آنادایز و هارد آنودایزینگ آلومینیوم، منیزیم و تیتانیم

آنودایز کردن یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به منظور ایجاد مقاومت فلزات در برابر اکسیداسیون و خوردگی و سایش انجام می‌شود. این فرایند جنبه تزئینی نیز دارد و فلزاتی که آنادایز می‌شوند را می‌توان از جنبه‌های زیبایی شناختی و دکوراتیو نیز مورد استفاده قرار داد. آلومینیوم ایده‌آل‌ترین آلیاژ برای آنودایز کردن است. اما این روش در مورد سایر فلزات غیر آهنی مانند منیزیم و تیتانیوم نیز قابل استفاده است. آلومینیوم به طور طبیعی یک پوشش اکسیدی در سطح خود ایجاد می‌کند که مانع از ورود اکسیژن به قسمت‌های زیرین آن می‌شود. آنادایز کردن آلومینیوم، این اکسید محافظ طبیعی را غلیظ، ضخیم‌تر و محکم می‌کند. این پوشش بسیار سخت و محکم است. به طوری که بعد از الماس، آن را قوی‌ترین ماده سخت شناخته شده برای بشر می‌دانند.

آنچه که سبب ایجاد مقاومت فلز در برابر اکسیداسیون و خوردگی می‌شود، ایجاد یک پوشش اکسید آندی است که در سطح فلز ایجاد می‌شود. پوشش آندی بخشی از فلز است که ساختار متخلخلی دارد. تخلخل این ساختار اجازه تزریق‌های ثانویه مثل رنگ آمیزی آلی و معدنی را به بهترین نحو فراهم می‌کند. ساختار اکسیدی از زیر لایه آلومینیوم سرچشمه می‌گیرد. این لایه به طور کامل از اکسید آلومینیوم تشکیل شده است. اکسید آلومینیوم مانند رنگ یا آبکاری تنها به سطح فلز محدود نمی‌شود، بلکه به طور کامل با بستر آلومینیومی زیرین تلفیق و یکپارچه می‌شود. همین امر باعث می‌شود تا این پوشش اکسیدی پوسته پوسته نشود. از طرف دیگر، ساختار بسیار منظم و متخلخل حاصل از این لایه اکسیدی، امکان انجام فرآیندهای ثانویه مانند رنگ آمیزی و آب بندی را فراهم می‌کند.

جهت استعلام قیمت ورق آلومینیوم آنادایز و خرید با نازل‌ترین قمیت، از طریق شرکت مهندسی آنلاین سازه اقدام کنید. با ما تماس بگیرید: 90000011

آنادایز کردن با غوطه‌ور کردن آلومینیوم در حمام الکترولیت اسید و عبور جریان الکتریکی از محیط انجام می‌شود. یک کاتد در داخل مخزن آنودایزینگ نصب شده است. آلومینیوم به عنوان یک آند عمل می‌کند، به طوری که یون‌های اکسیژن از الکترولیت آزاد می‌شوند تا با اتم‌های آلومینیوم در سطح قطعه‌ای که آنودایز می‌شود ترکیب گردد. بنابراین، Anodizing یک فرایند اکسیداسیون بسیار کنترل شده است.

در فرآیند الکترولیتی، اجزای مورد درمان به صورت آند در محلول اسید رقیق ساخته می‌شوند. اکسیداسیون در سطح جزء رخ می‌دهد و در نتیجه یک غشا یا لایه نازک اکسیدی منسجم تشکیل می‌شود که بسیار به زیرلایه فلزی زیرین می‌چسبد. آنودایز عمدتاً بر روی آلومینیوم و آلیاژهای آن انجام می‌شود. اما در مورد آلیاژهای منیزیم و تیتانیوم نیز قابل انجام است. قبل از شروع کار، سطح آلیاژ آلومینیوم باید پیش تصفیه شود. این پیش تصفیه بر ظاهر نهایی و خواص پوشش آنودایز تأثیر می‌گذارد. پیش تصفیه انواع مختلفی دارد؛ از فرآیندهای مکانیکی مانند پرداخت با ساینده‌ها گرفته تا عملیات شیمیایی مانند استفاده از پاک کننده‌ها برای حذف آلودگی‌ها و چربی‌ها از سطح و براق کننده‌های شیمیایی. یک نکته آنکه هر گونه عملیات ماشین کاری، سوراخ‌کاری یا جوش‌کاری باید قبل از آنودایز انجام شود.

آنودایز یک فرایند مبتنی بر آب و یک فرآیند اکسیداسیون بسیار کنترل شده است؛ تکنیک آسانی نیست و انجام آن مستلزم مهارت و دانش خاص خود است.

• مقاومت مقاطع آلومینیومی را در برابر سایش بالا می‌برد.
• مقاومت آن ها را در برابر خوردگی افزایش می‌دهد.
• رنگ آمیزی و رنگ پذیری را بهبود بخشیده، افزایش می‌دهد و به این ترتیب، باز هم مقاومت در برابر خوردگی بیشتر می‌شود.
• یک روش عالی برای تولید ورق رنگی آلومینیوم و پوشش دهی پروفیل آلومینیوم با ماندگاری بالا است.
• آن را به یک عایق الکتریکی تبدیل می‌کند. اکسید فلزی که بر اثر Anodizing ایجاد می‌شود، خاصیت عایق الکتریکی قوی دارد.

در فرآیند آنودایز معمولاً از سه نوع محلول الکترولیت استفاده می‌شود:

1. اسید کرومیک.
2. محلول اسید سولفوریک.
3. ترکیب اسید سولفوریک و اسید اگزالیک.

در مورد اسید کرومیک می‌بایست از اسید کرومیک 10٪ و در محدودۀ دمای 38-42 درجه سانتیگراد استفاده شود. با استفاده از این اسید، سرعت تشکیل لایه نازک اکسید بر روی فلز در حدود 15 میکرومتر در ساعت است. پوشش‌های آنودایزی که در این حالت ایجاد می‌شود، معمولی متخلخل و شفاف است و برای کاربردهای تزئینی با رنگ‌های مختلف پوشش‌ داده می‌شوند.

اسید سولفوریک به صورت محلول 10-15% در دمای 25 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می‌گیرد. سرعت تشکیل پوشش آنادایز با استفاده از این الکترولیت، در حدود 25 میکرومتر در ساعت است.

با استفاده از مخلوط اسید سولفوریک و اسید اگزالیک می‌توان پوشش ضخیم‌تری از لایه آنادایز در سطح فلز ایجاد کرد. با این روش، این نرخ تشکیل پوشش در حدود 30 میکرومتر در ساعت است. مخلوط این دو اسید باید در دمای 30 درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار گیرد.

آنادایز کردن به لحاظ فیزیکی به دو صورت انجام می‌شود:

1. آنودایز دسته‌ای (Batch Anodizing)
2. آنودایز پیوسته کویل (Continuous Coil Anodizing)

آلیاژهایی که اکستروژن شده‌اند، ورق ها و قطعات فلزی خمیده (خم دار)، مقاطع ریخته گری شده، ظروف پخت و پز و قطعات آلومینیومی ماشین‌کاری شده، به روش دسته‌ای آنادایز می‌شوند.

رفلکتورها، سیم پیچ های پیش نورد شده، فویل های آلومینیوم و مقاطع با شکل‌پذیری کمتر، به روش پیوسته آنادایز می‌شوند.

1. پاکسازی: در این مرحله، سطح مقاطع فلزی با پاک کننده‌های قلیایی و یا اسیدی تمیز شده تا چربی های و آلودگی ها رفع شود.
2. پیش فراوری: در این مرحله، یک لایه نازک از آلومینیوم برداشته می‌شود تا یک روکش مات در سطح آن به وجود آید. این سطح مات با استفاده از محلول‌های داغ هیدروکسید سدیم ایجاد می‌شود تا عیوب جزئی سطح را از بین ببرد.
3. روشن کننده (شفاف کننده): استفاده از ترکیبی از اسید سولفوریک و اسید فسفریک کمک می‌کند تا یک سطح صاف در آلومینیوم ایجاد شود و در عین حال سطحی روشن و شفاف ایجاد شود.
4. آنودایز کردن: در این مرحله، پوشش آندی ایجاد می شود و با عبور جریان الکتریکی از یک حمام الکترولیت اسیدی که آلومینیوم در آن غوطه ور است، با فلز ترکیب می‌شود. ضخامت پوشش و ویژگی‌های سطح باید به دقت کنترل می‌شود تا مشخصات محصول نهایی را برآورده کند.
5. رنگ آمیزی: رنگ آمیزی به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. روش الکترولیت، اورگانیک، رنگ آمیزی یکپارچه و رنگ آمیزی تداخلی.
6. آب بندی: این فرآیند منافذ لایه آندی را می‌بندد و سطحی را ایجاد می‌کند که در برابر لکه، سایش، خراشیدگی و تخریب رنگ مقاومت است.
7. کنترل کیفیت: کنترل کیفیت جهت بررسی ضخامت لایه اکسیداسیون، یکنواختی رنگ، چسبندگی، آب بندی، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش انجام می‌شود.

1. رنگ آمیزی به روش الکترولیت.
2. رنگ آمیزی اورگانیک.
3. رنگ آمیزی یکپارچه.
4. رنگ آمیزی تداخلی.

1- رنگ آمیزی به روش الکترولیتی

رنگ آمیزی به روش الکترولیتی یک فرایند رنگ آمیزی دو مرحله‌ای است. در این روش، یک جریان الکتریکی ایجاد می‌شود که نمک فلز را در منافذ سطحی رسوب می‌دهد. رنگ آمیزی به این روش پیشرفته‌ترین و با کیفیت‌ترین حالت رنگ آمیزی است.

2- رنگ آمیزی ارگانیک

با استفاده از روش اورگانیک، رنگ‌های مختلف و با طیف رنگی بسیار متنوعی را می‌توان تولید کرد. رنگ‌های اورگانیک در آب و هوای مختلف و در برابر نور، پایداری و ماندگاری عالی دارند. متأسفانه همه رنگ‌ها در مواجهه با نور ماورای بنفش تا حدی کمرنگ یا محو می‌شوند. رنگ آمیزی ارگانیک، این اثر ناخواسته را به حدأقل برساند. بسیاری از مقاطعی که با استفاده از روش ارگانیک رنگ‌آمیزی می‌شوند، بیش از 20 سال دوام می‌آورند. این روش نسبتاً ارزان است و کمترین سرمایه اولیه را نسبت به سایر فرآیندهای رنگ آمیزی لازم دارد.

3- رنگ آمیزی یکپارچه

رنگ آمیزی یکپارچه، ترکیبی از آنودایز کردن و رنگ آمیزی همزمان است. رنگی که به این روش ایجاد می شود، در برابر سایش مقاوم‌تر است. این روش گران‌ترین روش رنگ‌آمیزی است؛ زیرا به توان یا انرژی الکتریکی بالایی نیاز است.

4- رنگ آمیزی تداخلی

تداخلی جدیدترین روش رنگ آمیزی است. در این روش، منافذ موجود در سطح فلزی که آنادایز شده است، با استفاده از اسید سولفوریک اصلاح می‌شود. رنگ حاصل ناشی از پراکنده شدن نور نیست بلکه ناشی از تداخل نور است.

آنادایز سخت یا هارد آنادایز (Hard anodizing) به فرایندی اتلاق می‌شود که در آن، یک پوشش اکسیدی ضخیم‌تر (در حدود 25 تا 100 میکرون) و با سختی بالاتر (معمولاً (500 – 900 HV در سطح فلز ایجاد می شود. هارد آنادایز به شرایط خاصی نیاز دارد: دمای بسیار پایین، چگالی بالا و الکترولیت های ویژه.

 هدف از Hard anodizing، ایجاد سطحی مقاوم در آلیاژهای آلومینیوم و افزایش مقاومت آن ها در برابر سایش است. پوششی که از طریق تکنولوژی هارد آنادایز ایجاد می‌شود، پوششی خاکستری رنگ تا سیاه و غیر متخلخل است. نکته قابل توجه اینکه این تکنولوژی را نمی‌توان در مورد همه آلیاژهای آلومینیوم بکار گرفت. آلیاژهای سری 5xxx و 6xxx به خوبی به آنودایز سخت پاسخ می‌دهند. در حالی که در مورد آلیاژهای 2xxx و سایر آلیاژها، از جمله آلیاژهای ریخته‌گری با محتوای مس و سیلیکون بالا، جواب نمی‌دهند. در آلیاژهایی که مقدار سیلیکون و مس بیشتر است، لایه آنودایز متخلخل است و سختی پایینی دارد.

هارد آنادایز چه ویژگی هایی دارد؟

• آنودایز سخت اغلب کم هزینه‌ترین پوشش مقاوم در برابر سایش است.
• این روش را می‌توان در مورد آلیاژهای آلومینیوم اعمال کرد؛ به ویژه در مواردی که تنش های وارد بر فلز کم باشد.
• برای محافظت از مقاطع آلومینیومی که سایش از طریق سیال، فرسایش دوغاب، فرسایش ذرات جامد و فرسایش مایع را تجربه می‌کنند، کاربرد دارد.
• به استثنای قلیاها، در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است.
• پوشش‌های حاصل از آنودایز ماهیت شکننده دارند؛ از این رو، در مواردی که سایش به صورت ضربه‌ای است، استفاده نمی‌شود و کاربردی ندارد.
• هارد آنادایز در صنعت مهندسی، برای قطعاتی که به سطح بسیار مقاوم در برابر سایش نیاز دارند مانند پیستون، سیلندر و دنده هیدرولیک کاربرد پیدا می‌کند.

فواید و مزیت های آنادایز

1. در برابر اشعه ماوراء بنفش مقاوم است.
2. قابلیت فلز را برای انجام فرایند آبکاری بالا می‌برد.
3. در برابر خوردگی مقاوم بوده و پوسته پوسته نمی‌شود، زیرا جزء جدایی‌ناپذیر فلز است.
4. از فلز پایه محافظت می‌کند تا ظاهر فلزی عمیق‌تر و غنی‌تر ارائه دهد.
5. نگهداری از آن آسان است. می‌توان آن را با آب و مواد شوینده ملایم تمیز کرد تا درخشندگی اولیه را به دست آورد.
6. به لحاظ زیبایی شناختی مناسب است و در معماری و دکوراسیون داخلی گزینه بسیار خوبی محسوب می شود.
7. در مقایسه با آبکاری دوام بیشتری دارد.
8. بی خطر است و برای سلامتی انسان مضر نیست.
9. پوشش آنودایز غیر سمی بوده و در برابر حرارت مقاوم است.
10. از نظر شیمیایی پایدار بوده و تجزیه نمی‌شود.
11. برخلاف سایر پرداخت‌ها، آنودایز کردن به آلومینیوم اجازه می‌دهد تا ظاهر فلزی خود را حفظ کند.
12. قابلیت شستشو و تمیز کردن دارد. در مورد پوشش های معمولی، شستشو باید با آب و شوینده های ملایم انجام شود.
13. بیشترِ محصولات آنودایز دوام و عمر طولانی دارند و از این نظر به واسطه صرفه جویی در تعمیر و نگهداری، مزیت اقتصادی آن منعکس می‌شود.
14. ثبات رنگ.
15. پوشش آندی که طی فرایند آنادایزینگ ایجاد می شود، متخلخل است. این تخلخل، رنگ آمیزی و آب‌بندی آن را نسبتاً آسان می‌کند.
16. خواص دی الکتریک منحصر به فرد آنودایز برای قطعاتی که مصارف و کاربردهای الکتریکی دارند بسیار مناسب است.
17. طول عمر محصولات را بیشتر کرده و از این طریق به چرخه انرژی کمک کرده و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.

کاستی ها

1. در مقایسه با آبکاری، روشی مشکل است.
2. در مقادیر کم مقرون به صرفه نیست.
3. در مورد آلیاژ آلومینیوم، فرایند آنادایزینگ را فقط می‌توان در مورد سری‌های خاصی از این آلیاژ استفاده کرد.
4. پوشش محافظتی حاصل از آنودایز کردن، در محیط های اسیدی، محیط های دریایی، مجاورت با نمک‌های قلیایی (مثل سود سوزآور) و کلریدها دوام ندارد.

همچنین بخوانید دربارۀ: لاکرینگ