den späten Jahren des Zweiten Weltkriegs wurde zur Erhöhung der Härte und Dicke der Eloxalschicht die Temperatur des Eloxaltanks mit Schwefelsäure auf 0℃ gesenkt und die Stromdichte auf 2,7 bis 4,0 A/dm2 erhöht, wodurch eine "harte Oxidschicht" von 25 bis 50 μm erzielt wurde. Ein harter anodisierter Film kann bei 5-15℃ unter Verwendung von Oxalsäure mit einer kleinen Menge Schwefelsäure erhalten werden. In einigen Patenten werden optimierte Schwefelsäurekonzentrationen, organische Säuren oder andere Zusätze wie Benzolhexacarbonsäure für die Hartanodisierung verwendet.
In Schottland erfand Campbell die Verwendung einer überlagerten AC-DC-Stromversorgung, einen Hochgeschwindigkeits-Elektrolytstrom von 0℃ und eine Stromdichte von 25~35A/dm2, um eine harte Eloxalschicht von 100μm zu erhalten.
Heutzutage wird Impulsstrom für die Hartanodisierung verwendet, insbesondere für Aluminiumlegierungen mit hohem Kupfergehalt, die im Allgemeinen nur schwer hartanodisiert werden können. Die Verwendung von Impulsstrom kann das "Verbrennen" verhindern. Es gibt auch viele Stromversorgungen, die für das Hartanodisieren verwendet werden, wie z.B. AC-DC, verschiedene Frequenzen von einphasigen oder dreiphasigen Impulsströmen, umgekehrte Ströme, usw.
Bei der herkömmlichen DC-Hartanodisierung darf die Stromdichte im Allgemeinen 4,0 A/dm2 nicht überschreiten. Bei einphasiger Gleichrichter-Pulsstromversorgung kann der Spitzenwert des Stromimpulses sehr groß sein, aber die Aufrechterhaltung der Gleichmäßigkeit der Oxidschichtdicke ist ein wichtiges Thema.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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