PROTECTIA ALUMINIULUI IMPOTRIVA COROZIUNII PRIN OXIDARE ANODICA (ELOXAREA)

Protectia aluminiului īmpotriva coroziunii prin oxidare anodica (Eloxarea)

Scopul lucrarii

Se efectueaza oxidarea anodica a aluminiului pentru obtinerea unui strat de Al₂O₃ protector si decorativ si se verifica rezistenta la coroziune.

Introducere

Aluminiu si aliajele de aluminiu prezinta o larga gama de utilizari īn domeniul telecomunicatiilor, īn electrotehnica, si pentru structuri aeronautice si aerospatiale. La expunerea īn aer pe suprafata proaspat curatata a aluminiului se formeaza o pelicula de oxid de 323b123d numai 0.01mm. Īn atmosfera normala grosimea peliculei creste atingānd 0.02 - 0.2 mm.

Straturi de Al₂O₃ mai groase si mai uniforme cu rezistenta mai mare la coroziune se pot obtine prin oxidarea chimica, si mai eficient prin oxidarea electrochimica a aluminiului. Procedeul se numeste eloxare. Grosimea peliculei atinge 5 - 30 mm, īn functie de conditiile de lucru (compozitia baii de electroliza, densitate de curent, durata electrolizei). Īn cazuri speciale, pentru anumite destinatii se depun pelicule pāna la 100 - 200 mm.

Peliculele de Al₂O₃ obtinute prin oxidarea anodica sunt aderente la substratul metalic, elastice, termorezistente, stabile la coroziunea atmosferica si īn anumite medii corozive, dar au porozitati mari (SR 7043/1-93, SR 7043/5-90, STAS 12914-90).

Acoperirea aluminiului prin oxidarea anodica, īn functie de destinatie are ca scop:

- protectia īmpotriva coroziunii sau uzurii.

- finisarea decorativa īn care aspectul si longevitatea constituie proprietati importante.

- asigurarea proprietatilor electroizolante pentru izolatii electrice;

- folosirea drept suport pentru o alta acoperire electrochimica.

Obtinerea peliculei de Al₂O₃ pe cale electrochimica

Īn aceasta lucrare se va efectua oxidarea anodica a unei placute de aluminiu īntr-o solutie apoasa de H₂SO₄ 20% folosind un catod de plumb. Anodul este placuta din aluminiul care urmeaza sa fie acoperita cu oxid.

H₂SO₄ fiind un electrolit tare, disocierea īn ioni este aproape totala:

Apa este un electrolit slab:

La electrozi au loc urmatoarele reactii electrochimice:

^{La catod (-):}

^{La anod (+):}

^{Reactii secundare:}

Compactizarea si colorarea īn scop decorativ a stratului de Al₂O₃

Stratul de Al₂O₃ format prin oxidarea anodica a aluminiului este poros. Pentru reducerea porozitatii si eventual a capacitatii de absorbtie se aplica tratamentul de hidratare a peliculei de Al₂O₃. Prin introducerea piesei eloxate īn apa fierbinte la 95-98 C timp de 15 minute, īn pori se formeaza oxid de aluminiu hidratat cu volum mare care astupa porii.

Un alt procedeu de compactizare a peliculei de Al₂O₃ consta īn introducerea piesei acoperita cu stratul de oxid īn solutie apoasa de bicromat de potasiu. Se formeaza oxicromatul de potasiu Al₂O₃^.CrO₄ care īnchide porii si are o actiune pasivanta asupra aluminiului.

Stratul de Al₂O₃ format prin oxidarea anodica este incolor si translucid. El poate fi colorat atunci cānd se cere o finisare decorativa. Colorarea se poate realiza prin urmatoarele metode (SR 7043/1-93):

Colorarea stratului de Al₂O₃ prin adsorbtie de coloranti.

Colorarea printr-un procedeu electrochimic de depunere a oxizilor metalici colorati īn porii stratului.

Oxidarea anodica a aluminiului īntr-un electrolit adecvat, care produce direct un strat de oxid colorat pe anumite aliaje de aluminiu.

Īn aceasta lucrare, colorarea stratului de Al₂O₃ depus se realizeaza prin introducerea piesei eloxate succesiv īn doua solutii, I si II, alese īn functie de culoarea dorita, conform urmatorului tabel:

Verificarea calitatii stratului de Al₂O₃

Rezistenta la coroziune a peliculei de Al₂O₃ se verifica cu o solutie apoasa de bicromat de potasiu, K₂Cr₂O₇ si HCl. Se masoara timpul īn care o picatura din solutia de K₂Cr₂O₇ si HCl īsi schimba culoarea de la galben la verde. Schimbarea de culoare se datoreaza reducerii ionului Cr⁶⁺ la Cr³⁺ dupa distrugerea peliculei de Al₂O₃. Se considera ca pelicula este suficient de protectoare daca timpul de modificare a culorii de cel putin 5 min. la temperatura de 18 - 21 C si 3.5 min. la temperatura de 22 - 26 C.

Continuitatea stratului de Al₂O₃ se verifica cu ajutorul solutiei de CuSO₄ (STAS 7043/3-9), prin picurare pe suprafata eloxata, prin punerea īn evidenta a punctelor negre care apar la locurile neacoperite din stratul de oxid unde are loc o cuprare a aluminiului. Verificarea se considera corespunzatoare daca pe suprafata testata nu a aparut cupru metalic. Verificarea nu se aplica decāt straturilor subtiri cu grosime de max. 5 mm.

Aparatura

Instalatia de eloxare din figura 5.5 este formata din celula de electroliza , catod de plumb, anod de aluminiu, ampermetru, sursa de curent, potentiometrul, voltmetrul.

Fig. 1 Instalatia de eloxare 1.celula de electroliza 2. catod de plumb 3. anod de aluminiu 4.ampermetrul 5.sursa de curent 6. potentiometrul 7.voltmetrul

Substante si materiale

Solutie apoasa de H₂SO₄ 20%, solutie de degresare, solutie de decapare, hārtie abraziva, solutie de K₂Cr₂O₇ si HCl, solutie de CuSO₄, solutii de colorare.

Mod de lucru

Placutele de aluminiu se curata cu hārtie abraziva si se spala cu apa.

Se introduc īn solutia de degresare si se lasa 5 min., apoi se spala cu jet de apa.

Se imerseaza īn solutia de decapare timp de 5 min. apoi se spala cu apa distilata si se usuca cu hārtie de filtru.

Se masoara suprafata totala a placutei de aluminiu imersata īn baia de electroliza.

Se verifica montajul din figura si se introduce placuta de Al la anod.

Se conecteaza electrolizorul la retea si se pune īn functiune.

Se regleaza tensiunea la 13V si se citeste intensitatea de curent.

Observatie.: Pe parcursul determinarii se urmareste ca tensiunea sa ramāna constanta.

Timpul de electroliza este de 30 min. Se scoate prima proba din celula de electroliza si se introduce imediat placuta urmatoare cu suprafata pregatita īn prealabil.

Prima proba se spala cu apa si se introduce īntr-un pahar care contine apa distilata īncalzita la 90 C, unde se lasa 15 min. apoi se usuca cu hārtie de filtru.

A doua placuta de aluminiu eloxata se spala cu apa distilata, se usuca cu hārtie de filtru si se impregneaza cu colorant prin imersie timp de 2min. succesiv īn solutia I si īn solutia II.

Observatie: Īnainte de introducere īn solutia II, placuta se spala cu apa distilata.

Se verifica stabilitatea la coroziune a peliculei de Al₂O₃, aplicānd pe fiecare din cele doua placute de aluminiu cāte o picatura de solutie de K₂Cr₂O₇ si HCl.

Se cronometreaza timpul īn care picatura īsi schimba culoarea īn verde.

Se īntocmeste urmatorul tabel: