Файл: Электрохимическое оксидирование алюминия и его сплавов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 17
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Электрохимическое оксидирование алюминия и его сплавов
Цель работы: получение керамической пленки микродуговым оксидированием алюминия при постоянном токе.
Приборы и реактивы: лабораторный стакан объемом 2000 мл; образец; программируемый источник питания EA-PSI 8360-15; раствор H2SO4; секундомер.
Теоретическая часть:
Оксидирование – это процесс искусственного образования на поверхности черных или цветных металлов оксидов с целью:
– защиты от коррозии;
– декоративной отделки полированных и обработанных другими механическими способами поверхностей или с целью окраски;
– грунтовки для лакокрасочных покрытий и других органических пленок;
– как подслой для электролитических покрытий;
– создания покрытий с особыми свойствами, например, для электрической и тепловой изоляции, для условий, когда необходимы очень большая пористость и высокая степень адсорбции, или для придания твердости и износостойкости (например, в подшипниках скольжения).
Для цветных металлов наибольшее распространение получило оксидирование (анодное окисление) алюминия и его сплавов.
Пассивность алюминия и его стойкость в атмосферных условиях, несмотря на сильно электроотрицательный стандартный потенциал (
= - 1,66B), объясняется наличием на его поверхности естественной пленки Al2O3 или Al2O·H2O толщиной 0,005-0,015 мкм. Эта пленка предохраняет алюминий от коррозии во многих нейтральных и слабокислых растворах. Однако в более жестких коррозионных условиях, например в кислых и щелочных средах, в присутствии хлоридов, стойкость естественной пленки недостаточна.
Оксидирование алюминия позволяет увеличить коррозионную стойкость и износостойкость его поверхности, придает ей декоративный вид и высокие электроизоляционные свойства.
Различают химическое и электрохимическое оксидирование (анодное окисление) алюминия.
Химическое пассивирование (оксидирование) проводят в окисляющих растворах, например в хроматносодовой смеси Na2CrO4 + Na2CO3 + Na2SiO3.
При электрохимическом оксидировании применяется процесс электролиза в растворе серной кислоты с нерастворимым алюминиевым анодом. При прохождении электрического тока через электролит на алюминиевом аноде происходит электрохимическое окисление воды по реакции
A(+) 3H2O - 6e = 6H++ 1,5O2↑ . (1)
Кислород, полученный при этом, химически окисляет алюминиевую поверхность
| 2Al + 1,5O2 = Al2O3 | (2) |
И поверхность примесей, выступающих из кристаллической решетки сплава.
В общем виде процесс анодного окисления алюминия можно представить уравнением
| 2Al + 3H2O - 6e = Al2O3 + 6H+. | (3) |
Благодаря этому поверхность алюминиевой основы полностью покрывается утолщенной пассивной пленкой, включая и дефекты ее на границах с кристаллами - примесями. Полученная утолщенная пассивная пленка на алюминии и его сплавах обладает весьма высокой твердостью.
На катоде происходит восстановление ионов водорода Н+ или молекул воды по реакции
| K(-) 2H+ + 2e = H2↑ | (4) |
| или K(-) 2H2O + 2e = H2 + 2OH- . | (5) |
Просуммировав анодную и катодную реакции, получим суммарное уравнение процесса оксидирования (окисления) алюминия
| A(+) 2Al + 3H2O - 6e = Al2O3 + 6H+ | (6) |
| K(-) 6H2O + 6e = 3H2 + 6OH- | (7) |
| Σ 2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2↑. | |
Экспериментальная часть
Микродуговое оксидирование алюминия на приборе вырабатывающем постоянный ток до напряжений 240-250 В. Процесс протекает при комнатной температуре с водяным охлаждением и не требует импульсного источника.
Опускаем образец в раствор электролита, включаем прибор и задаем ток около 0,4 А. Включаем таймер и наблюдаем нарастание оксидной пленки. Сначала растет барьерная пленка, потом пористая, при этом напряжение будет постепенно увеличиваться.
Нарастание пленки происходит очень медленно, образец постепенно темнеет. Спустя полтора часа напряжение достигло 220 В и образец стал черного цвет. Выключаем ток и промываем образец и протираем салфетками или бумажным полотенцем.
Таблица № 1 — Результаты измерения
| № образца | Напряжение, U, В | Ток, I, A | Время оксидирования, мин |
| 1 | 96 100 220 | 0,41 | 2 18 90 |
Вывод: в ходе лабораторной работы был рассмотрен процесс нарастания пленки микродуговым оксидированием алюминия. Деталь приобрела черное блестящее керамическое покрытие с фиолетовым отливом. Данный процесс может осуществляться без импульсного оборудования.