ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ЗАБАРВЛЕННЯ АНОДОВАНОГО АЛЮМІНІЮ ТА ЙОГО СПЛАВІВ - Наукові конференції
Головна
UA RU EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ЗАБАРВЛЕННЯ АНОДОВАНОГО АЛЮМІНІЮ ТА ЙОГО СПЛАВІВ

27.11.2023 20:54

[3. Технічні науки]

Автор: Королік Олександр Олександрович, студент, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ; Бик Михайло Володимирович, доцент, кандидат хімічних наук, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ


Алюміній і його сплави дедалі ширше використовуються в промисловості, все завдяки таким характеристикам, як легка вага, висока тепло- та електропровідність, висока корозійна і зносостійкість, висока пластичність. Не виключенням є й військова галузь, яка потребує не тільки стійкість до умов навколишнього середовища, але, у багатьох випадках, наявність відповідного забарвлення.

Забарвленню поверхні алюмінію передує створення шару пористого оксиду алюмінію на поверхні. Для хімічної стійкості,  утворення міцного оксидного шару, природним шляхом, є однією з головних переваг сплавів алюмінію, але товщина цього шару мала. Товщину природного оксидного шару можна штучно збільшити за допомогою анодування; цей процес покращує його стійкість до стирання та корозії, а також його механічні властивості [1]. 

Наноструктурований анодний оксид алюмінію складається з окремих в основі шестигранних комірок, що мають гексагональне розташування, яке показано на рис. 1. Покриття складається з пористого та бар'єрного шарів. Бар'єрний шар є кристалічним, тонким, компактним і непровідним, в той час як пористий шар оксиду є аморфним.





а – структура; б – поперечний переріз

Рисунок 1. Cхематичне зображення анодного пористого шару [2]

Для того щоб отримати пористий оксидний шар необхідно враховувати вплив різноманітних факторів, таких як температура, густина струму, напруга і склад електроліту.

У даній роботі проведено дослідження умов анодування і електрохімічного забарвлення на якість і колір одержаних плівок. Анодування зразків із  алюмінієвого сплаву Д16, проводили у сульфатному електроліті наступного складу: H2SO4 – 180 г/л. Площа анодованої деталі  - 0,5 дм2. Розрахована густина струму – 4 A/дм2. Інтервал досліджуваних температур – 10…40 °С. Час електролізу – 30…60 хв. Матеріал катоду – свинець марки С2. 

Зміна параметрів анодування під час отримання оксидних плівок наведена у табл. 1.

Таблиця 1. Параметри за яких проводили анодування






Зображення зразків після анодування наведено в табл. 2-3.

Таблиця 2. Фотографії анодованих деталей





Досліди №1-2. Було отримано якісну суцільну плівку, що підтверджено випробуванням пористості і товщини одержаного оксидного шару. Для  досліду 2 температура електроліту після 30 хв анодування становила 31,5 °C, після 60 хв – 34 °C, паралельно зростало газовиділення, а саме відновлення кисню за реакцією:





Експериментально визначена товщина оксидної плівки, після 60 хв анодування становила 15 мкм.

Дослід №3. У даному досліді для підтримання сталої робочої температури електроліту було використано примусове охолодження електроліту у робочій комірці за рахунок прокачування розчину через холодильну установку. Температура електроліту, за рахунок цього, на початку та у кінці експерименту становила 13,0 та 17,0°C відповідно. Відбулись візуальні зміни анодованої деталі, вона набула темно-сірого кольору, що може свідчити про нарощення оксидної плівки більшої товщини, аніж при підвищеній температурі. Експериментально визначена товщина оксидної плівки становила 50 мкм, що підтверджує висловлене припущення.

Так як більшість деталей військового спорядження знаходяться під впливом умов зовнішнього середовища то забарвлення анодних плівок на алюмінію та його сплавах є неефективним через руйнування барвників під дією ультрафіолету. Тому у даному дослідженні проведено забарвлення пористого оксидного шару за рахунок електрохімічного утворення мілкодисперсних порошків металів на змінному струмі. Склад розчину: CuSO4·5H2O – 35 г/л; MgSO4·7H2O – 20 г/л; H2SO4 – 5 г/л. Перші 5 хв, процес проводили за напруги 10 В, наступні 15 хв за напруги 15 В. Для задання і контролю напруги процесу використовували лабораторний автотрансформатор і вольтметр.

Таблиця 3. Фотографії деталей після фарбування






Дослід №4. Електролітичне фарбування анодованої деталі проводили із підтриманням сталої температури. Отримано зразок темно-сірого кольору.

Дослід №5. Температура електроліту на початку та у кінці експерименту становила 17,0 та 31,5°C відповідно, час електролізу – 30 хв. Після фарбування деталь набула темнішого кольору, ніж у досліді № 4, однак процес фарбування характеризується неоднорідністю. Брак у електролітичному фарбуванні анодованої деталі, може бути пов'язаний із недостатньо ретельною підготовкою деталі.

Дослід №6. Температура електроліту на початку та у кінці експерименту становила 18,5 та 38,5°C відповідно, час електролізу збільшений до 60 хв. Після фарбування деталь набула насиченого чорного кольору. 

Висновки

Пористість та товщину анодованого шару на алюмінію і його сплавах можна контролювати зміною умов одержання, таких як температура електроліту, час анодування та густина струму.  Електролітичне фарбування анодованих зразків на змінному струмі може надавати деталям різних відтінків. Відтінок можна регулювати зміною параметрів анодування - нижча температура (10-20°С) призводить до утворення оксидної плівки алюмінію більшої товщини, що в свою чергу сприяє утворенню світліших кольорів. Для досягнення насиченого чорного кольору анодування слід проводити за вищих температур (18,5-38,5°С).

Одержане чорне покриття відповідає вимогам корозійної і механічної стійкості та відсутності відблисків при потраплянні сонячного світла.

Література

1.Tsangaraki-Kaplanoglou, I., Theohari, S., Dimogerontakis, T., Kallithrakas-Kontos, N., Wang, Y. M., Kuo, H. H. H., & Kia, S. Effect of alloy types on the electrolytic coloring process of aluminum // Surface and Coatings Technology, 2006. –V. 200(12-13), P. 3969-3979.

2.Ahmed Mahdi Rheima, Zainab sabri Abbas, Mustafa M. Kadhim, Srwa Hashim Mohammed, Dheyaa Yahaia Alhameedi, Fadhil A. Rasen, Alaa dhari jawad al-bayati, Montather F. Ramadan, Zainab Talib Abed, Asala Salam Jaber, Safa K. Hachim, Farah K. Ali m, Zaid H. Mahmoud, Ehsan Kianfar Aluminum oxide nano porous: Synthesis, properties, and applications // Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 2023, V. 8, 100428.

Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення