Alüminyum Eloksal İşlemi Nasıl Gerçekleşir? Özellikleri ve Film Oluşumu

Anodik Oksit Filmlerin Özellikleri ve Kullanım Alanları

Anotlama, bir metalin uygun bir elektrolit içinde anot görevi gördüğü ve uygulanan akımın metalin yüzeyinde bir oksit tabakası oluşturduğu bir işlemdir. Farklı elektrolit türleri ve konsantrasyonları ile farklı işlem koşulları, on mikrometreden yüz mikrometreye kadar değişen kalınlıklarda ve farklı özelliklere sahip tabakalar oluşturur. Buna karşılık, alüminyum üzerindeki doğal oksit tabakasının kalınlığı 0,010 ila 0,015 μm arasındadır.

Gözenekli Yapı

Anodik film, gözenekli bir bal peteği yapısına sahiptir. Gözeneklilik, elektrolit ve işlem koşullarına bağlıdır. Gözenekler organik maddeleri, reçineleri, parafin mumunu, inorganik maddeleri, boyar maddeleri ve boyaları adsorbe eder. Bu nedenle film, kaplamalar veya kaplama işlemleri için bir temel görevi görebilir ve görünümü iyileştirmek amacıyla boyanabilir. Korozyon direncini artırmak için sızdırmazlık sağlanması gerekir.

Aşınma Direnci

Filmin yüksek sertliği, yüzeyin aşınma direncini artırır. Adsorbe edilmiş yağlayıcı, aşınma direncini daha da artırabilir.

Korozyon Direnci

Film, atmosferde kararlıdır ve iyi bir korozyon direnci sağlar. Performans, film kalınlığına, bileşimine, gözenekliliğine, alt tabakanın bileşimine ve yapısal bütünlüğüne bağlıdır. Eloksal filmler, korozyon direncini artırmak amacıyla genellikle sızdırmaz hale getirilir veya boyanır.

Elektriksel Yalıtım

Anodik film, yüksek yalıtım direncine ve kırılma gerilimine sahiptir ve elektrolitik kondansatörlerde dielektrik olarak ya da elektrikli ürünlerde yalıtım tabakası olarak kullanılabilir.

Isı Yalıtımı

Bu film iyi bir ısı yalıtkanıdır ve 1500 °C’ye kadar kararlılığını korur. Yüksek sıcaklıklara kısa süreli maruz kalan parçalarda, alüminyumun erimesini önlemeye yardımcı olabilir. Isı iletkenliği genellikle 0,419 ile 1,26 W/(m·K) arasındadır.

Yapışma

Film, alt tabakadan doğrudan büyüdüğü için çok güçlü bir şekilde yapışır ve mekanik olarak çıkarılması zordur. Oksitlenmiş bir sac parça kırılana kadar bükülse bile film yapışık kalır. Bu nedenle yapışma gücü, kaplama yoluyla uygulanan bir kaplamanın yapışma gücünden çok daha yüksektir.

Şeffaflık

Anodik oksit tabakaları son derece şeffaftır ve şeffaflık, alüminyumun saflığı arttıkça artar. Hem malzemenin saflığı hem de alaşım bileşimi şeffaflığı etkiler.

İşlevsel Özellikler

Gözeneklere işlevsel parçacıklar yerleştirilerek elektromanyetik, katalitik, algılama, ayırma ve diğer işlevlere sahip malzemeler üretilebilir.

Anodik Oksit Filmlerinin Oluşum Mekanizması

Alüminyum ve alüminyum alaşımları genellikle orta derecede çözücü güce sahip asidik çözeltilerde anotlanmaktadır. Kurşun, katot görevi görebilir ve esas olarak akımı iletir. Anotta aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir:

H₂O → [O] + 2H⁺ + 2e⁻

2Al + 3[O] → Al₂O₃

Katotta aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir:

2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑

Asidik elektrolit ayrıca alüminyum alt tabakayı ve oksit tabakasını kimyasal olarak çözer:

2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3 saat₂↑

Al₂O₃ + 6 saat⁺ → 2Al³⁺ + 3 saat₂O

Film oluşumu ve çözünme eşzamanlı olarak gerçekleşir. Eloksal işleminin ilk aşamalarında, film oluşumu çözünmeden daha hızlıdır; bu nedenle film kalınlığı artar. Film kalınlaştıkça elektrik direnci yükselir, akım azalır ve film oluşumu yavaşlar. Film oluşumu ve çözünme dinamik dengeye ulaştığında, kalınlık sabitlenir.

Gerilim-zaman eğrisi, film oluşum sürecini de açıklamaktadır.

1. A aşaması: bariyer tabakasının oluşumu. AB bölümünde, gerilim ilk birkaç saniyeden onlu saniyelere kadar geçen sürede sıfırdan “kritik gerilim” olarak adlandırılan maksimum değere kadar keskin bir şekilde yükselir. Anot üzerinde sürekli, ince ve gözeneksiz bir film oluşur ve bu film, filmin daha fazla kalınlaşmasını engeller. Bariyer tabakasının kalınlığı, oluşum gerilimi ile orantılıdır ve elektrolit içindeki çözünme hızıyla ters orantılıdır. Kalınlık 0,01 ila 0,1 μm arasındadır.
2. B aşaması: gözenekli tabakanın oluşumu. BC kesitinde, en ince bölgeler ilk olarak çözünerek boşluklar oluşturur. Elektrolit, bu boşluklar yoluyla taze alüminyuma ulaşır ve elektrokimyasal reaksiyon devam eder. Direnç azalır ve gerilim, maksimum değerin 10% ila 15%'si kadar düşer; bu durum, bariyer filminin çözündüğünü ve gözenekli bir tabakanın oluştuğunu gösterir.
3. c aşaması: gözenekli tabakanın kalınlaşması. CD bölümünde, yaklaşık 20 saniye sonra gerilim kararlı ve yavaşça yükselen bir aşamaya girer. Bariyer tabakası sürekli olarak gözenekli bir tabakaya dönüşürken, yeni bir bariyer tabakası oluşur. Film oluşumu ve çözünme, her bir hücrenin tabanında devam eder. Bu süreçlerin hızları dinamik dengeye ulaştığında, anotlama süresinin uzatılması kalınlığı artık artırmaz ve işlem durdurulmalıdır.