Oksidasi anodik

Perkenalan

Oksidasi anodik adalah proses oksidasi elektrokimia untuk logam atau paduan, yang umumnya melibatkan penggunaan logam atau paduan sebagai anoda dalam larutan elektrolit untuk membentuk lapisan oksida, sehingga mengubah keadaan permukaan dan sifat logam. Teknik ini terutama diterapkan pada perawatan permukaan aluminium, magnesium, titanium, dan paduannya, untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, ketahanan terhadap keausan, dan estetika. Selain itu, teknik ini dapat digunakan untuk persiapan bahan elektroda, perangkat semikonduktor, dan sel surya, antara lain.

Klasifikasi

Oksidasi anodik, teknik perawatan permukaan logam yang umum, sering digunakan untuk perlindungan dan dekorasi paduan aluminium dan paduan magnesium. Berdasarkan kriteria klasifikasi yang berbeda, oksidasi anodik dapat dibagi menjadi beberapa kategori:

- Berdasarkan jenis arus: oksidasi anoda arus searah, oksidasi anoda arus bolak-balik, oksidasi anoda arus pulsa.

- Berdasarkan elektrolit: Asam sulfat, asam oksalat, asam kromat, asam campuran, dan pewarnaan alami berbasis asam sulfonat anodik oksidasi.

- Berdasarkan sifat lapisan film: Film biasa, film keras (film tebal), film keramik, lapisan dekoratif yang cemerlang, semikonduktor, dsb. Di antara semuanya, yang paling umum digunakan adalah oksidasi anoda arus searah, yang dapat membentuk lapisan oksida yang seragam dan padat pada permukaan aluminium, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan keausan.

Mekanisme Pembentukan Lapisan Oksida

Mekanisme pembentukan lapisan oksida terutama melibatkan langkah-langkah berikut:

1. Reaksi anoda: Produk aluminium atau paduan digunakan sebagai anoda dalam larutan elektrolit, di mana elektrolisis membentuk lapisan oksida pada permukaan, dengan anoda melepaskan oksigen (termasuk oksigen molekuler, oksigen atomik, dan oksigen ionik), yang umumnya direpresentasikan sebagai O₂. Aluminium yang berfungsi sebagai anoda dioksidasi oleh oksigen yang dibebaskan, membentuk lapisan terhidrasi.

2. Pembentukan dan pelarutan lapisan oksida: Pembentukan dan pelarutan lapisan oksida terjadi secara bersamaan. Pada tahap awal, laju pembentukan lapisan lebih besar daripada laju pelarutan, yang menyebabkan lapisan tersebut terus menebal. Seiring bertambahnya ketebalan, resistansi meningkat, yang memperlambat laju pembentukan lapisan hingga sama dengan laju pelarutan, di mana lapisan mencapai ketebalan tertentu.

3. Peran elektrolit: Asam (seperti asam sulfat) dalam larutan elektrolit berperan untuk melarutkan lapisan oksida. Reaksi pembentukan dan pelarutan lapisan oksida terus berlanjut tanpa henti hingga mencapai keadaan seimbang.

4. Faktor-faktor lain: Ketebalan dan kualitas film dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kerapatan arus, tegangan, suhu, dan waktu. Proses yang berbeda dapat menyebabkan perbedaan dalam ketebalan, struktur, dan sifat film oksida. Penting untuk dicatat bahwa proses pembentukan film oksida adalah proses kimia yang kompleks, dan penelitian tentang mekanisme spesifiknya masih berlangsung.

Aliran Proses

1. Degreasing: Menghilangkan minyak dan kotoran dari permukaan, memastikan kualitas lapisan oksida.

2. Pengetsaan alkali: Menghilangkan lebih jauh kotoran dari permukaan, menjadikannya kasar secara mikroskopis, yang meningkatkan daya rekat lapisan oksida.

3. Pemolesan: Menghilangkan noda pada permukaan, membuat permukaan substrat lebih halus.

4. Oksidasi anodik: Membentuk lapisan oksida pada substrat, memberikan perlindungan dan dekorasi.

5. Penyegelan: Menyegel pori-pori film oksida, meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan ketahanan aus.

Faktor yang mempengaruhi

Faktor-faktor berikut mempengaruhi hasil oksidasi anodik:

1. Elektrolit:

- Jenis: Elektrolit yang berbeda menghasilkan sifat lapisan oksida yang berbeda, seperti kekerasan yang lebih tinggi dengan elektrolit asam sulfat.

- Konsentrasi: Mempengaruhi laju pertumbuhan dan kualitas film oksida.

2. Tegangan:

- Besaran: Menentukan laju pertumbuhan dan ketebalan film oksida; tegangan yang terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menghasilkan film yang tidak seragam atau berkualitas buruk.

3. Waktu:

- Durasi: Mempengaruhi ketebalan lapisan oksida; waktu yang lebih lama dapat menghasilkan lapisan yang lebih tebal, tetapi waktu yang terlalu lama dapat mengurangi kinerja lapisan. Faktor-faktor ini saling terkait dan memerlukan kontrol yang cermat untuk mencapai efek oksidasi anodik yang diinginkan.

Warna Film Oksida Anodik

Warna film oksida anoda dapat dipengaruhi oleh:

1. Pewarnaan alami: Di ​​bawah kondisi elektrolit dan proses tertentu, lapisan oksida itu sendiri dapat menunjukkan warna tertentu.

Pewarnaan elektrolit: Produk setelah oksidasi anodik ditempatkan dalam elektrolit yang mengandung garam logam untuk elektrolisis, yang memungkinkan ion logam memasuki pori-pori mikro film oksida dan menyebabkannya berubah warna.

Pewarnaan kimia: Pewarna organik atau anorganik digunakan untuk mewarnai film oksida, memberikannya warna tertentu.

Pewarnaan interferensi: Ini memanfaatkan prinsip interferensi cahaya untuk menghasilkan warna dalam film oksida.

Biasanya, penuaan alami dan pewarnaan kimia biasa digunakan untuk mendapatkan warna tertentu.

Ketebalan Film Oksida Anodik

Ketebalan oksida anoda secara umum terbagi dalam beberapa kategori berikut:

1. Lapisan oksida tipis: Biasanya tebalnya kurang dari 5 mikrometer.

2. Lapisan oksida dengan ketebalan sedang: Ketebalannya berkisar antara 5 hingga 25 mikrometer.

3. Lapisan oksida tebal: Tebalnya lebih dari 25 mikrometer.

Dalam aplikasi praktis, ketebalan film oksida dipilih berdasarkan persyaratan spesifik dan kebutuhan produk.

Untuk memperoleh ketebalan film oksida anoda yang berbeda-beda, metode berikut dapat digunakan untuk penyesuaian:

1. Sesuaikan waktu oksidasi: Memperpanjang waktu oksidasi memungkinkan lapisan oksida menebal secara bertahap.

2. Ubah kerapatan arus: Meningkatkan atau mengurangi kerapatan arus secara tepat akan memengaruhi laju pertumbuhan dan ketebalan lapisan oksida.

3. Kontrol suhu elektrolit: Perubahan suhu memengaruhi laju reaksi dan dengan demikian ketebalan lapisan oksida.

4. Ubah rumus elektrolit: Rumus elektrolit yang berbeda dapat menyebabkan laju pertumbuhan lapisan oksida yang berbeda.

Pengujian Ketebalan Film Oksida Anodik

Metode pengujian meliputi:

1. Inspeksi visual: Mengamati warna, keseragaman, dan cacat film secara visual.

2. Pengukuran ketebalan: Menggunakan pengukur ketebalan untuk mengukur ketebalan film.

3. Uji mikrokekerasan: Menentukan kekerasan film.

4. Uji ketahanan korosi: Menilai ketahanan korosi film melalui uji perendaman, uji semprotan garam, dll.

Standar:

1. GB/T 5237.2-2017 "Profil Bangunan Aluminium dan Paduan Aluminium - Bagian 2: Profil Anodized": Standar ini menetapkan persyaratan dan metode pengujian untuk profil anodized.

2. ISO 520854 "Film Oksida Anodik Aluminium dan Paduan Aluminium": Standar internasional berkaitan dengan kinerja film oksida anodik.

Prospek Masa Depan Oksidasi Anoda

1. Jangkauan aplikasi yang luas: Teknologi oksidasi anodik banyak digunakan di berbagai bidang seperti kedirgantaraan, otomotif, elektronik, konstruksi, dll. Dengan berkembangnya industri-industri ini, permintaan akan produk oksidasi anodik akan terus meningkat.

2. Keunggulan kinerja: Film oksida anodik memiliki ketahanan korosi, ketahanan aus, dan sifat dekoratif yang sangat baik, sehingga memenuhi persyaratan kinerja berbagai produk.

3. Kemajuan teknologi: Dengan inovasi dan peningkatan teknologi yang berkelanjutan, proses oksidasi anodik akan menjadi lebih efisien dan ramah lingkungan, yang selanjutnya memperluas jangkauan aplikasinya.

4. Tren lingkungan hijau: Teknologi perawatan permukaan yang ramah lingkungan semakin dihargai, dan sebagai proses yang ramah lingkungan, oksidasi anodik akan lebih memenuhi kebutuhan pasar.