Alumiinin anodisointi (anodisointikäsittely) on pintakäsittely, joka suoritetaan alumiinimateriaalien luontaisten ominaisuuksien suojaamiseksi. Sen käyttöalue on erittäin laaja, ja voidaan sanoa, että lähes kaikki teollisuusalumiinituotteet käyttävät sitä. Katsotaanpa anodisoidun alumiinin ominaisuuksia, etuja ja haittoja.
Alumiinin anodisoinnin ominaisuudet (anodisointikäsittely)
Alumiinin anodisointi on prosessi, jossa alumiinin pinnalle tuotetaan keinotekoisesti oksidikalvo.
Yleisesti ottaen alumiinia pidetään metallina, joka ei ole altis ruostumiselle, mutta todellisuudessa alumiinilla itsessään on suuri taipumus ionisoitua ja se reagoi helposti erilaisten kemikaalien, kuten veden ja hapen, kanssa. Sen vuoksi, kun se on joutunut kosketukseen ilman kanssa, se yhdistyy ilmassa olevien happielementtien kanssa muodostaen ohuen oksidikalvon, jota kutsutaan alumiinioksidiksi (AL2O3), joka tunnetaan myös nimellä bauksiitti, jolle on ominaista erittäin vakaat kemialliset ominaisuudet. Siksi sillä ei ole vain antioksidanttisia ominaisuuksia, vaan se vastustaa myös nesteiden ja happamien aineiden aiheuttamaa eroosiota, mikä tekee siitä vähemmän todennäköistä aiheuttaa muita kemiallisia reaktioita. Siksi alumiinipinnalla olevalla oksidikalvokerroksella on jopa ilman erikoiskäsittelyä ominaisuus suojata sisätilaa korroosiolta. Tästä syystä alumiinia pidetään ruostumattomana metallina. Siksi metalleja, joiden sisäiset ominaisuudet suojataan pinnalla luonnollisesti esiintyvillä kalvoilla, kutsutaan inaktiivisiksi tiloiksi. Tämä luonnollisesti esiintyvä oksidikalvo on kuitenkin vain noin 2 nm, erittäin ohut, ja jopa pienet naarmut voivat paljastaa sisäisen substraatin. Siksi sillä ei voida odottaa olevan hyvää korroosionestovaikutusta. Siksi alumiinia käsitellään elektrolyyttisesti paksumman oksidikalvon tuottamiseksi keinotekoisesti, mikä tunnetaan alumiinin anodisoinnina. Rikkihapon ja kromihapon lisäksi alumiinia voidaan upottaa myös happamiin vesiliuoksiin, kuten fosforihappoon ja oksaalihappoon. Alumiini asetetaan anodin (positiivisen elektrodin) puolelle elektrolyysiä varten, ja anodilla tapahtuvan hapetusreaktion vuoksi alumiinin pinnalle muodostuu oksidikalvo. Joten tämä käsittely tunnetaan myös alumiinin anodisointikäsittelynä. Tunnetaan myös anodisointikäsittelynä. Alumiinin anodisoinnilla tuotetun oksidikalvon paksuus on 5-70 μm, ja siinä on hunajakennomainen rakenne ja pieniä reikiä, jotka on järjestetty säännölliseen kuvioon kuusikulmaisen yksikön keskellä. Toinen alumiinianodisoinnin ominaisuus on, että hapetettu työkappale sisältää ohuen kalvoosan, joka kasvaa ulospäin perusmateriaalin pinnasta, sekä osan, joka tunkeutuu sisäänpäin pohjamateriaalin pinnasta. Siksi, kun osia anodisoidaan anodisoinnin jälkeen, alumiinioksidikerros on kuorittava pois kerran substraatin paksuuden pienentämiseksi ja sen ohenemiseksi. Toissijaisen anodisoinnin ansiosta kalvo kasvaa edelleen ulospäin ja myös tuotteen ulkomitat muuttuvat. Esimerkiksi tavallisessa valkoisen alumiinin anodisoinnissa, koska alumiinin anodisoinnin kalvonpaksuus on noin 10 μm, pintakoko voi kasvaa ulospäin noin 5 μm alumiinin anodisoinnin jälkeen. On huomioitava, että pussin reikiin, kuten ruuvinreikiin ilman läpitunkemista, vaikka rasvanpoistokäsittely olisi tehty etukäteen, reikiin voi jäädä leikkausöljyä ja joskus näitä liuoksia voi roiskua alumiinin anodisoinnin aikana. Pussin muotoisissa rei'issä, kuten kierrerei'issä, leikkausöljyä voi silti jäädä reikään, vaikka rasvanpoistokäsittely olisi tehty etukäteen. Joissakin tapauksissa nämä liuokset voivat purskahtaa ulos anodisoinnin aikana, joten on noudatettava varovaisuutta.
Alumiinin anodisoinnin tyypit
Alumiinin anodisointi voidaan luokitella eri tyyppeihin värin ja pinnan perusteella. Alla on kolme edustavinta.
Valkoisen alumiinin anodisointi: Se on yleisin alumiinin anodisointimenetelmä. Se ei näytä valkoiselta, mutta tekee alustasta hieman himmeän. Kalvon paksuus on noin 10 μm.
Musta alumiinin anodisointi: Alumiinin anodisointi on värjätty eri väreillä. Mustaksi värjättyä kutsutaan mustaksi alumiinianodisoinniksi. Se on yleisimmin käytetty menetelmä värillisen alumiinin anodisointiin.
Alumiinin anodisointi (matta): Jos materiaali hiekkapuhalletaan ennen alumiinin anodisointikäsittelyä, syntyy mattavaikutelma. Sillä on erityisen korkeat koristeelliset ominaisuudet alumiinin anodisoinnissa, ja se voidaan värjätä paitsi valkoiseksi myös useilla väreillä.
Alumiinin anodisoinnin edut
Alumiinin korroosion estämisen lisäksi alumiinin anodisoinnilla on monia muita etuja.
Ei irtoa: Alumiinin anodisointi kasvaa ja integroituu samalla kun se kuluttaa perusmateriaalia. Siksi, toisin kuin galvanoinnissa ja ruiskutuksessa, oksidikerroksen putoamisesta ei tarvitse huolehtia.
Vahva korroosionkestävyys, värinmuutoskestävyys ja korroosionkestävyys: Alumiinioksidin (AL2O3) pääkomponentti on alumiinioksidi, jolla on vakaat kemialliset ominaisuudet ja joka ei reagoi helposti muiden kemikaalien kanssa. Lisäksi tiivistämällä oksidikalvoon muodostuneet kennoreiät, sillä voi olla korkeampi korroosionkestävyys. Tämä estää värimuutoksia ja korroosiota.
Oksidikalvo on erittäin kova ja sillä on vahva kulutuskestävyys: alumiini itsessään on suhteellisen pehmeä, helposti käsiteltävä ja muotoileva metalli. Pinnan kovuus on vain noin HV20 ~ 150. Kuitenkin, koska alumiinioksidi on erittäin kova aine, alumiinin pintakovuus anodisoinnin jälkeen voidaan nostaa noin HV200-600. Siksi sen etuna on vahva kulutuskestävyys. Erityisesti kovaalumiini-anodisoiduilla materiaaleilla, joiden kalvonpaksuus on yli 20 μm, niiden kovuus ylittää HV400:n ja pintakovuus voi olla suurempi kuin ruostumattoman teräksen. Siksi sitä voidaan käyttää myös liukukomponentteihin, kuten akseleihin.
Se voidaan värjätä useilla väreillä ja näyttää kauniilta: kuten aiemmin mainittiin, alumiinin anodisoimalla muodostuvassa ohuessa kalvossa on säännöllisesti järjestettyjä mikrohuokosia. Se voi adsorboida väriaineita ja se voidaan värjätä eri väreiksi, mikä on myös yksi alumiinin anodisoinnin eduista. Alumiinin anodisoinnin värjäys saadaan aikaan upottamalla osat liuenneeseen väriaineliuokseen elektrolyyttisen käsittelyn jälkeen ja ennen kennojen reikien sulkemista. Tämä voi johtaa kauniiseen pintaan, jossa on kirkas metallikiilto, joka eroaa pinnoitteista, mikä on myös yksi sen ominaisuuksista. Lisäksi alumiinin anodisoinnin korkean kovuuden vuoksi sen kaunis pinta ei vaurioidu helposti, mikä on myös sen ominaispiirre. Siksi anodisoituja alumiinituotteita käytetään yleensä kaunista ulkonäköä vaativilla aloilla, kuten rakennusten ulko- ja koneiden ulkopinnat.
Vahva eristys ja sähköä johtamaton: Alumiinin anodisoimalla muodostettu alumiinioksidikalvo ei ole sähköä johtava. Alumiinilla itsessään on korkea johtavuus, mutta alumiinin anodisoinnin jälkeen sillä on eristysominaisuudet. Päinvastoin, jos johtavuutta halutaan, alumiinianodisoitu kerros voidaan poistaa leikkaamalla tai muilla menetelmillä perusmateriaalin paljastamiseksi.
Alhainen lämmönjohtavuus, mutta korkea lämmönpoisto: Alumiinin anodisoinnilla on alhainen lämmönjohtavuus ja lämmöneristysominaisuudet. Toisaalta anodisoidulla alumiinilla on korkean säteilyn (kuten kauko-infrapunasäteilyn) ja korkean lämmönhajoamisen ominaisuudet. Siksi anodisoitua alumiinia käytetään usein lämmönpoistokomponenttina, kuten jäähdyttimenä.
Alumiinin anodisoinnin haitat
Vaikka alumiinin anodisoinnilla on monia etuja, sillä on myös joitain haittoja ja ongelmia, jotka on otettava huomioon.
Suuri hauraus, riittämätön sitkeys: Alumiinin anodisointi muodostaa erittäin kovan ohuen kalvokerroksen. Siksi alumiinin anodisoinnilla itsessään on heikkoutena riittämätön sitkeys ja korkea hauraus. Jos poraus- tai taivutuskäsittely suoritetaan alumiinin anodisointikäsittelyn jälkeen, se voi aiheuttaa kalvon repeytymisen tai alumiinin anodisointikerroksen irtoamisen halkeamasta. Muiden ominaisuuksien käsittely on siis parasta suorittaa ennen alumiinin anodisointikäsittelyä, mutta ostettaessa materiaaleja anodisointikäsittelyn ja -käsittelyn jälkeen tulee kiinnittää huomiota siihen, onko oksidikerros vaurioitunut.
Alhainen lämmönkestävyys: Anodisoidun alumiinikerroksen haurauden vuoksi sen haittana on, että se ei kestä perusmateriaalin muodonmuutosta ja laajenemiskutistumista. Varsinkin kun alumiinisubstraatti on materiaali, joka on altis lämpölaajenemiselle, eloksoidussa alumiinikerroksessa voi esiintyä halkeamia ja kuoriutumista ympäristöissä, joiden lämpötila ylittää 100 astetta. Vaikka anodisoitu alumiini itsessään on vakaa ja vankka ohutkalvokerros, sen substraatin alumiinin ominaisuudet vaikuttavat väistämättä siihen. Huomaa, että se ei sovellu käytettäväksi ympäristöissä, joissa on korkeita lämpötiloja tai merkittäviä lämpötilan muutoksia.