آنادایز آلومینیوم

آنادایز آلومینیوم

بسیاری از فلزات به اکسید شدن تمایل دارند ولایه ی نسبتا پایداری از اکسید ،روی آنها تشکیل می شود .در شرایط معینی این لایه ی اکسید محافظت کننده است و از خوردگی سطح فلز جلوگیری می کند در عمل با استفاده از این خاصیت ، لایه ی اکسیدی یا هیدروکسیدی موجود برروی فلزات را تقویت می کنند و یا باعث ایجاد این لایه می شوند . به این نوع عملیات سطحی ، ایجاد پوشش های تبدیلی و یا اکسیدی می گویند که برای فلز آلومینیوم به آن نام آنادایز آلومینیوم گفته می شود.

به دو روش می توان این لایه ی اکسیدی را برروی فلزات ایجاد نمود:

 

 

روش شیمیایی : براثر جذب فلز یا اکسید فلزی روی سطح که باعث ایجاد یک لایه پایدار می شود . مانند :کروماته کردن
روش آندی یا الکتروشیمیایی :در این روش ، اکسید فلز در شرایط کنترل شده تشکیل شده و کاملا متراکم می باشد و یا بر اثر عملیات بعدی متراکم وغیر قابل نفوذ خواهد شد .مانند : آنادایز پروفیل آلومینیوم

آلومینیوم در شرایط معمولی هم اکسید می شود بطوری که در مجاورت هوا بطور معمول لایه ای از اکسید به صورت غیر متخلخل برروی سطوح قطعات الومینیومی تشکیل می گردد که وظیفه حفاظت از سطح فلز را در محیط برعهده دارد ،اما برتری و مزیت اکسید ایجاد شده درروش آنادایزینگ نسبت به شرایط طبیعی مقاومت بیشتر آن در مقابل خوردگی می باشد .آنادایز کردن در واقع یک نوع ضخیم کردن لایه اکسیدی به ضخامت تاچندین هزار برابر ضخامت لایه اکسید طبیعی است .

زمانی که مقاومت آلومینیوم برای انجام کار مورد نظر ما کم باشد برای افزایش مقاومت آن عمل آنادایز را روی آن اعمال میکنیم. عمل آنادایزینگ به عملی اطلاق میشود که در آن یک لایه نازک اکسیدی بر روی قطعات آلومینیوم شکل میگیرد که باعث افزایش مقاومت فلز در برابر خوردگی میشود. در این روش ضخامت لایه اکسیدی افزایش پیدا کرده و به ۱۰ تا ۲۰ میکرون و یا بیشتر میرسد.

مکانیزم کلی عمل بدین صورت است که جریان مستقیم برق از مایع الکترولیت مناسبی می گذرد که در آن آلومینیوم آند بوده و فلز مناسب دیگری کاتد می باشد. در این صورت بر سطح آلومینیوم لایه نازکی از اکسید ایجاد می گردد که ضخامت آن به عوامل گوناگونی بستگی دارد.

ورق آلومینیوم از جمله فلزات دارای اکسید سخت میباشد. به این مفهوم که اکسید آلومینیوم دارای مقاومت فیزیکی بالاتر از آلومینیوم در برابر خش خوردگی و مقاومت شیمیایی بهتری در برابر خوردگی می باشد. به همین دلیل به جهت بالا بردن مقاومت فیزیکی و شیمیایی ورق آلومینیوم اقدام به آنادایز آن مینماییم.

مراحل آنادایز کردن (آنادایزینگ)

آنادایزینگ فرایندی الکتروشیمیایی برای ضخیم‌ ترکردن لایه‌های اکسیدی موجود بر روی فلزات فعال نظیر آلومینیوم می‌باشد. این لایه‌ی آندی، برای مقاصد مختلف از در و پنجره‌ی ساختمان، وسایل صنعتی تا تجهیزات هوا- فضا به کار می‌رود.

عملیات آنادایزینگ مانند سایر روش‌های پوشش دادن شامل مراحل مختلف آماده‌سازی سطح می‌باشد. این مراحل به اختصار بدین قرارند:

1. چربی‌گیری و تمیز کردن با حلال‌ها و یا مواد قلیایی
2. لایه‌برداری یا اچ‌کاری توسط محلول سودا که مات شدن سطح را نتیجه می‌دهد.
3. آندایز کردن: ایجاد پوشش اکسیدی توسط جریان برق بر روی سطح آلومینیوم در حمام اسید سولفوریک
4. رنگ زدن (الکتروکالرینگ): رنگ کردن سطح متخلخل توسط نمک فلزات معدنی با استفاده از جریان برق
5. آب‌بندی (سیلینگ): در این مرحله، سوراخ‌های فیلم متخلخل، هیدراته شده (آلومینیوم اکسید هیدارته/ بوهمیت H2O) و پُر می‌شوند.

به منظور به دست آوردن نتایج قابل تکرار از فرآیند، باید تعداد زیادی از متغیرها  تحت کنترل نزدیک نگه داشته شوند. نخست چیزی که باید در نظر گرفته شود تاثیر ماهیت اکسید است.

آلیاژ

آلیاژ آلومینیوم خاص مورد استفاده قرار گرفته دارای یک تاثیر ادا شده بر روی سایه دار کردن، مخصوص با رنگ­های معین است. درخشان­ ترین و روشن­ ترین اکسیدهای آندی بر روی خالص ­ترین شکل آلومینیوم تولید شده ­اند، اکسیدها به عنوان مقدار ترکیبات آلیاژی افزایش یافته کند کننده می­ شوند. سوپر آلومینیوم خالص (%۹۹/۹۹ آلومینیوم) و آلیاژهای آن با مقدار کمی منیزیم، تولید یک اکسید آلومینیوم بسیار روشن می­کند که به محض وجود آندایز شدن برای مدت طولانی تیره نمی­ شوند.

آلیاژهای حاوی مس؛ مانند ۲۰۱۱، ۲۰۱۷، ۲۰۲۴، و ۲۲۱۹، اگر چه یک اکسید نازک­تر و کم دوام از فرم اکسید تشکیل می ­دهند، اما یک سایه سنگین­ تر و کامل­ تری تولید می­ کنند. بیش از %۲ منیزیم تاثیری مشابه می­گذارد اگر چه ادا نمی­شود. حضور سیلیکون گویای یک پوشش خاکستری رنگ است. آلیاژی حاوی بیش از %۵ سیلیکون برای استفاده با رنگ­های روشن توصیه نمی ­شود. وجود آهن در آلیاژ می­تواند به تیرگی زیاد یا اکسیدهای مه آلود منجر شود.

بسیاری از آلیاژهای ریختگی شامل مقادیر قابل توجهی از سیلیکون در مقیاسی بالاتر از %۱۳ هستند و دشواری موجود در آندایز کردن می­ باشند. استفاده از یک شیب اسید مخلوط (به طور معمول حاوی اسیدهای هیدرو کلریک و اسید نیتریک) قبل از آندایز کردن زمانی که با آلیاژهای با درصد بالا مواجه هستیم ارزشمند است.

از آنجا که آلیاژهای مختلف تولید سایه ­های مختلف می­کنند که عینا آندایز شده­ اند، طراح قطعات مونتاژ شده باید از سراسر آلیاژ، اگر سایه­ دار کردن از اجزای منحصر به فرد برای مطابقت باشند استفاده کند.

شرایط آنادایز کردن

متغیرهای مؤثر دیگر بر ماهیت اکسید آلومینیوم (مانند ضخامت، استحکام و تخلخل) غلظت اسید، دمای حمام آنادایزینگ، چگالی جریان (یا ولتاژ اعمال شده، که در واقع کنترل کننده چگالی جریان است)، و زمان آنادایز کردن هستند. این عوامل به منظور دستیابی به نتایج سازگار باید به شدت کنترل شود.

حمام اسید سولفوریک استاندارد آندایز کردن (نوع ۱۱) بهترین اکسیدها را برای رنگ آمیزی تولید می­کند. محلول استاندارد آندایز کردن شامل:

اسید سولفوریک ۲۰۰-۱۸۰ گرم بر لیتر

آلومینیوم ۱۲-۴ گرم بر لیتر

دما ۷۲-۶۸ درجه فارنهایت

همانطور که دمای آندایز کردن افزایش می­ یابد اکسید آلومینیوم متخلخل­تر می­شود و توانایی آن را برای جذب رنگ بهبود می­بخشد. با این حال سختی و درخشش خود را با توجه به اقدام انحلال اسید بر روی سطح اکسید از دست می­دهد. در نتیجه اندازه منافذ افزایش می­یابد، آب بندی سخت­تر می شود و مقدار بیشتری از رنگ در حمام آب بندی صافی می­شود.

اکسیدهای تولید شده توسط آندایزینگ، ممکن است در محلول­های اسیدکرومیک رنگ شود. ماهیت کدر فیلم اکسید تولید شده در این روش دارای یک اثر ناشی از سستی بر ظاهر کار رنگ شده است. در نتیجه برخی از رنگ­ها، به ویژه قرمز، که سایه­ های خوشایندی بر روی فلز آندایز شده اسید سولفوریک تولید می­کند، برای استفاده با یک پوشش اسید کرومیک نامناسب هستند.

مقاومت در برابر کم رنگ شدن این نوع اکسید رنگ شده بسیار ناچیز است، احتمالا به دلیل نداشتن ضخامت کافی دارای مقدار رنگ مورد نیاز برای ثبات نوری خوب نیست. بهترین پوشش اسید کرومیک برای رنگرزی با ۶ تا ۱۰% توسط محلول سنگین در دمای ۱۲۰ درجه تولید شده اند. پتانسیل ۴۰ تا ۶۰ استفاده شده بسته به آلیاژ، مس و مواد سیلیکونی نیاز به ولتاژ پایین­تری دارد. زمان معمول از ۴۰ تا ۶۰ دقیقه است.

آنادایز کردن تزئینی

اکسیدهای آندی تزئینی در بسیاری از برنامه ­های فراوان از بازتابنده ­های نوری تا خودروهای امروزی استفاده می­شوند. ضخامت اکسید آلومینیوم ممکن است از ۰/۱ تا ۰/۵ میلیمتر (۲/۵ تا ۱۲ میکرون) متغیر باشد. همانطور که در بالا ذکر شد رایج ­ترین الکترولیت، اسید سولفوریک است و شرایط معمول آن در زیر ذکر شده است. قطعاتی که پس از پرداخت روشن می­شوند معمولا از آلیاژهای خاص فرموله شده برای پرداخت کاری روشن، تولید شده­اند.

 شرایط معمول آندایز کردن تزئینی عبارتند از:

اسید سولفوریک ۱۸۰-۱۶۵ گرم بر لیتر

دما ۸۰-۶۰ درجه فارنهایت

چگالی جریان ۱۵-۱۰ آمپر بر فوت مربع

نسبت ولتاژ به چگالی جریان، دما، و الکترولیت

زمان ۳۰-۱۲ دقیقه بسته به ضخامت فیلم مورد نظر. برای ایجاد پوشش­ های ضخیم­تر زمان  طولانی ­تر مورد نیاز است.