L'électrolyse est utilisée pour former une fine pellicule d'oxyde à la surface de pièces en métal ou en alliage en utilisant ces pièces comme anodes. Le film d'oxyde métallique modifie l'état et les propriétés de la surface, comme la coloration de la surface, l'amélioration de la résistance à la corrosion, l'augmentation de la résistance à l'usure et de la dureté, et la protection de la surface du métal. Par exemple, dans l'aluminium [...]
L'électrolyse est utilisée pour former une fine couche d'oxyde à la surface de pièces en métal ou en alliage en utilisant ces pièces comme anodes.
Le film d'oxyde métallique modifie l'état et les propriétés de la surface, comme la coloration de la surface, l'amélioration de la résistance à la corrosion, l'augmentation de la résistance à l'usure et de la dureté, et la protection de la surface métallique.
Par exemple, dans l'anodisation de l'aluminium, l'aluminium et ses alliages sont placés dans des électrolytes correspondants (tels que l'acide sulfurique, l'acide chromique, l'acide oxalique, etc.) en tant qu'anodes, et l'électrolyse est effectuée dans des conditions spécifiques et avec un courant externe appliqué.
L'aluminium ou son alliage à l'anode s'oxyde, formant une fine couche d'oxyde d'aluminium sur la surface, d'une épaisseur de 5 à 20 microns. Les films d'anodisation dure peuvent atteindre une épaisseur de 60 à 200 microns.
Après l'anodisation, la dureté et la résistance à l'usure de l'aluminium ou de son alliage sont améliorées, atteignant 250-500 kg/millimètre carré. Le film d'anodisation dur présente également une bonne résistance à la chaleur, avec un point de fusion atteignant 2
Dans la pratique, l'anodisation des alliages d'aluminium est assez courant et peut être utilisé dans la vie quotidienne, car ce procédé crée une couche protectrice dure à la surface des pièces en aluminium, ce qui le rend adapté à la production d'ustensiles de cuisine et d'autres articles ménagers.
Cependant, l'anodisation des aluminium moulé Les résultats sont médiocres, avec des surfaces irrégulières et une coloration uniquement noire. L'anodisation des profilés en alliage d'aluminium est relativement meilleure.
Ces dernières années, la technologie de coloration par oxydation de l'aluminium s'est développée rapidement en Chine, et de nombreuses usines ont adopté de nouvelles technologies de traitement et accumulé une riche expérience dans la production réelle.
Il existe de nombreuses méthodes éprouvées et en développement pour l'anodisation de l'aluminium et de ses alliages, parmi lesquelles des procédés appropriés peuvent être sélectionnés en fonction des besoins de la production.
Avant de choisir un procédé d'oxydation, il est important de comprendre le matériau d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, car la qualité du matériau et sa composition affectent directement la qualité du produit en aluminium anodisé.
Par exemple, si la surface de l'aluminium présente des défauts tels que des bulles, des rayures, un écaillage, une rugosité, etc. La composition de l'alliage a également une incidence directe sur l'aspect de la surface anodisée.
Par exemple, les alliages d'aluminium contenant du manganèse 1-2% deviennent bleu brunâtre après oxydation, et une augmentation de la teneur en manganèse entraîne une transformation de la couleur bleu brunâtre en couleur brun foncé.
Les alliages d'aluminium contenant 0,6-1,5% de silicium deviennent gris après oxydation, tandis que ceux contenant 3-6% de silicium deviennent blanc-gris. Les alliages contenant du zinc apparaissent laiteux, tandis que les alliages contenant du chrome présentent des couleurs inégales allant du jaune doré au gris, et que les alliages contenant du nickel apparaissent jaune clair.
D'une manière générale, seuls les alliages d'aluminium contenant plus de 5% de magnésium et de titane peut obtenir un aspect transparent et brillant après oxydation.
Après avoir sélectionné les matériaux d'aluminium et d'alliage d'aluminium appropriés, il est nécessaire de choisir le procédé d'anodisation adéquat.
Actuellement, l'oxydation de l'acide sulfurique, l'oxydation de l'acide oxalique et l'oxydation de l'acide chromique sont largement utilisées en Chine et ont fait l'objet d'une documentation détaillée dans des manuels et des ouvrages. Cet article présente brièvement quelques nouveaux procédés en cours de développement en Chine et des méthodes étrangères.
L'utilisation d'un mélange d'acide oxalique et d'acide méthanoïque repose sur l'idée que l'acide méthanoïque est un puissant agent oxydant et qu'il peut accélérer la dissolution de la couche interne (couche barrière et couche de blocage) du film d'oxyde, ce qui entraîne la formation d'une couche externe poreuse.
Ce type de solution peut augmenter la conductivité (c'est-à-dire la densité de courant), ce qui permet au film d'oxyde de se former rapidement. Par rapport à l'oxydation de l'acide oxalique pur, cette solution permet d'augmenter la productivité de 37,5% et de réduire la consommation d'énergie (3,32 kWh par mètre carré pour l'oxydation de l'acide oxalique contre 2 kWh par mètre carré pour ce procédé), ce qui permet d'économiser 40% d'électricité.
La formulation du procédé est la suivante : acide oxalique 4-5%, acide méthanoïque 0,55%, courant alternatif triphasé 44 V, densité de courant 2-2,5 A/d㎡, température 30±2℃.
Cette méthode a été officiellement incluse dans la norme nationale japonaise en 1976 et adoptée par Kita-sei Nissho Co, Ltd. Elle se caractérise par la formation rapide d'un film, une plus grande dureté, une meilleure résistance à l'usure et une meilleure résistance à la corrosion que l'oxydation conventionnelle à l'acide sulfurique.
Le film est blanc argenté et convient à l'impression et à la coloration des produits. Après la visite de l'industrie chinoise des produits en aluminium au Japon, l'utilisation de cette méthode a été recommandée en 1979.
La formulation recommandée est la suivante : H2SO4 10-20%, COOHCOOH-2H2O 1-2%, tension 10-20 V, densité de courant 1-3 A/d㎡, température 15-30℃, durée 30 minutes.
L'oxydation céramique utilise principalement l'acide chromique, l'acide borique et l'oxalate de potassium et de titane comme électrolytes et subit un traitement électrolytique à haute tension et à haute température.
Le film est semblable à une glaçure sur céramique, avec une résistance élevée à la corrosion, une bonne résistance à l'usure, et peut être coloré avec des colorants organiques ou inorganiques, ce qui lui donne un éclat et une couleur particuliers. Il est principalement utilisé dans les ustensiles de cuisine en aluminium, les briquets et les stylos en or, et il est très populaire auprès des consommateurs.
L'oxydation de couleur militaire est principalement utilisée pour la décoration des produits militaires en aluminium, ce qui nécessite des effets de protection spéciaux. Le film d'oxyde est vert armée, non brillant, résistant à l'usure, durable et possède de bonnes propriétés de protection.
Le procédé consiste d'abord à réaliser une oxydation à l'acide oxalique pour générer une couche de film jaune d'or, puis à la soumettre à un traitement d'oxydation anodique à l'aide d'une solution de 20 g/l de permanganate de potassium et de 1 g/l de H2SO4. L'usine de produits en aluminium de Shenyang a utilisé ce procédé pour produire des bouteilles d'eau militaires et des ustensiles de cuisine.
La couche d'oxyde anodique déjà teintée mais non fermée est mouillée avec de l'acide chromique ou de l'acide oxalique afin que le CrO3 s'étale.
La surface du produit teint se décolore lorsqu'elle est mouillée par CrO3, et l'acide oxalique ou l'acide chromique est éliminé par lavage à l'eau dans toutes les proportions nécessaires, ce qui permet généralement d'arrêter la réaction avec l'image.
Ensuite, le deuxième colorant est appliqué, ou le processus d'essuyage, de rinçage et de teinture au CrO3 est répété pour produire des motifs tels que des fleurs et des nuages, selon les besoins.
Actuellement, cette méthode est largement utilisée dans des produits tels que les tasses en or, les gobelets d'eau, les boîtes à thé et les briquets.
Après avoir été oxydé et teinté avec la première couleur, le produit est séché puis immergé dans l'eau avec de la graisse en surface.
Lorsqu'il est soulevé ou immergé, la graisse et l'eau s'écoulent naturellement, provoquant des taches irrégulières en forme de bandes sur le film. Lorsque la deuxième teinture est appliquée, le film oxydé ne peut pas être taché là où il est taché de graisse, tandis que la partie sans graisse est teintée avec la deuxième teinte, formant un motif irrégulier en forme de marbre.
Cette méthode est décrite dans l'article du camarade Zhou Shouyu de l'entreprise d'État de Guangdong Yangjiang Knife Factory (Electroplating and Coating, 1982, numéro 2).
Après polissage mécanique Après le nettoyage et le dégraissage, les produits en aluminium sont recouverts d'agents de masquage ou de matériaux photosensibles et séchés, puis soumis à une attaque chimique (fluorure ou sels de fer) pour former des motifs concaves-convexes.
Après polissage électrochimique et oxydation anodique, le motif de surface présente une forte impression de corps principal, comparable à l'aspect de l'acier inoxydable. Il est actuellement utilisé dans des produits tels que les stylos en or, les boîtes à thé et les écrans.
En général, l'oxydation au H2SO4 nécessite un dispositif de refroidissement, ce qui entraîne une forte consommation d'énergie. L'ajout d'acide alpha-hydroxypropionique et de glycérol peut supprimer la dissolution du film d'oxyde, ce qui permet d'effectuer l'oxydation à température ambiante.
Par rapport à l'oxydation ordinaire à l'acide sulfurique, l'épaisseur du film peut être multipliée par deux. La formulation recommandée pour le processus est la suivante :
| H2SO4 | 150～160g/l |
| CH3CH(OH)COOH | 18ml/l |
| CH2OHCHOHCH2OH | 12ml/l |
| Densité de courant | 0,8-12 A/d㎡ |
| Tension | 12-18V |
| Température | 18-22℃ |
La résistance à la corrosion de la couche de film est similaire à celle du film d'oxyde anodique de l'acide sulfurique. Le film d'oxyde conducteur a une résistance de contact plus faible et peut conduire l'électricité, tandis que le film de H2SO4 Le film d'oxyde anodique ne peut pas conduire l'électricité en raison de sa résistance de contact élevée.
La résistance à la corrosion du film d'oxyde conducteur est beaucoup plus forte que celle de l'aluminium cuivré, argenté ou étamé.
L'inconvénient est que le soudage à l'étain ne peut pas être effectué sur la couche de film, mais seulement sur la couche d'étain. soudage par points peut être utilisé. La formulation recommandée est la suivante : CrO3 4g/l, K4Fe(CN)6-3H2O 0,5g/l, NaF 1g/l, température 20-40℃, durée 20-60 secondes.
Lors de la sélection de l'aluminium pour l'oxydation anodique, il convient également de tenir compte des éléments suivants :
(1) La surface de l'aluminium sélectionné ne doit pas présenter de rayures importantes, de défauts structurels ou d'inclusions. Ces éléments affectent l'aspect et la résistance à la corrosion de la couche d'oxyde.
(2) Certains alliages d'aluminium doivent être traités thermiquement selon des spécifications raisonnables. La taille des grains a un certain impact sur la structure et les propriétés du film d'oxyde. Les gros grains réagissent de manière inégale pendant l'oxydation, ce qui donne souvent un aspect de peau d'orange. C'est pourquoi il est généralement souhaitable que l'aluminium ait une structure à grains fins.
Ces dernières années, les pays étrangers ont connu un développement rapide dans le domaine de l'aluminium. traitement de surface. Les anciens processus, autrefois à forte intensité de main-d'œuvre, d'énergie et de ressources, ont été réformés, et de nouveaux processus et de nouvelles technologies ont été largement appliqués à la production industrielle.
Le processus d'oxydation anodique à grande vitesse modifie principalement la composition de la solution électrolytique et réduit l'impédance de la solution électrolytique, ce qui permet des densités de courant plus élevées pour l'oxydation anodique à grande vitesse.
La vitesse de formation du film de l'ancien procédé utilisant une densité de courant de 1A/d㎡ était de 0,2~0,25μ/min, alors que la vitesse de formation du film de ce nouveau procédé utilisant la solution modifiée peut être augmentée à 0,4~0,5μ/min même avec une densité de courant de 1A/dm.2 La densité de courant est élevée, ce qui permet de réduire considérablement le temps de traitement et d'améliorer l'efficacité de la production.
La méthode Tomita a un temps de traitement beaucoup plus court que l'ancien procédé, et son efficacité de production peut être augmentée de plus de 33%. Cette méthode convient non seulement aux films d'oxyde anodique ordinaires, mais aussi aux films d'oxyde dur.
Si l'on veut produire un film dur, on utilise une méthode permettant de réduire la température de la solution. La vitesse de formation du film est généralement la même que celle indiquée dans le tableau ci-dessus. La relation entre la dureté du film et la température de la solution est la suivante :
La production d'un film de rubis sur la surface de l'aluminium est un procédé nouveau. La couleur du film peut être comparable à celle des rubis artificiels, ce qui le rend idéal à des fins décoratives. Il présente également une bonne résistance à la corrosion et à l'usure.
Différents types de métaux Les oxydes d'aluminium présents dans la solution peuvent être utilisés pour produire une variété d'apparences. Le procédé consiste d'abord à anodiser avec de l'acide sulfurique 15% en utilisant une densité de courant de 1A/dm2 pendant 80 minutes.
Ensuite, la pièce est immergée dans un bain de vapeur (NH4)2CrO4 à différentes concentrations pendant 30 minutes à 40℃, en fonction de l'intensité de la couleur souhaitée, afin de permettre aux ions métalliques de pénétrer dans les pores du film d'oxyde anodique.
Ensuite, la pièce est immergée dans une solution de bisulfate de sodium (1 gramme de poids moléculaire) et de bisulfate d'ammonium (1,5 gramme de poids moléculaire) à 170℃ avec une densité de courant de 1A/dm.2. Le film obtenu est d'une couleur rouge pourpre avec un reflet fluorescent, tandis que le Fe2(CrO4)3 ou Na2CrO4 produiront des films bleus avec une fluorescence violette profonde.
L'électrocoloration Asada est un procédé par lequel, après l'anodisation, des cations métalliques (sels de nickel, sels de cuivre, sels de cobalt, etc.) sont électrolysés au fond des trous d'épingle du film d'oxyde pour produire de la couleur. Ce procédé s'est développé rapidement ces dernières années, notamment parce qu'il permet d'obtenir des couleurs bronze et noir, très prisées dans le secteur de la construction.
Les couleurs produites sont stables et résistent aux conditions climatiques difficiles. Ce procédé permet d'économiser de l'énergie par rapport aux méthodes de coloration naturelles.
La quasi-totalité de l'architecture japonaise profilés en aluminium sont colorés selon cette méthode.
La méthode de coloration naturelle complète la coloration en une seule électrolyse.
Plusieurs types de solutions sont utilisés, notamment l'acide salicylique et l'acide sulfurique, l'acide sulfonique et l'acide de titane, l'acide sulfonique et l'acide maléique.
Comme les acides organiques sont principalement utilisés dans la méthode de coloration naturelle, le film d'oxyde est relativement dense et présente une excellente résistance à la lumière, à l'usure et à la corrosion.
Cependant, l'inconvénient de cette méthode est que pour obtenir d'excellentes couleurs, la composition du matériau d'alliage d'aluminium doit être strictement contrôlée.
1. Anodisation à l'acide sulfurique.
L'anodisation à l'acide sulfurique présente les caractéristiques suivantes :
(1) Faible coût de la solution, composition simple, fonctionnement et entretien faciles.
En général, il suffit de diluer l'acide sulfurique jusqu'à une certaine concentration, sans ajouter d'autres agents chimiques. Il est recommandé d'utiliser de l'acide sulfurique chimiquement pur ou de l'acide sulfurique industriel contenant moins d'impuretés, de sorte que le coût est particulièrement bas.
(2) Grande transparence du film d'oxyde.
Le film anodisé à l'acide sulfurique de l'aluminium pur est incolore et transparent. Pour les alliages d'aluminium, la transparence diminue à mesure que les éléments d'alliage Si, Fe, Cu et Mn augmentent. Par rapport aux autres électrolytes, la couleur du film anodisé à l'acide sulfurique est la plus claire.
(3) Haute performance de coloration.
Le film d'oxyde d'acide sulfurique est transparent, la couche poreuse a une forte capacité d'adsorption et est facile à teindre et à colorer. La couleur est vive et ne s'estompe pas facilement, avec un fort effet décoratif.
(4) Les conditions de fonctionnement de l'anodisation à l'acide sulfurique sont les suivantes :
| H2SO4(volume) | 10%~30% |
| Température ℃ | 18~22 |
| Al/g.L-1 | ≤20 |
| Densité de courant/A.dm-2 | 0.6~3 |
| Temps/min | 10~60 |
2. Anodisation à l'acide oxalique et à l'acide chromique.
L'anodisation à l'acide oxalique est largement utilisée au Japon et les caractéristiques du film d'oxyde sont similaires à celles de l'anodisation à l'acide sulfurique, avec une porosité plus faible que l'anodisation à l'acide sulfurique, une résistance élevée à la corrosion et une grande dureté. Le coût de la solution d'acide oxalique et la tension de fonctionnement sont plus élevés que ceux de l'acide sulfurique, et la couleur du film d'oxyde de certains alliages peut être plus foncée. L'anodisation à l'acide oxalique et à l'acide sulfurique nécessite un bon système de refroidissement.
Les conditions de fonctionnement de l'anodisation à l'acide oxalique sont les suivantes :
| Acide oxalique (fraction volumique) | 2%~10% |
| Température / ℃ | 15~35 |
| Densité de courant / A.dm-2 | 0.5~3 |
| Tension/V | 40~60 |
Les films anodisés à l'acide chromique sont particulièrement résistants à la corrosion et sont principalement utilisés dans l'industrie aérospatiale. L'adhérence des films d'oxyde d'acide chromique et de la peinture est forte, ce qui les rend appropriés comme base pour la peinture. Le film anodisé gris opaque à l'acide chromique n'est généralement pas utilisé à des fins décoratives.
Les conditions de fonctionnement de l'anodisation à l'acide chromique sont les suivantes :
| CrO3/g.L-1 | 30~100 |
| Température/℃ | 40~70 |
| Densité de courant/A.dm-2 | 0.1~3 |
| Tension/V | 0~100 |
| Temps/min | 35~60 |
3. Anodisation dure.
À la fin de la Seconde Guerre mondiale, afin d'augmenter la dureté et l'épaisseur du film anodisé, la température de la cuve d'anodisation à l'acide sulfurique a été abaissée à 0℃, et la densité de courant a été augmentée à 2,7~4,0A/dm2, ce qui a permis d'obtenir un "film d'oxyde dur" de 25~50μm. Un film anodisé dur peut être obtenu à 5~15℃ en utilisant de l'acide oxalique avec une petite quantité d'acide sulfurique. Certains brevets utilisent une concentration optimisée d'acide sulfurique, des acides organiques ou d'autres additifs tels que l'acide benzène hexacarboxylique pour l'anodisation dure.
En Écosse, Campbell a inventé l'utilisation d'une alimentation superposée AC-DC, d'un flux d'électrolyte à grande vitesse, 0℃, et d'une densité de courant de 25~35A/dm2 pour obtenir un film anodisé dur de 100μm.
De nos jours, le courant pulsé est utilisé pour l'anodisation dure, en particulier pour les alliages d'aluminium à forte teneur en cuivre, qui sont généralement difficiles à anodiser dur. L'utilisation du courant pulsé permet d'éviter les "brûlures". Il existe également de nombreuses sources d'alimentation utilisées pour l'anodisation dure, telles que AC-DC, diverses fréquences de courants pulsés monophasés ou triphasés, des courants inversés, etc.
Dans l'anodisation dure traditionnelle à courant continu, la densité de courant ne peut généralement pas dépasser 4,0 A/dm2. Dans le cas d'une alimentation à impulsions par redresseur monophasé, la valeur de crête de l'impulsion de courant peut être très élevée, mais le maintien de l'uniformité de l'épaisseur du film d'oxyde est une question importante.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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