ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оксидирование алюминия и его сплавов из "Коррозия и защита металлов 1959 " Алюминий и алюминиевые сплавы являются важным конструкционным материалом в самолетостроении. Они широко применяются в судостроении, транспортном машиностроении, автомобилестроении, а также для изготовления электрического провода. Все большее применение алюминий и его сплавы находяг при изготовлении предметов домашнего обихода. [c.217] Алюминий высокой чистоты стоек в ряде сред благодаря наличию на поверхности металла защитной окисной пленки А Оз. Однако коррозионная стойкость алюминия, загрязненного примесями, а также алюминиевых сплавов крайне незначительна. Примеси, образующие в металле новую структурную составляющую,, нарушают целостность окисной пленки и тем снижают ее защитные свойства. [c.217] Сопротивляемость алюминия и его сплавов коррозии может быть во много раз усилена искусственным утолщением окисной пленки АЬОз. Если алюминий и его сплавы подвергнуть химической обработке, то толщина такой пленки может быть доведена до 3—5 х (естественно образованная на воздухе пленка на алюминии имеет толщину 0,02—0,1 1 ), после электрохимического окисления толщина пленки достигает 20—30 J,, а в специальных установках —около 300 (х. [c.217] Физико-химические свойства окисной пленки зависят в значительной степени от условий ее получения состава раствора , температуры, продолжительности процесса оксидирования, характера последующей обработки пленки и т. п. [c.217] Оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют химическим и электрохимическим способами. [c.217] Химическое оксидирование имеет сравнительно ограниченное применение, так как получаемая окисная пленка по своим защитным свойствам уступает пленке, полученной электрохимически. Лишь для изделий сложной конфигурации, оксидирование которых электрохимически затрудняется вследствие ряда причин (недостаточная рассеивающая способность ванны и др.), применяют химический способ оксидирования. Химическое оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют в растворах, содержащих хроматы, в которых растворение алюминии протекает весьма медленно. [c.217] Механизм процесса анодного оксидирования трактуется исследователя.ми различно. По одному из предположений алюминий, растворяясь на аноде, образует гидрат окиси алюминия, который затем дегидратируется и твердеет с образованием окислов алюминия, процесс дегидратации сопровождается в этом случае искровым разрядом. Такое объяснение образования плотной окисной пленки не является убедительным по ряду причин. [c.218] По представлениям А. Г. Самарцева, окисная пленка образуется следующим образом. Ионы алюминия переходят с анода в раствор под влиянием приложенной разности потенциалов. В результате гидролиза образуется гидроокись алюминия А1(0Н)з последняя кристаллизуется в прианодном слое электролита, как только будет достигнуто пересыщение этого слоя А1(ОН)з. Защитная пленка возникает в реззультате кристаллизации гидроокиси алюминия в виде отдельных зародышей кристаллов, которые затем, разрастаясь, соприкасаются между собой. Пленка эта обладает электроизоляционными свойствами и так как она пористая, то проводимость электрического тока осуществляется лишь порами пленки с выделением большого количества джоулева тепла. По мнению исследователя, это тепло способствует обезвоживанию пленки. [c.218] Такая точка зрения образования окисной пленки также не является состоятельной, так как в действительности рост пленки происходит на границе раздела пленка — металл, а не с внешней стороны на границе пленка — раствор внешний слой пленки представляет относительно рыхлую гидратированную окись алюминия. [c.218] По представлениям Г. В. Акимова и Н. Д. Томашова с сотрудниками формирование анодной окисной пленки протекает следующим образом. Под влиянием извне приложенной разности потенциалов через поры тонкой пленки АЬОз, имеющейся на поверхности алюминия, проникают ионы АР+, а со стороны рас твора сквозь пленку проникают ионы 0 . Последние взаимодействуют с алюминием — анодом, образуя АЬОз с внутренней стороны пленки (2 А13++ 3 02 - АЬОз). Если электролитом является раствор серной кислоты, то наряду с образованием АЬОз происходит частичное растворение тонкой окисной пленки, обращенной к электролиту АЬОз-Н ЗН2304- -А12(504)з -Н ЗН2О. [c.218] Пленка из сплошной превращается в пористую и по мере того, как под ней вновь образуется тонкая сплошная пленка, непрерывно растет в толщину. Таким образом, пленка утолщается за счет ее роста с внутренней стороны, под слоем толстой пленки. Рост этой толстой пленки, как отмечалось выше, ограничивается растворением ее как с поверхности, так и в порах последние приобретают конусообразую форму. [c.219] При анодном оксидировании окисная пленка растет в толщину до некоторого предела, после чего ее рост прекращается. По-видимому, в этом случае скорость образования пленки равна скорости растворения ее в результате химического воздействия электролита. С ростом пленки геометрические размеры обрабатываемого изделия должны увеличиваться, так как объем образующейся окиси алюминия больше, чем объем исходного металлического алюминия, пошедшего на образование АЬОз. Однако объем металла в целом должен уменьшаться вследствие непрерывного процесса пленкообразования. Практическое отношение толщины анодной пленки к уменьшению толщины алюминиевого образца колеблется в пределах 1,8—2,1. Объемные изменения в окисной пленке вызывает также гидратация пленки — присоединение молекул воды к АЬОз. Полагают, что слой пленки, непосредственно примыкающий к металлу, представляет безводную АЬОз, далее следует моногидрат АЬОз НгО и в наружных слоях — дигидрат и даже тригидрат АЬОз -3 НгО. [c.219] По мере протекания процесса анодирования доля тока, расходуемая на выделение кислорода, возрастает. [c.219] Предложенный механизм процесса образования пленки АЬОз подтверждается косвенно в работах других исследователей, однако и эти представления следует считать лишь вероятными. Так, И. В. Кротов отрицает возможность непосредственного образования АЬОз на аноде, полагая, что пленка, полученная при анодировании алюминия в серной кислоте, состоит из А1(0Н)з и АЮОН. [c.219] Формирование окисной пленки при анодировании существенно зависит не только от состояния обрабатываемого металла, Н( и от ряда других факторов температуры, плотности тока, длительности оксидирования, концентрации электролита, примесей в электролите и др. С повыщением температуры возрастает скорость растворения пленки, следовательно, снижается скорость роста пленки, ее предельная толщина пористость пленки повышается, защитные свойства падают. При температуре ниже 15 рост пленки также замедляется. Кроме того, она становится твердой и хрупкой. Для создания условий, при которых все одновременно оксидируемые детали находятся при одинаковом температурном режиме, электролит перемешивают сжатым воздухом. Регулирование температуры электролита в целом осуществляется холодной водой (с помощью водяной рубашки). [c.220] Повышение плотности тока способствует увеличени1р скорости формирования окисной пленки. Вес образующейся пленки возрастает в начальный период почти линейно с ростом анодной плотности тока. Однако, начиная с некоторого предела а преимущественно в порах пленки происходит повышение температуры за счет выделения джоулева тепла, что вызывает повышение скорости растворения пленки и пористости последней. Важно-также, чтобы объемная плотность тока не превышала некоторого определенного значения. Практически она не должна превышать 0,3 а на литр электролита. Для сплавов, легко растворимых в электролите, повышенное значение анодной плотности така является обязательным. [c.220] При неизменном режиме анодирования скорость образования пленки вначале не изменяется, а затем отношение скорости образования пленки к скорости ее растворения непрерывно снижается. Чрезмерная длительность оксидирования может привести к образованию очень рыхлой пленки. [c.220] Увеличение концентрации серной кислоты, с одной стороны, должно влиять отрицательно на скорость растворения пленки ввиду возрастания электропроводности электролита и уменьшения выделяющегося в порах пленки джоулева тепла. С другой стороны, это способствует возрастанию скорости растворения пленки вследствие повышения агрессивности электролита. [c.220] При анодировании в электролите происходит накопление алюминия (в виде его сернокислой соли),, а также магния, железа, меди, переходящих в электролит в результате растворения обрабатываемых сплавов. Эти примеси оказывают вредное влияние на качество окисной пленки последняя образуется темной, пятнистой. Предельная допустимая концентрация алюминия составляет 25 г/л, магния 5 г/л, железа 2 г л, меди 2 г/л. [c.220] Оксидирование алюминия и его сплавов можно осуществлять также с помощью переменного тока. Во время катодного полупе-риода в основном совершается выделение водорода на обрабатываемом изделии. Формирование окисной пленки происходит во время анодного полупериода. При анодировании переменным током алюминиевых сплавов, содержащих медь, происходит сильное загрязнение электролита медью, накопление которой вызы вает появление темных полос на пленке. [c.221] Вернуться к основной статье