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LIBRO - SATO

PREFACE

Several guides and handbooks on aluminum surface finishing technology, essentially "HOW TO" books on the surface finishing of aluminum, have been published, but books explaining the theory of surface finishing of aluminum are rare. This book explains the "WHY" of various concepts of aluminum surface finishing technology. Here are some examples covered in this book:

1. Why is the temperature of the sulfuric acid bath for anodizing of aluminum maintained at 20C?

2. Why is electrolytic multi-coloring possible after intermediate electrolysis of the anodized aluminum?

3. Why is a high voltage of 150V necessary for electro-deposition coating on the anodized aluminum?

Answers to these and other important questions are explained in an easy-to-understand and simple manner with the help of the following theories and concepts:

1. Keller model, Murphy model and Wood model for pore structure of oxide film

2. Physical and chemical significance of porous layer and barrier layer

3. Conduction of ions and electrons in the barrier layer

4. Vermilyea's flaw theory

5. Depletion of barrier layer due to anions of a monoprotic acid

6. &guot;Chemical dissolution" and "electrochemical dissolution" of oxide film

7. Murphy's "current recovery phenomena"

8. Decker's "pore filling theory"

9. Alwitt's "composite oxide film theory"

10. Electrochemical and neutralization reactions in oxide film pores

11. Faradic and non-Faradic currents in AC electrolysis

12. Impedance equivalent circuits in AC electrolysis

13. AC recovery phenomena

This book also explains the above-mentioned theories and concepts. The large number of references that have been used for writing this book is listed at the end. I hope this book will serve to clear doubts and questions on theories of anodized aluminum "that you always wanted to ask."

1. Por qu es la temperatura del bao de cido sulfrico alta, mientras que el trabajo de desengrase de aluminio?

Como se muestra en la Tabla 1,1, existen varios mtodos para el desengrasado de aluminio. El mtodo de cido sulfrico de la Tabla 1,1 se utiliza ampliamente para el desengrasado de piezas estructurales de aluminio. La concentracin de cido sulfrico para este mtodo es de entre 5% a 25%. Qu ocurre si la concentracin de cido es menos de 5% o 25% mayor que?

El desengrasado es posible en concentraciones inferiores a 5%, pero a bajas concentraciones, la disolucin de aluminio disminuye de aluminio formada por aire o pelcula de xido natural, o impurezas, tales como aceite. Por consiguiente, el tiempo de desengrase se vuelve muy prolongado, lo que resulta en "falta de adaptacin de las concentraciones de cido por debajo de 5%" de los aspectos de produccin.Desengrasado es posible tambin en mayores concentraciones de cido sulfrico al 25%. Sin embargo, a altas concentraciones, la viscosidad de la solucin aumenta, resultando en una disminucin en la disolucin de aluminio, y el tiempo de desengrase se prolonga. Adems, el arrastre de cido sulfrico durante el aclarado y despus del desengrasado es considerable para una solucin concentrada. En conclusin, el desengrasado de aluminio puede llevarse a cabo fuera de la gama de concentracin de cido sulfrico de 5% a 25%, pero la gama de 5-25% es el intervalo de concentracin preferido en la prctica comercial.

La temperatura del bao de desengrase es de 60 a 80 C en el mtodo del cido sulfrico. El trabajo se desengrasa por debajo de 60 C? Se puede desengrasar a temperaturas superiores a 80 C? S, puede ser desengrasada por debajo de 60 C.However, desengrasado tiempo se prolonga en exceso. De acuerdo con los libros de texto sobre las teoras reaccin qumica ", en general, cuando la temperatura aumenta en 10 C, la velocidad de la reaccin qumica se duplica." Esto indica una diferencia en el desengrase velocidad de 16 veces para una temperatura de 60 C en comparacin con la temperatura ambiente. El trabajo puede ser desengrasado a temperaturas superiores a 80 C tambin. La capacidad desengrasante a temperaturas de bao en exceso de 80 C, sin embargo, es excesivamente fuerte, que puede resultar en el ataque qumico de la superficie de aluminio o de pulido qumico de la superficie localmente. A altas temperaturas de bao en exceso de 80 C, la generacin de vapor de agua aumenta, dando lugar a un engrosamiento de la cido sulfrico en el bao de desengrase. En conclusin, una temperatura entre 60-80 C es la temperatura del bao ptimo de los aspectos de produccin.

2. Por qu es el gluconato de sodio no se aaden al bao de mordentado con lcali?No slo los cidos y lcalis, compuestos orgnicos, pero tambin se suele aadir como aditivos para soluciones cidas o alcalinas soluciones desengrasantes grabado. Estos compuestos orgnicos son tpicamente compuestos de agentes de superficie activa o agentes complejantes. Los agentes tensoactivos tales como jabn tienden a hacer que la humectacin de la superficie de aluminio fcil o difcil. Por consiguiente, si el agente activo de superficie se aade a la solucin de la solucin desengrasante o ataque qumico, la superficie de aluminio tiende a mojar fcilmente, permitiendo uniforme desengrasado o grabado, grabado y la supresin intensa de aluminio de aire formado. El agente de superficie activa acta sobre la suciedad y las impurezas, los hace difciles de humedecer con agua, y tambin tiene una accin de enjuague contra la suciedad y las impurezas.Agentes complejantes son tambin llamados "agentes quelantes. Quelato es una palabra griega que significa garra por garra una estructura qumica similar a la que literalmente mantiene a los tomos metlicos firmemente en sus garras. Agentes complejantes son compuestos que reaccionan con los iones metlicos (para formar enlaces coordinados), y producir un cambio en las propiedades de los iones metlicos. Por ejemplo, el ion amonio es un agente complejante para el cobre tpico. Si el hidrxido sdico se aade a una solucin de sulfato de cobre, hidrxido de cobre precipitado. Sin embargo, si una gran cantidad de iones de amonio se aade a la solucin de sulfato de cobre, hidrxido de cobre no precipita a pesar de la adicin de hidrxido de sodio. Esto es porque los iones de cobre formar enlaces de complejacin con iones amonio, y, por lo tanto, exhiben propiedades que son diferentes de los iones de cobre ordinario.Si sosa custica se utiliza para el grabado de aluminio, la cantidad de aluminio en los aumentos de bao, generando un precipitado de hidrxido de aluminio. El precipitado se asienta en la base de los baos de decapado, y se endurece para formar clinker. Sin embargo, si una g pocos / l de gluconato de sodio se aade al bao de decapado de aluminio, la precipitacin de hidrxido de aluminio ser suprimido. Puesto que los iones gluconato de actuar como agentes complejantes con respecto al aluminio, se forma un precipitado de hidrxido de aluminio no puede ser generada.Gluconato de sodio se utiliza como aditivo en el pasado debido a las razones mencionadas anteriormente, pero en los ltimos aos, adems de gluconato de sodio no se prefiere porque el reciclaje de los baos de decapado alcalino. El aluminio se retir del bao de decapado con un contenido de aluminio de gran tamao utilizando el mtodo de Bayer y reciclado. Si gluconato sdico est incluido, el aluminio no puede ser eliminado usando el mtodo de Bayer.

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3. Por qu es que los agentes tensoactivos y agentes quelante son a veces ineficaces?El truco en el tratamiento de superficies metlicas es seleccionar el agente tensoactivo o agente quelante correctamente y usarlo. Solucin de jabn es una solucin acuosa de un agente de superficie activa, pero cuando se aade un cido a la misma, de gotas de aceite flotar hasta la superficie del agua, porque los iones oleato se han formado cido oleico. El cido oleico no funciona como un agente de superficie activa. Es decir, la accin de un agente activo de superficie o un agente quelante depende del pH de la solucin acuosa. cido ctrico, cido tartrico y cido glucnico se pueden formar de aluminio-litio compuestos quelantes pero estos cidos no forman compuestos quelantes en un bao de cido fuerte.

El agente quelante tambin tiene una fuerte afinidad por iones metlicos. Los iones amonio formar un compuesto quelante con cobre pero no con aluminio. Adems, los agentes quelantes pueden hacer que los iones metlicos solubles o insolubles a veces, por lo tanto, es importante para utilizarlos correctamente y con destreza.

4. Por qu se utiliza el cido ntrico para desmutting en el pasado?Cuando el aluminio est grabado con lcali, la superficie de aluminio se convierte en un color de gris a negro. Esta sustancia negro pegado en la superficie se llama 'carbn'. Smut se forma cuando las impurezas o los contenidos de aleacin de Si, Mg, Fe, Cu o incluido en el aluminio, depsito en la superficie. La superficie de aluminio es desmutted por inmersin en una solucin acuosa de cido ntrico 30%. Por qu el cido ntrico usado? Es imposible el uso de cidos distintos de cido ntrico para desmutting?cidos distintos de cido ntrico, tal como cido sulfrico se puede utilizar para desmutting. Sin embargo, el cido ntrico puede eliminar completamente carbones y en un tiempo mucho ms cort que el cido sulfrico. El cido ntrico es un cido oxidante, mientras que el cido sulfrico es un cido no oxidante, esta es la principal diferencia entre estos dos cidos. En general, la disolucin de los metales es ms rpido en la oxidacin de soluciones cidas en lugar de no oxidantes en soluciones cidas. Por ejemplo, la corrosin de los metales es ms rpido cerca de la superficie del mar que en una gran profundidad en el mar. La razn de esto es que la cantidad de oxgeno disuelto en grandes profundidades en el mar es pequea, pero una gran cantidad de oxgeno disuelto se puede encontrar cerca de la superficie del mar.

Teniendo en cuenta el principio de "desmutting eficaz es posible en la oxidacin de soluciones cidas, el" cido ntrico no es absolutamente necesario para desmutting. Una solucin acuosa de cido sulfrico al que se aade perxido de hidrgeno, se puede utilizar para desmutting.Alpha

5. Por qu es posible obtener un "mate" por el tratamiento qumico?Cuando el aire formado de aluminio es tratado en diversas soluciones acuosas, los resultados se pueden obtener diferentes dependiendo de los productos qumicos incluidos en la solucin acuosa: simple extraccin de aceite y la suciedad (desengrase), superficie brillante (pulido qumico) o de la superficie no brillante (aguafuerte o acabado mate). Cules son las razones de estas diferencias?En general, la corrosin del metal en solucin acuosa son de dos tipos: la corrosin uniforme y la corrosin de tipo in situ. Lugar de tipo de corrosin se llama "corrosin por picaduras" y ocurre comnmente en una solucin acuosa que contiene iones de cloro. La Tabla 5.1 muestra la composicin qumica de bao de acabado mate proceso.

La Tabla 5.1 muestra que los baos incluyen principalmente cloruros y fluoruros. Cloro y flor son homlogas elementos que pertenecen al grupo elemento llamado "halgenos". Sus propiedades qumicas son muy similares. Los iones cloruro y fluoruro de funcionar a veces como iones desnudos y no en forma de iones de hidratacin en las superficies metlicas. Estos iones tambin se pueden romper la pelcula delgada, de xido natural sobre las superficies metlicas. Estas propiedades especiales de los iones de cloruro y fluoruro, puede dar un acabado mate o causar corrosin por picaduras de la superficie del metal.La Tabla 5.2 muestra la composicin de bao para la obtencin de un acabado mate por electrlisis. En este caso tambin, el bao se compone principalmente de iones de cloro.

6. Por qu es el cido fosfrico o cido ntrico requerido en el bao de pulido qumico?La Tabla 6.1 muestra la composicin de los baos de pulido qumico. Estos baos contienen cido fosfrico o ntrico. Por qu el cido fosfrico o ntrico requerido?

Los libros de texto sobre el tratamiento de superficies metlicas explicar que una pelcula slida o una capa mcico es necesario en la interfaz del bao de aluminio pulido qumico como se muestra en la figura. 6,1 para el pulido qumico o pulido electroltico de aluminio.El mecanismo de pulido qumico se puede resumir mediante los dos puntos dados a continuacin:1. Pelcula oxidada se forma en la superficie de aluminio debido a la accin oxidante del cido a altas temperaturas. Por otra parte, la pelcula oxidada se disuelve debido a la accin disolvente del cido. Un equilibrio se mantiene entre la formacin de la pelcula y de la pelcula disolviendo acciones del cido, y una superficie micro lisa con alta reflectividad puede ser obtenido.2. Cuando un cido de alta viscosidad se disuelve la pelcula de aluminio, la difusin de las sales metlicas en la solucin cerca de la superficie formada ralentiza pero el gradiente de concentracin en los puntos altos y huecos de la superficie se vuelve empinado y suave, respectivamente, lo que resulta en un pulido suave accin, lo que da una superficie brillante. Como se observa a partir de las explicaciones anteriores, el cido ntrico es necesario para la "accin cida." Por otro lado, el cido fosfrico se requiere como el "cido con alta viscosidad." En base a estos conceptos, una solucin que contiene una mezcla de cido ntrico, perxido de hidrgeno y glicerina debera permitir pulido qumico de la superficie de aluminio. En la prctica, no contaminante bao qumico de pulido, que contiene perxido de hidrgeno pero no el cido ntrico, est disponible comercialmente.En un bao de pulido qumico que contiene cido ntrico, el gas generado yellowcolored del bao como consecuencia de la reaccin HNO3 ( H2O + NO2 es nitrgeno gas de xido de nitrgeno (NO2 o NOx). Gas de xido de nitrgeno es un gas txico y provoca la contaminacin atmosfrica.

7. Por qu es el electropulido lleva a cabo a una alta densidad de corriente, y por qu es el nodo de aluminio sometido a oscilaciones?El aluminio se electrolizado a densidades de corriente en el rango de 1 a varios A/dm2 durante la anodizacin, pero como se muestra en la Tabla 7,1, el electropulido se lleva a cabo a varias veces la densidad de corriente en comparacin con la anodizacin de aluminio. Es posible electropulido a bajas densidades de corriente tambin?El proceso de anodizacin de metales comprende de la conversin del metal a los iones metlicos y la difusin de los iones metlicos disueltos de la superficie metlica a la solucin a granel. Si la densidad de corriente en el nodo es baja, la cantidad de iones metlicos disueltos es pequea, por lo tanto, los iones metlicos se dispersan inmediatamente en la solucin a granel. En esta condicin, el electropulido no es posible. Por otra parte, si la densidad de corriente en el nodo es alta, una gran cantidad de iones metlicos se genera sobre la superficie metlica. La cantidad de estos iones metlicos supera la capacidad de disolucin y una fase concentrada de iones metlicos se forma sobre la superficie metlica. Esta fase concentrada es conocida para lograr el electropulido. Por lo tanto, la densidad de corriente alta es una condicin necesaria para el electropulido.T. Nakayama ha explicado oscilacin de la siguiente manera: "Si el cido fosfrico se toma como el electrlito y el nodo mantenido esttico durante la electrlisis ordinaria, entonces burbujas minutos con alta capacidad aislante se adhieren a la superficie de aluminio entero y efervescencia uno tras otro a gran velocidad cuando el voltaje se incrementa. Durante este proceso de electropulido esttico, la corriente pasa a travs de la electrlisis y las partes con aislamiento dbil, por lo tanto, cuando se observa a nivel local, hay lugares donde las corrientes excesivas y despreciables pasan a travs. Por consiguiente, la superficie electropulida se convierte en una superficie irregularmente distribuida con los puntos altos y depresiones, y un acabado de espejo no puede ser obtenido. Por lo tanto, el electropulido se lleva a cabo mediante la vibracin de la labor de aluminio para sacudir la espuma fina, densa y altamente aislante y haciendo pasar corriente contina. "CAPTULO 2:

FORMACIN Y CARACTERSTICAS DE ALUMINIO ANODIZADO

8. Por qu es una pelcula de xido formada sobre aluminio?El aluminio tiene una afinidad qumica muy alta con oxgeno. Por lo tanto, el xido de aluminio se puede formar fcilmente. Si se limita a mostrar el aluminio al aire, una pelcula muy delgada de xido de unos pocos angstroms (1 angstrom es 10-8 cm) se forma sobre la superficie de aluminio. Esta pelcula de xido que se llama "aire-formada pelcula de xido" o "pelcula de xido natural". El espesor de la pelcula de xido de aire formada es muy pequeo, por lo tanto, no se puede utilizar como una capa protectora para prevenir la corrosin. Si se utiliza aluminio como nodo y la electrlisis lleva a cabo utilizando una solucin acuosa, una pelcula de xido se forma. Este proceso electroltico se llama "anodizacin de aluminio". Si los metales comunes como el cobre o el zinc se utilizan como nodos y electrolizada, estos metales se disuelven en la solucin, y no se form pelcula de xido.Dependiendo del tipo del bao electroltico, "barrera de tipo pelcula de xido" o "pelcula de xido porosa" se pueden formar durante el anodizado del aluminio. Si el aluminio est anodizado en soluciones neutras tales como una solucin obtenida por la mezcla de cido brico y borato de sodio (pH 5 a 7) o soluciones de tartrato de amonio, cido ctrico, cido maleico, cido gliclico, una pelcula de xido de tipo barrera se forma. La capacidad de estas soluciones para disolver el xido de aluminio es dbil, por lo tanto, una pelcula delgada de xido se forma sobre la superficie de aluminio por anodizacin de aluminio. El espesor de la pelcula de xido de tipo barrera depende de la tensin durante la anodizacin de aluminio. O que resulta en la ruptura de la pelcula de xido. Por consiguiente, la limitacin de tensin tambin se llama la "tensin de aislamiento avera. ' Una de las caractersticas de las pelculas de xido de tipo de barrera es que el espesor de dicha pelcula no es afectada por la electrlisis del tiempo o de la temperatura del electrolito, a diferencia de las pelculas de xido porosas. La principal aplicacin de la pelcula de xido de tipo barrera est en su uso como un condensador para componentes electrnicos.

Si el aluminio est anodizado en soluciones cidas tales como cido sulfrico, cido crmico, cido fosfrico, o cido oxlico, una pelcula porosa de xido se forma. Pelculas porosas se forman tambin en soluciones alcalinas dbiles, pero este proceso no se utiliza comercialmente. Pelculas porosas tambin se llaman pelculas dplex. "Barrera de tipo pelcula" y "capa barrera" debe distinguirse claramente, como tambin "pelcula porosa" y "capa porosa". La figura. 8,1 muestra detalles de la seccin transversal de la pelcula de una pelcula de tipo barrera y una pelcula porosa. La pelcula porosa, como se muestra en la figura. 8,1, es una pelcula de doble hlice que comprende una pelcula porosa de xido (capa porosa) y una pelcula de xido fina (capa de barrera).El espesor de la capa porosa depende de factores tales como el tiempo de electrlisis, densidad de corriente y temperatura del electrolito. Si el tiempo de electrlisis se prolonga, y cuanto mayor es la densidad de corriente, mayor es el espesor de la capa porosa. En otras palabras, cuanto mayor es la carga elctrica (x densidad de corriente de electrlisis tiempo), mayor es el espesor de la capa porosa. Sin embargo, este espesor es menor que el espesor calculado usando la ley de Faraday (el peso obtenido por deposicin durante la electrlisis es directamente proporcional a la carga elctrica). La figura. 8,2 muestra la diferencia en el espesor de la pelcula terico y el espesor real de la pelcula de xido de aluminio.Si la temperatura del bao electroltico es baja, el crecimiento de la pelcula de xido es bueno y una pelcula de xido duro se puede formar. Una pelcula de xido formada en un bao de cido sulfrico a aproximadamente 0 C por anodizacin de aluminio se llama "pelcula de anodizado duro." A altas temperaturas de 60oC a 75oC del bao electroltico, la pelcula de xido formada es fina y suave, y la superficie puede tener la apariencia de ser pulido electroltico.Escribe texto o la direccin de un sitio web, o bien, traduce un documento.

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9. Por qu se micro-poros formados en la pelcula de xido?Si el aluminio se electroliza a una tensin constante en un bao de cido sulfrico, la curva corriente-tiempo ser como se muestra en la figura. 9,1.

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Los aspectos Qumica Fsica de la curva de la figura. 9.1 puede explicarse mediante la divisin de la curva en cuatro zonas a, b, c y d. En la zona A, una capa de barrera fina y homognea se forma sobre la superficie de aluminio. En la zona B, la superficie de la pelcula de xido se vuelve irregular debido a la expansin del volumen de la capa de barrera. Cuando la superficie se vuelve irregular, la densidad de corriente se convierte en no uniforme. Por lo tanto, la densidad de corriente aumenta en los huecos y las disminuciones en los puntos altos. Los microporos se generan en los huecos con gran densidad de corriente a causa de la accin del campo elctrico y la accin electroltica de la baera. Crecimiento poro se detiene en algunos de los microporos mientras contina en otros poros. Esta etapa de reaccin es la zona C en la curva de tiempo actual. En la zona d, el nmero de poros es constante, pero la profundidad del poro se incrementa rpidamente. Los microporos se forman en la pelcula de xido durante las etapas de reaccin de esta forma.Dos modelos han sido propuestos para representar la estructura de la pelcula de xido Modelo Murphy" "Modelo Keller" y Keller, despus de observar la pelcula de xido (bao de cido fosfrico a 120 V) utilizando un microscopio electrnico, inform de la estructura de la pelcula de xido como un agregado de columnas hexagonales, tal como se muestra en la figura. 9,2.El modelo de Keller tambin se conoce como el "Modelo Columna Hexagonal". Por otra parte, Murphy ha informado de la estructura de la pelcula de xido como un agregado de partculas coloidales de compuestos de aluminio como se muestra en la figura. 9.3. La superficie de la pelcula de xido tiene coloides con alto contenido de agua, y la capa interna de la pelcula es un agregado de partculas coloidales con bajo contenido de agua. El modelo de Murphy es tambin llamado el "Modelo Coloidal".

Recientemente, Wood profesor de la Universidad de Manchester ha propuesto un nuevo modelo estructural para la pelcula de xido, que se muestra en la figura. 9,4.La negrita negro de lnea de parte del modelo de madera es una capa de xido fino que no contiene aniones electrolticos, y el agregado de crculos negros muestran en la figura es una capa de aluminio oxidado coloidal que contiene un gran nmero de aniones electrolticos. Wood ha propuesto el modelo de Wood basado en observaciones de pelcula de xido utilizando un microscopio electrnico y los resultados de las pruebas de anlisis instrumental. El Modelo de madera se dice un compromiso del Modelo de Keller y el Modelo de Murphy.

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10. Por qu es el nmero de poros en la pelcula de xido diferente para diferentes condiciones de electrlisis?Si el espesor de la pared de los poros de una pelcula de xido es grande, el nmero de poros es pequeo. Como se muestra en la figura. 10, la pared del poro se forma como si la capa de barrera se ha elevado, por lo tanto, el espesor de la pared del poro se dice que es el doble del espesor de la capa de barrera. La relacin entre las condiciones de la electrlisis y el espesor de la capa de barrera se explica a continuacin.El espesor de la capa de barrera depende de la tensin de anodizacin. El valor obtenido dividiendo el espesor de la capa de barrera por el voltaje de anodizacin se llama "relacin de recubrimiento". Los valores de 13,0 / V, 13,5 angstrom / V, 13,7 angstrom / V se ha informado de tasas de recubrimiento de aluminio de tipo de barrera pelculas. En general, el valor de 14 angstrom / V se utiliza a menudo como la relacin de recubrimiento.Los valores de los coeficientes de capa de revestimiento de barrera para otros metales que el aluminio son: tantalio - 16,0 angstroms / V, niobio - 22,0 angstroms / V, circonio - 22,0 a 27,0 angstroms / V, tungsteno - 18 angstrom / V, y silicio - 3,8 angstrom / V .Las proporciones de recubrimiento de capas de barrera de las pelculas de xido de aluminio poroso se dan en la Tabla 10,1

En caso de una pelcula de xido formada en un bao de cido sulfrico, la relacin de recubrimiento de la capa de barrera es 10 angstrom / V, por lo tanto, el espesor de la capa de barrera formada a una tensin de 15 es 10 angstrom / V x 15V = 150 angstrom. El espesor de la pared de los poros para el mismo bao es de 150 angstrom x 2 = 300 angstrom. El espesor de la barrera de pelcula de xido utilizando un bao de cido oxlico en 50 V es 11,8 x angstrom / V x 50V = 590 angstrom, y el espesor de la pared del poro es 590 angstrom x 2 = 1.180 angstrom.Con estos antecedentes, es til recordar la analoga de la figura. 10,2 para una pelcula formada en cido sulfrico.

La relacin entre el dimetro de poro y la longitud de los poros de la pelcula de xido es anloga a una cueva de altura 2 m de profundidad y 1 kilmetro se muestra en la figura. La situacin de un perro o un gato entrar en esta cueva es similar a la de un ion o una molcula de entrar en el poro en la pelcula. Para dar una idea del nmero de poros en una pelcula de xido - si cada poro del aluminio anodizado est ocupado por una persona, slo aproximadamente el 10% de los poros totales en una pelcula de xido de 1-cm2 sera ocupado por toda la poblacin de la tierra, con ms de 90% de los poros todava desocupada.

11. Por qu las propiedades de la pelcula de xido difieren de acuerdo a las diferencias en las condiciones de anodizado de aluminio?Diversas causas pueden atribuirse a las diferencias en las propiedades, pero hay cuatro causas principales: las diferencias en la estructura de la pelcula, las diferencias en la composicin cristalogrfica, las diferencias en la inclusin en la pelcula de electrolito, y las diferencias en el contenido de agua. Las diferencias en la estructura de la pelcula de xido debido a las diferencias en las condiciones de anodizacin del aluminio ya se han descrito.

Los puntos mencionados a continuacin, se explican los cambios en la composicin cristalogrfica de pelcula de xido debido a las diferencias en las condiciones de anodizacin del aluminio, ya se han confirmado. El componente principal de la pelcula de xido se dice que es de almina (Al2O3), pero dependiendo de la disposicin de los tomos de aluminio y tomos de oxgeno, hay varios tipos de almina, tales como alfa-almina, almina-gamma, y beta-almina. Sin embargo, se ha informado de que la pelcula de xido no contiene un compuesto de aluminio puro, pero contiene un compuesto de aluminio amorfo. De acuerdo con la investigacin sobre las pelculas de tipo de barrera, la almina en esta pelcula ha sido reportada como gamma-prime-almina. Gamma prima-almina tiene propiedades que se encuentran entre almina amorfa y almina cristalina. Tambin se ha informado de que la gamma-almina cristalina se dispersa en almina amorfo, y tambin que la almina gamma-almina hidratada y se incluyen en almina amorfa. Como se muestra en la figura. 11,1, tambin se ha informado de que H y H2O estn conectados a una parte del compuesto cclico que consta de tomos de aluminio y tomos de oxgeno, formando trihidrato cclico del cido alumnico. De acuerdo con los informes de investigacin, de la estructura es similar a la estructura cristalina de As2O6, y similar a la estructura de espinela de Fe3O4.

Los investigadores han explicado resultados experimentales considerando la pelcula de barrera de tipo a ser una capa homognea. Otros han considerado esta pelcula a ser una capa no homognea. Los investigadores que consideran que la pelcula sea una capa no homognea seguir el concepto de que la gamma-almina cristalina se dispersa en almina amorfa. Hay resultados de la investigacin que afirman que la superficie exterior de la capa de barrera es amorfa y la superficie interior es cristalina. Puesto que el electrolito est en contacto con la superficie exterior de la capa, probablemente hidratacin progresa, y la deshidratacin se produce en la superficie interior de la capa probablemente debido a la accin de un campo elctrico, tal como en electrosmosis. En consecuencia, es ms correcto considerar la capa de barrera que consiste de una estructura de multi-capa en lugar de una capa homognea.

Otros resultados de la investigacin tambin se enumeran aqu. Pelcula de xido formada en un bao electroltico a temperatura ambiente se formaron al azar-almina amorfa pero en baos de alta temperatura, aumenta la cristalinidad. Si aumenta el espesor de la pelcula, o anodizacin se ha llevado a cabo a una alta tensin, o en un bao electroltico de electrolito diluido, o por la alternancia de corriente de electrlisis, hay una mejora relativa de la cristalinidad. Por ejemplo, una pelcula de barrera de tipo anodizado a un voltaje de menos de 100 V contiene almina amorfa solo, pero si la pelcula de xido se forma a una tensin superior a 100 V, gamma-almina se ha verificado adems de almina amorfa. Una pelcula de tipo barrera est formada por almina macromolcula cclico, pero los investigadores han informado de la formacin de almina cadena macromolcula en caso de una pelcula porosa.Los puntos mencionados a continuacin han sido verificados con respecto a la inclusin de aniones en el electrlito. No es que la inclusin de aniones del electrolito en las pelculas de xido de tipo de barrera. En un bao que contiene cido brico mezclado con borato de sodio o en un bao que contiene etilenglicol mezclado con borato de amonio, la cantidad de cido brico en el anodizado de tipo barrera pelcula es 1%.La cantidad de aniones contenida en una pelcula porosa oxidada es de aproximadamente 10 a 19%. Se ha informado de que una pelcula porosa oxidada formada en un bao de cido sulfrico contiene aniones de sulfato en exceso de 17% de SO3 y aniones que ascienden a 13%. El contenido del anin tambin vara dependiendo de las condiciones de la electrlisis. Si la temperatura del bao es baja, y la densidad de corriente es alta, aumenta el contenido de aniones de sulfato. Un investigador ha explicado las razones para el contenido de sulfato de aniones de alta en la pelcula de xido formada por anodizacin en un bao de baja temperatura mediante la propuesta de la ecuacin dada a continuacin.

En un bao de temperatura alta, el contenido de aniones sulfato en la pelcula de xido se reduce de acuerdo con la reaccin de la ecuacin (11,1).

SO42- ( SO3 + O2- (11.1)

(Film surface) (in solution) (in film)La investigacin tambin ha sido llevado a cabo en la condicin de unin de aniones sulfato en la pelcula de xido. Una pelcula de xido que contiene 13% de SO3 cuando se lavan durante un largo perodo, mostraron que el contenido de SO3 se convirti en 8% despus del anlisis. Este estudio mostr que el contenido de SO3 en la pelcula de xido fue del 8%, y la diferencia de 13% y 8%, es decir, 5% SO3 era dbilmente adsorbido en la superficie de la pelcula de xido, con sulfato que queda en los poros de la capa porosa . El primero se llama "anin unido" y el ltimo se denomina "anin libre".

Si el espesor de la pelcula de xido es mayor que 6 micrmetros, el contenido de anin SO3 se mantiene constante en 13%, pero para un espesor de pelcula mayor que 60 micrmetros, el contenido de SO3 es 8%.El contenido del anin fosfato o el contenido del anin oxalato en una pelcula porosa anodizada en un cido fosfrico o un bao de cido oxlico es del orden de 5% a 15%, similar a la pelcula formada en el bao de cido sulfrico. Los resultados experimentales que muestran un contenido en anin de casi similares en estos tipos de pelculas porosas sugieren que: (1) la facilidad de la movilidad es casi el mismo para los aniones de sulfato, aniones fosfato y aniones oxalato en la pelcula de xido y (2) la transicin de la barrera capa a capa porosa debido a estos baos electrolticos se debe a un mecanismo casi similar.

En los ltimos aos, ha habido varios informes de investigacin que muestran que el contenido de anin en la pelcula de xido no es uniforme, sino que tiene una distribucin concentrada como se muestra en la figura. 11,2. En otras palabras, los aniones electrolticos se distribuyen densamente en el centro de la capa de barrera y la pared del poro.

Los hechos que se mencionan a continuacin en relacin con el contenido de agua en las pelculas de anodizado han sido confirmados por la investigacin. Hay una diferencia considerable en el contenido de agua en la pelcula de xido de aluminio y el contenido de agua en la pelcula de barrera y de tipo pelcula porosa. De tipo de barrera pelculas se dice generalmente que ser xidos anhidros, pero se informa que un contenido de agua de 2,5% est incluido en la forma de boehmita (AlO (OH)).Tambin se ha informado de que 15% de agua por volumen est incluido en una pelcula porosa formada en un bao de cido sulfrico o de un bao de cido oxlico, de 1 a 6% de agua se incluye en las pelculas formadas en un bao de cido sulfrico, y el contenido de agua requerida para la formacin de 2AL2O3.H2O est incluido en la pelcula formada en el bao de cido oxlico. Una pelcula formada en un bao de cido crmico est casi en el mismo estado como almina anhidra. La investigacin reciente ha demostrado tambin que el contenido de agua en las pelculas de anodizado formado en baos de CA de cido sulfrico es ms que el contenido de agua en las pelculas formadas en baos de DC de cido sulfrico.Los valores de contenido de agua son contradictorios, pero en todos los casos, el agua de la pelcula de xido no se adsorbe agua, pero se incluye en la forma de hidrxidos de xidos hidratados.

12. Por qu no fluye corriente fcilmente en una pelcula de xido?La galvanoplastia es posible a una tensin negativa pequea, pero la formacin de pelcula de xido requiere una tensin de aproximadamente 10 a 30 V. La corriente durante la anodizacin del aluminio es de dos tipos-corriente inica actual y electrnicos, y cada uno de estos tipos deben ser distinguidos correctamente y considerado.El crecimiento de la pelcula de xido se produce debido al flujo de corriente inica. Conduccin inica bajo campos elctricos dbiles y fuertes necesita ser considerado para comprender el mecanismo por el cual tiene lugar la conduccin inica. El movimiento de los iones opuestos a la direccin del campo elctrico no se puede ignorar en la conduccin inica en campos elctricos dbiles. Sin embargo, los iones no se mueven en una direccin opuesta a la del campo elctrico en un campo elctrico fuerte. En el anodizado del aluminio, una capa de barrera de 10 Angstrom se forma en V 1, por lo tanto, la fuerza del campo elctrico es tan alto como 107 V cm-1. En consecuencia, la conduccin inica puede ser considerada solamente en el anodizado del aluminio bajo fuertes campos elctricos. La corriente inica de cationes o aniones bajo un fuerte campo elctrico est dada por la ecuacin de 12,1. Obsrvese que la ecuacin 12,1 no es una ecuacin terica pero una ecuacin derivados experimentalmente.

i = AEXP (BE) (12,1)Aqu, i es la densidad de corriente inica, E es la fuerza de tensin, y A y B son constantes. Esta ecuacin muestra que cuando la tensin aplicada sobre una pelcula de xido, la corriente aumenta de manera exponencial inicos. Si se aplica tensin en los cables, la corriente aumenta directamente en proporcin a la tensin aplicada - este es bien conocida como la Ley de Ohm. Conduccin inica no obedece Ohm {SYMBOL 146} s Law. Se ha sugerido (Fig. 12,1) 12,1 ecuacin que muestra que la fuerza de la barrera de potencial en la conduccin inica decide la densidad de corriente inica. Barreras potenciales para la movilidad de iones en sistemas de aluminio de aluminio-xido de solucin de agua-se sabe que existen en tres lugares: (1) en la interfaz de la interfaz de xido de aluminio-aluminio, (2) en la capa de xido de aluminio (a granel de xido), y ( 3) en la interfaz de xido de aluminio solucin de agua. La mayor barrera de potencial de las barreras en estos tres lugares se convertir en la etapa determinante de velocidad para determinar la velocidad de conduccin inica. Por ejemplo, la fig. 12,1 muestra que la movilidad de iones es en la etapa determinante de velocidad en la pelcula de xido. Las teoras han sido expuestas para mostrar que la etapa determinante de la velocidad es diferente de la que se muestra en la figura. 12,1. Las principales teoras sobre la conduccin inica en una pelcula de xido son la teora Cabrera-Mott, la teora Verwey, la teora y la teora Dewald Dignam.

Por otro lado, en la prctica, la conduccin de electrones durante la anodizacin de aluminio puede ser ignorada, sin embargo, bajo ciertas condiciones experimentales, la conduccin de electrones tiene una importancia considerable. Por ejemplo, se ha sealado que cuando la "combustin" de una pelcula de xido o se produce cuando un metal se anodiza, el fenmeno de emisin de luz es debida a la corriente electrnica. Es importante investigar la conduccin de electrones para saber ms sobre las propiedades de las pelculas de xido.

El intervalo de banda para el xido de aluminio puro, que se dice unos pocos eV a 10 eV, acta como una barrera aislante para la conduccin de electrones. Sin embargo, de aluminio anodizado no es el xido de aluminio puro. Adems, la inclusin de cationes electrolticas en la pelcula es alta, por lo tanto, puede ser llamado un semiconductor con un alto grado de impurezas. Por consiguiente, existen varios conceptos que explican la conduccin de electrones en aluminio anodizado mediante mecanismos de conduccin de semiconductores. Hay un problema, sin embargo, en la aplicacin del mecanismo de conduccin de un solo cristal de semiconductores directamente a las pelculas amorfas anodizado. Es ms importante para la conduccin de electrones se refieren a las teoras de semiconductores amorfos, que estn siendo sistemticamente formulados en la fsica.

Vermilyea teora est relacionada con corrientes de electrones en las pelculas de anodizado es una teora muy importante. Esta teora afirma que la accin rectificadora de pelcula de xido se produce debido a la existencia de puntos dbiles en la pelcula de xido. Pelculas de xido de espesor uniforme no siempre se forman incluso en aluminio de alta pureza y no son puntos dbiles. Estos puntos dbiles son llamados "defectos". El dimetro de la falla es del mismo orden que el espesor de la capa de barrera de la pelcula de xido. El espesor de la capa de barrera en las partes de la falla no exceda de la mitad del espesor de la capa de barrera normal. Conduccin de electrones mejora en las partes de la falla. Wood Profesor de la Universidad de Manchester ha indicado que la electrodeposicin de los iones metlicos en los poros de la capa de xido durante el mtodo de coloreado electroltico Asada se basa en el "concepto de falla", propuesto por Vermilyea.

Dado que el contenido de estructura de pelcula, estructura cristalina, la inclusin de electrlitos y agua descrito anteriormente, vara dependiendo de las condiciones de anodizacin del aluminio, las propiedades de la pelcula de xido tambin variar.13. Por qu es posible medir el espesor de capas de barrera muy delgadas?

El espesor de la pelcula porosa oxidada se puede conseguir con precisin mediante la medicin de la seccin transversal de la pelcula usando un microscopio ptico (con un aumento de 400 X). El espesor de la pelcula de xido vara de unas pocas micras (una micra es escrita como "um") a 10 a 90 micrones, pero puede ser medido con precisin a la orden de 1/10th de un micrn. Un mtodo simple para medir el espesor es mediante el uso de un medidor de recubrimiento de sobrecorriente de tipo espesor. El uso de este tipo de instrumento, el espesor de la pelcula puede ser medida mediante la colocacin de la pelcula directamente en el instrumento.

El espesor de la capa de barrera oscila entre 100 Angstroms (escrito como angstrom) a 1.000 angstroms, aproximadamente 1/1, 000 del espesor de la pelcula de xido. Por consiguiente, este espesor no se puede medir mediante un microscopio ptico. Se puede pensar en usar el microscopio electrnico para la observacin de objetos muy pequeos "" pero la resolucin del microscopio electrnico es inadecuado para medir el espesor de la capa de barrera. En los microscopios electrnicos ordinarios, el lmite es de aproximadamente 10 angstrom, pero para medir el espesor de la capa barrera de una precisin de 1 angstrom a 1/10 angstrom es deseable. Aunque no es una solucin totalmente satisfactoria, microscopios electrnicos se estn utilizando ampliamente para medir el espesor de la capa barrera. Mtodos para la medicin del espesor de capa de barrera que no sea usando un microscopio electrnico se enumeran a continuacin.

1. Mtodo de clculo del espesor de la magnitud elctrica durante la electrlisis

2. Mtodo de reflexin de luz

3. Mtodo elipsomtrica

4. Capacidad mtodo

5. Hunter mtodo

6. Otros mtodos

El mtodo de la resistencia y el mtodo de Hunter, son mtodos simples de medicin y se utilizan ampliamente. En el mtodo de la resistencia, la pelcula de xido se sumerge en una solucin neutra, como borato de amonio o tartrato de amonio, y la capacitancia se mide utilizando un dispositivo de medicin de la impedancia. La capacitancia est dada por la ecuacin 13,1.

epsilon S

C = ---------------- (13,1)

4 pi d

En esta ecuacin, pi es 3,1415, d es el espesor de la capa de barrera, epsilon es la constante dielctrica para la pelcula de xido, y S es el rea de la superficie de la pelcula de xido. Si C y S se miden, el espesor de la capa de barrera (d) se puede encontrar a partir de la ecuacin 13,1. De la ecuacin de 13,1, se puede observar que si C es grande, el espesor de la capa de barrera se vuelve extremadamente pequeo, y si C es pequea, el espesor llega a ser grande. C es inversamente proporcional a d.

Ejemplos de investigaciones llevadas a cabo en la medicin del espesor de la capa de barrera utilizando el mtodo de la resistencia se introducen aqu. Cuando el Prof. Wood de la Universidad de Manchester coloreado electrolticamente una pelcula de xido en un bao de cido sulfrico astilla de nitrato, que mide la capacitancia para estudiar los cambios en el espesor de la capa barrera. La figura. 13,1 muestra la relacin entre el tiempo de coloreado electroltico y la capacitancia. Si pelcula de xido es coloreado electrolticamente en un bao de cido sulfrico nitrato de plata, la capacitancia de la pelcula de xido vara como se muestra en la curva (1) de la figura. 13,1. La capacitancia alcanza un valor constante despus de haber aumentado inicialmente.

En otras palabras, el espesor de la capa de barrera de pelcula de xido en un bao de cido oxlico disminuye durante el coloreado electroltico. Cuando la pelcula de xido se somete a AC anodizacin en un bao que contiene slo cido sulfrico, la capacitancia vara como se muestra en la curva (2) de la figura. 13,1. En este caso tambin, el espesor de la capa de barrera de pelcula de xido formada en el bao de cido oxlico disminuye. Desde AC anodizacin de la pelcula de xido formada en un bao de cido oxlico se ha llevado a cabo en un bao de cido sulfrico, la capa de barrera de pelcula de xido formada en el bao de cido oxlico ha disminuido debido a la modificacin de la pelcula de xido formada en cido sulfrico por AC anodizacin. Dado que tanto la curva (1) y la curva (2) muestran tendencias similares, incluso si la pelcula de xido formada en el bao de cido oxlico es electrolticamente de color en un bao de plata de cido sulfrico de nitrato, la capa de barrera de pelcula de xido formada en bao de cido oxlico se cambiar a la pelcula de xido formada en un bao de cido sulfrico por AC anodizacin.

Medicin de pelculas delgadas aislantes por el mtodo de la resistencia tambin se utiliza en otros campos que el campo presente, y es comn una pelcula delgada mtodo de medicin. En contraste, el mtodo de Hunter es un mtodo de medicin especial que se utiliza slo para medir el espesor de las pelculas andicas de xido, por lo tanto, los especialistas en aluminio anodizado debe estar totalmente familiarizado con este mtodo. Se trata de un mtodo de medicin utilizado y mencionado en los trabajos de investigacin en las pelculas de xido tanto a nivel nacional como internacional. La figura. 13,2 muestra el mtodo de medicin de Hunter. Si una pelcula de tipo barrera se forma a 15 V, el aparato de la figura. 13,2 instalado, y el voltaje aplicado, entonces las curvas que se muestran en la figura. Se obtienen 13,3.

Las placas de aluminio de pureza similar a la pelcula de barrera de tipo debe ser utilizado para los electrodos. La corriente a 15 V en la curva superior de la figura. 13,3 se llama el "valor de fuga" curva. La corriente de fuga en la figura. 13,3 es 0,1 mA. A continuacin, la pelcula de xido formada en un bao de cido sulfrico se coloca en el aparato de la figura. 13,2 y se aplica voltaje, para obtener la curva inferior de la figura. 13,3. La tensin en el punto en que la curva cruza la curva de valor de fuga (11 V de la fig. 13,3) se denomina la "tensin de Hunter." La tensin de Hunter multiplicado por 14 angstrom (11 V x 14 angstrom / V = 154 angstrom) da el espesor de la capa de barrera de pelcula de xido formada en un bao de cido sulfrico. La figura. 13,4 muestra un ejemplo de ensayo del mtodo de Hunter. La figura. 13,4 muestra el cambio en el espesor de la capa barrera con el paso del tiempo de anodizacin de la pelcula de xido formada en cido sulfrico. Hasta 24 segundos despus del inicio de la electrlisis, el espesor de la capa barrera flucta de una manera compleja, despus de 24 segundos, el espesor de la capa barrera se observa a ser constante.

14. Por qu no es una pelcula de xido formada en un bao de cido ntrico o un bao de cido frmico?Una pelcula de xido se puede formar en baos cidos inorgnicos tales como cido sulfrico, cido fosfrico y baos de cido crmico, y en un bao de cido orgnico tal como el bao de cido oxlico por anodizacin de aluminio. Pelculas de xido, sin embargo, no se puede formar en los baos de cido tal como un cido ntrico o un bao de cido frmico. Se dice que "una pelcula de xido no se puede formar en un bao de cido monoprtico." Un cido monoprtico es un cido con iones de hidrgeno solo. cido ntrico y cido frmico son cidos monoprticos. La disociacin de los iones de cido ntrico est dada por: HNO3 = H + + NO3-y la de cido frmico es: HCOOH = H + + HCOO-, con iones de hidrgeno slo uno en ambos casos. Por otra parte, la disociacin del cido sulfrico est dada por: H2SO4 = H + + HSO4-, HSO4-= H + + SO42-, que tiene dos iones de hidrgeno. Tal cido es el cido diprtico.

La razn por la que una pelcula de xido no se puede formar en un cido monoprtico se explica por el diagrama esquemtico de la figura. 14,1. En un bao de cido sulfrico, el cido sulfrico se convierte a HSO4-iones en el bao.

Cuando HSO4-iones de entrar en la capa de barrera, se disocian en H + y iones SO42-, como se muestra en la figura. 14,1 (b). + H de la capa de barrera son protones, y forman un espacio de carga de protones en la capa de barrera. Se dice que la existencia de esta carga espacial de protones es necesaria para el crecimiento de la capa de barrera. En el caso de un bao de cido fosfrico, tal como se muestra en la figura. 14,1 (c), el H-H2PO4 en los de capa de barrera se disocia en H + y HPO42-, y an ms en + y PO43-. En este caso tambin, la carga espacial de protones se forma en la capa de barrera. En un bao de cido oxlico y un bao de cido crmico tambin, una carga espacial de protones se forma en la capa de barrera debido al mecanismo de reaccin, como se muestra en la figura. 14,1 (b) y 14,1 (c).La carga espacial de protones no se forma en la capa de barrera, sin embargo, en el caso de cido monoprtico tal como cido ntrico, como se muestra en la figura. 14,1 (a). Por consiguiente, una pelcula de xido no se forma. Aniones de sulfato o aniones oxalato en un bao neutro o bao alcalino dbil tambin romper la capa de barrera de pelcula de xido, similar a los aniones de un cido monoprtico. Esto es porque, el anin de cido sulfrico no es HSO4-pero SO42-, anin oxalato no es C2O4H-pero C2O42-. La SO42-anin o el anin C2O42-no tiene un protn (H +), que puede ser liberado en la capa de barrera, por lo tanto, se rompe la capa de barrera de pelcula de xido, similar al anin de un cido monoprtico. Esta es una consideracin muy importante para el mecanismo de reaccin de coloracin electroltica o revestimiento por electrodeposicin de pelcula de xido. Junto con el aumento en el espesor de la capa barrera debido a la tensin andica en la electrlisis de CA, los iones SO42-romper la capa de barrera. Cuando la tensin de electrlisis catdica en AC, se aade, de electrones corrientes fluyen en la capa de barrera averiado y los iones metlicos se electrodepositada. En caso de recubrimiento por electrodeposicin, los aumentos de espesor de capa de barrera mediante la aplicacin de tensin andica alta, pero al mismo tiempo la capa de barrera se rompe a causa de los aniones SO42-que quedan en los poros de la pelcula de xido, la formacin de sitios para la corriente electrnica a fluir. Andicas reacciones de disociacin de agua se producen en estos sitios (2H2O O2 + 4H + + 4e-) y los iones hidrgeno se forman como resultado de esta reaccin andica. Una reaccin de neutralizacin entre los iones de hidrgeno y el material de recubrimiento por electrodeposicin forma el revestimiento por electrodeposicin.

La accin de los iones SO42-de dividir la capa de barrera durante el anodizado del aluminio puede no ser bien conocida por todos, pero esta es una reaccin muy importante. Si los iones SO42-no romper la capa de barrera, ni el mtodo de coloreado electroltico, ni el mtodo de electrodeposicin se han utilizado para el tratamiento superficial.

15. Por qu no es posible obtener una capa de xido de espesor muy grande?Un espesor de aproximadamente 20 micras de la pelcula de xido se puede obtener despus de 1 hora de la electrlisis en un bao de cido sulfrico. Por lo tanto, si electrlisis se lleva a cabo durante 20 horas no es posible obtener un espesor de 20 micras x 20 horas = 400 micras?

No. No hay un lmite para el mximo espesor de pelcula de xido. El valor de este espesor limitar vara dependiendo de las condiciones de la electrlisis. La razn de la existencia de lmites en el espesor se explica en la figura. 15,1. Cuando la electricidad pasa a travs de aluminio, una capa barrera se forma primero sobre la superficie de aluminio (vase la fig. 15 (a)). A continuacin, una capa porosa se forma (vase la fig. 15 (b)). El espesor de la capa porosa aumenta casi linealmente con el paso del tiempo de electrlisis. Si el tiempo de electrlisis se prolonga, puesto que la capa superior de la pelcula de xido que se ha formado en el inicio de la electrlisis y se ha sumergido en el bao electroltico durante un perodo prolongado, se disuelve y la pared del poro se vuelve delgada. Desde la parte central de la pelcula de xido se sumerge en el bao electroltico para un perodo de tiempo relativamente corto, la disolucin de la pared de los poros es comparativamente menor. Por consiguiente, la forma geomtrica de la seccin transversal de la pelcula de xido no es un poro cilndrico pero un poro invertida en forma de cono. (Ver fig. 15,1 (c).) Por otra parte, si el tiempo de electrlisis se prolonga, la capa ms superior de la figura. 15,1 (d) desaparece debido a la disolucin. La siguiente capa a la capa superior se convierte de nuevo en forma de puntos (vase la fig. 15,1 (e)). Incluso si una capa de xido nueva pelcula se forma en la base de la pelcula con el paso del tiempo de electrlisis, ya que la capa superior se disuelve, el espesor de la pelcula de xido se mantiene en el valor del espesor limitante.

Hubo una controversia estragos en la Teora Widening poro y la Teora Acortamiento de poro con respecto a la disolucin de pelculas de xido. Dr. Diggle de Gran Bretaa hincapi en que la disolucin de una pelcula de xido electrolizada cuando se sumerge en el bao electroltico se produce a partir de la capa superior de la pelcula de xido como se muestra en la figura. 15,2 (a). Propuso la teora Acortamiento de poro haciendo hincapi en que la reduccin en el espesor de la pelcula de xido s similar a una reduccin del espesor que se produce por la friccin mecnica. En oposicin a esta teora, el Prof. Nagayama de la Universidad de Hokkaido hincapi en que la disolucin de la pelcula de xido sumergido en un bao electroltico que se produce de manera uniforme en toda la superficie de la pared del poro. Cuando un cubo de azcar se coloca en agua, el tamao del cubo no reduce gradualmente pero permanece constante mientras que la densidad aparente se reduce hasta que las partculas de azcar ya no pueden mantener la forma cbica y el cubo de colapsos de azcar, similar a la disolucin de pelcula de xido. l llam a esta teora del Ensanche poro. La figura. 15,2 (b) muestra un diagrama esquemtico de la Teora Widening poro. La misma figura tambin muestra el concepto de la Teora Widening poro. Hoy en da, la teora Ampliacin Pore Prof. Nagayama es aceptada para ser tericamente correcta, pero hay casos en que esta teora no se sostiene bien, dependiendo de las condiciones experimentales. Por ejemplo, la Teora Widening poro no puede explicar el hecho de que cuanto mayor sea el espesor de la pelcula de xido, mejor es la resistencia a la corrosin de la pelcula.

Otro aspecto importante del fenmeno de disolucin de la pelcula de xido es que hay dos tipos de reacciones de disolucin "de disolucin qumica" y "disolucin asistida por campo." La disolucin de la capa porosa durante la electrlisis es una "disolucin qumica". Dado que prcticamente no hay accin del campo elctrico en la capa porosa durante la electrlisis, la pelcula de xido es en la misma condicin como una pelcula de xido que ha sido electrolizada. La velocidad de disolucin qumica de la pelcula de xido en un bao de cido sulfrico se dice que est en el orden de 1 angstrom / min. La Teora de la manteca de poro y la Teora Ampliacin de poro se mencionaron anteriormente, son los discursos sobre la "disolucin qumica".

Por otra parte, un campo elctrico acta en la capa de barrera durante el anodizado del aluminio. En este caso, la disolucin de la capa de barrera se debe tanto a la disolucin qumica, en el bao electroltico y asistida por campo disolucin debido al campo elctrico. Este tipo de disolucin de la capa de barrera se denomina "asistida por campo disolucin". El punto a destacar aqu es que el "campo asistido por disolucin" de la pelcula de xido no siempre significa "disolucin asistido por electrones", como, en general, asistidos por el terreno reacciones. El "asistida por campo disolucin" de la pelcula de xido significa "disolucin bajo la influencia del campo elctrico" en el sentido estricto. En Ingls, esta disolucin no se llama "disolucin electroqumica", pero "disolucin asistida por campo."

La disolucin asistida por campo de pelcula de xido es un fenmeno de disolucin que se produce en la capa de barrera. Un fuerte campo con ayuda de disolucin de la capa de barrera es tambin una condicin necesaria para la formacin de una capa barrera porosa. La tasa de disolucin asistida por campo se dice que es 10 a 100 veces la velocidad de disolucin qumica.16. Si la tensin durante el anodizado del aluminio se reduce de repente, por qu no hay flujo de corriente?

Si 15 V se aplica sobre un cable elctrico de 2 ohmios de resistencia, la corriente que fluye en el hilo de acuerdo con la ley de Ohm es i = V / R = 15/2 = 7,5 amperios. Si la tensin se reduce sbitamente de 15 V a 5 V, entonces la corriente que fluye en el alambre, de nuevo de acuerdo con la ley de Ohm es i = 5/2 = 2,5 amperios.

Si una prueba similar se lleva a cabo cuando la anodizacin de aluminio, un comportamiento completamente diferente de la del cable elctrico se exhibe. Como se muestra en la figura. 16,1, si la tensin durante la anodizacin del aluminio es de 15 V, una corriente i1 fluye para formar una pelcula de xido. Si la tensin se reduce repentinamente a 5 V, no fluye corriente por un tiempo. Despus de t minutos, una corriente I2 correspondiente a los flujos V 5. El fenmeno en el que no circula corriente por un tiempo despus de que el voltaje se reduce de repente, como se muestra en la figura. 16,1, y fluye una corriente despus de t minutos se denomina "fenmeno de recuperacin de corriente durante la anodizacin de aluminio".

La teora detrs de este fenmeno es muy importante en el anodizado del aluminio. El tiempo (T) despus de que la corriente i2 empieza a fluir se llama tiempo de recuperacin actual. Los siguientes puntos acerca del tiempo de recuperacin actual se han confirmado:

1. Cuanto mayor es la diferencia entre V1 y V2, el ms largo es el tiempo de recuperacin actual (T)

2. Si la tensin se reduce gradualmente, el tiempo de recuperacin actual es extremadamente corto.

3. Si la temperatura del bao electroltico se eleva, el tiempo de recuperacin corriente se hace ms corta.

4. Si la concentracin del bao electroltico es alta, el tiempo de recuperacin actual es corto.

5. Tiempo de recuperacin actual no est relacionado con el espesor de la pelcula de xido.

6. Tiempo de recuperacin actual no cambia, con independencia de si el bao electroltico se agita o agitado no.

7. Tiempo de recuperacin actual puede ser tan corto como unos pocos segundos o tan largo como unas pocas horas.

Hay dos teoras que explican el fenmeno del tiempo de recuperacin actual - la teora y la teora de Murphy Nagayama. Murphy, quien descubri el fenmeno actual de recuperacin durante el anodizado del aluminio, ha propuesto una teora que afirma que "el factor que ms influye en el fenmeno de la recuperacin es la reordenacin del espacio de carga del protn". Iones H + estn presentes en la capa de barrera de la pelcula de xido. Los iones H + de protones. Durante la anodizacin del aluminio a la tensin V1, ya que el metal de aluminio es el nodo, protones estn presentes en la capa de barrera en el lado de la solucin, desde el lado remoto de metal. (Ver fig. 16,2 (a).)

Esta "nube" de protones se denomina carga espacial de protones. Se ha informado de que la existencia de carga espacial de protones es esencial para el crecimiento de la pelcula de xido. La corriente fluye durante el anodizado del aluminio por la formacin de la carga espacial de protones. La carga espacial de protones en la condicin mostrada en la fig. 16,2 (a) cambios en las condiciones de distribucin de protones de la figura. 16,2 (b) por difusin trmica de protones cuando el campo elctrico de la capa de barrera se disipa o se debilita. Durante el anodizado del aluminio a la tensin V2, una distribucin de protones diferente de la de la fig. 16,2 (a) se obtiene (vase la fig. 16,2 (c)).

Cuando el aluminio es re-anodizado por pasar de la tensin V1 a V2 tensin, los cambios de distribucin de protones en la siguiente secuencia: la fig. 16,2 (a) fig. 16,2 (b) fig. 16,2 (c). Un reordenamiento de la carga espacial de protones se muestra en la figura. 16,2 es necesario cuando la tensin de electrlisis se cambia de V1 a V2. Dado que se requiere algn tiempo para el acondicionamiento de la carga espacial de protones, no fluye corriente por un tiempo cuando el voltaje se cambia de V1 a V2. Despus de una carga de protones espacio correspondiente a la tensin V2 es re-formado, i2 corriente empieza a fluir. En consecuencia, "el factor que ms influye en el fenmeno de la recuperacin es la reordenacin del espacio de carga del protn". Teora de Murphy en carga del protn espacio caus sensacin en los crculos acadmicos, cuando se present en Japn. Un gran nmero de pruebas adicionales y experimentos sobre el fenmeno de la recuperacin se llev a cabo en Japn, tambin. Varios informes de investigacin sobre el fenmeno de recuperacin en campos distintos de anodizado de aluminio se presentaron en Japn atribuir "las causas de los resultados experimentales de la carga espacial de protones". El concepto de espacio de carga del protn se extendi como reguero de plvora en Japn. Sin embargo, despus de la Teora Nagayama se anunci, que establece que "la causa del fenmeno de recuperacin es el cambio en la estructura geomtrica de la pelcula oxidada," carga del protn espacio "ya no era escuchado en los crculos acadmicos.

Prof. Nagayama de la Universidad de Hokkaido investigado la causa del fenmeno de recuperacin actual en una pelcula de xido mediante la observacin de la pelcula a travs de un microscopio electrnico. Si la pelcula de xido obtenida por anodizacin de aluminio en la tensin V1 se observa a travs de un microscopio electrnico, la estructura de la pelcula se ver como se muestra en la figura. 16,3 (a). Las figuras en el lado izquierdo de la figura. 16,3 (a) muestran la superficie de la pelcula cuando la parte inferior de la capa de barrera se observa a travs de un microscopio electrnico, desde el lado del metal de aluminio. Las figuras en el lado derecho de la figura. 16,3 (a) muestran la estructura en seccin transversal de la pelcula de xido. Si se reduce el voltaje de V1 a V2, el espesor de la capa de barrera reduce proporcionalmente a la cada de tensin. Puesto que el espesor de la capa barrera reduce, el espesor de pared de los poros (dos veces el espesor de la capa de barrera) tambin reduce. Por consiguiente, la estructura de la pelcula ser como se muestra en la figura. 16,3 (b). Cuando el tiempo de electrlisis para la tensin V2 ha transcurrido, la capa porosa debido a la tensin V2 crecer, por lo tanto, la estructura de la pelcula cambiar a la condicin mostrada en la fig. 16,3 (c). Durante la transicin de la fig. 16,3 (a) a la figura. 16,3 (b), la capa de barrera de grosor de la figura. 16,3 (a) se disuelve y se vuelve ms fina. En este perodo, casi no fluye corriente. Despus de la condicin mostrada en la fig. 16,3 (b) se alcanza, la corriente fluye gradualmente. Cuando la condicin de la fig. 16,3 (c) se alcanza, una pequea constante de corriente correspondiente a los flujos de la tensin V2. La Teora Nagayama explica el fenmeno de recuperacin actual de los resultados experimentales de la figura. 16,3 de esta manera. La Teora Nagayama es reconocida en todo el mundo.

Los cambios en la estructura de la pelcula cuando los cambios de tensin son frente al fenmeno de recuperacin, se muestra en la figura. 16,4. Por ejemplo, si es de aluminio anodizado en un bao de cido crmico en 20 V, a continuacin, el aumento de voltaje a 40 V y aluminio anodizado re-, y an ms anodizado a 60 V, entonces la estructura de la pelcula ser como se muestra en la figura. 16,4. Si el voltaje de anodizacin es baja, el nmero de poros es grande y el espesor de la pared del poro es pequeo. A la inversa, si la tensin es alta, el nmero de poros es pequeo, y el espesor de pared de los poros o espesor de la barrera es grande. Se ha de tenerse muy en cuenta que la estructura de la pelcula de xido responde sensiblemente a cambios en la tensin durante la anodizacin.

17. Por qu es una pelcula de xido formada, incluso en la regin de Al3 + o-AlO2 regin de la curva de potencial-pH?

La figura. 17,1 es el "potencial-pH" curva de aluminio. Se muestra el estado de la estabilidad termodinmica de aluminio por la relacin entre el pH de la solucin y el potencial de aluminio. Cuando el potencial catdico de aluminio en una solucin cida es menos de -1,8 V, el aluminio tericamente existe como "aluminio metal." Si el potencial andico es menor que 1,8 V, aluminio tericamente existe como iones de aluminio (Al3 +). La diferencia en el "potencial de aluminio" y "voltaje aplicado al aluminio" debe ser cuidadosamente observado. El voltaje aplicado sobre todo de aluminio no se convertir en el potencial de aluminio. Una parte de la tensin aplicada, se utiliza para cambiar el potencial del electrodo contador y el voltaje cae tambin en el electrolito. En lugar de adherirse a la figura "-1,8 V" una mejor comprensin se obtiene considerando los estados "cuando la tensin catdica se aplica sobre el aluminio, que permanece en la forma metlica y no hay ningn cambio. Cuando la tensin andica se aplica, iones de aluminio se forman ".

Si una solucin neutra se utiliza, y el potencial de aluminio es inferior a -2,0 V, una pelcula de xido de aluminio se forma en la superficie de aluminio, como se muestra en la figura. 17,1 De acuerdo con la misma figura, con una solucin alcalina de pH mayor que 9, cuando el potencial catdico es de unos pocos voltios por debajo de cero, de aluminio existe como aluminio metlico, y cuando la tensin andica es ms que esta tensin negativa, aluminio existe como aluminio iones xido (AlO2-).

De acuerdo a la figura. 17,1, si el aluminio es anodizado en una solucin neutra (pH = 4 a 9), una pelcula de xido se forma sobre la superficie del aluminio. Tambin, de acuerdo a la misma figura, incluso si el aluminio es anodizado en una solucin cida o una solucin alcalina, de aluminio se disuelve como iones Al3 + o iones ALO2-, sin formar una pelcula de xido.

Sin embargo, puesto que la tasa de formacin de pelcula de xido es mayor que la velocidad de disolucin de la pelcula, la formacin de pelcula de xido contina.

18. Por qu una pelcula andica de xido rectificacin exhibicin?

Un extracto de las explicaciones dadas por el profesor Sato de la Universidad de Hokkaido responde a esta pregunta. "

Sasaki ha propuesto la unin nip tipo de modelo de pelcula a partir de mediciones de efectos fotoelctricos y la capacitancia del electrodo para la pelcula de xido formada sobre tantalio. En otras palabras, la capa interna de 20 a 50 angstroms en contacto con la fase metlica consta de tipo n xidos de iones metlicos en exceso (donante - ion metlico en exceso), la capa intermedia es de genuinos xidos semiconductores con composicin estequiomtrica que crece en espesor, y la capa exterior de 20 a 50 angstroms de xidos de tipo p (aceptor - iones de oxgeno o exceso de oxgeno adsorbido en la superficie-). La existencia de un exceso de iones Al3 + o iones deficientes de oxgeno en la capa de barrera durante la formacin de la pelcula ha sido verificado experimentalmente. El exterior de tipo p capa de xido se forma tambin por protones que penetran desde el electrolito. "

"Una pelcula andica de xido puede exhibir rectificacin como un electrodo o un diodo en el sistema metal / pelcula / electrolito. La rectificacin del diodo pelcula andica de xido puede ser predicha a partir de la teora Sasaki tambin. En otras palabras, la parte en contacto con la metal del sustrato es un semiconductor de tipo n con el exceso de iones metlicos o iones deficientes de oxgeno; la superficie de la pelcula es un semiconductor de tipo p que consiste en iones de metales deficientes, exceso de iones oxgeno o protones que han penetrado desde el electrolito, por lo tanto, el diodo funciona como una unin pn o una unin de lnea de contacto. Por consiguiente, si el contacto con el metal del electrodo contador es un contacto hmico, la corriente fluye fcilmente hacia el ctodo. Incluso en un sistema metal / pelcula / electrolito, rectificacin se puede observar, que convierte el flujo hacia el ctodo en la direccin positiva, y esto se llama "rectificacin electroltico." rectificacin electroltica difiere de rectificacin de diodos en que las reacciones en los electrodos correspondientes para proceder corriente constante en la interfase pelcula / electrolito. En los sistemas de metal / pelcula / electrolito, si crecimiento de la pelcula o de la disolucin de pelcula se produce por la polarizacin andica, y si la penetracin de protones a la pelcula o la reduccin de pelcula se produce por la polarizacin catdica, el mecanismo se vuelve compleja. "

19. Por qu se pelcula andica de xido formada en la interfaz de metal de aluminio / xido de?

Pelcula de xido andico est formada por la "reunin" de iones de aluminio y los iones de oxgeno. Cmo esta "reunin" se produce? No se mueven los iones de oxgeno en la capa de barrera y cumplir con los iones de aluminio en la superficie de aluminio / xido de? (Ver fig. 19,1 (a).) O, hacer mover los iones de aluminio en la capa de barrera para cumplir con los iones de oxgeno en el xido / interfaz de solucin acuosa? (Ver fig. 19.1 (b).)

Este es un problema de nmero de transporte de iones de aluminio en la capa de barrera. El profesor Sato ha explicado el problema de la siguiente manera: "

Muchas pruebas se han realizado desde el pasado para determinar si los iones metlicos o iones oxgeno se mueven en la pelcula durante el crecimiento de la pelcula andica de xido. De acuerdo con las mediciones de transportar nmero de aluminio utilizando un marcador, ambos iones metlicos y se mueven los iones de oxgeno, pero el nmero de transporte vara en funcin del electrolito, tal como se muestra a continuacin. Amsel y otros han utilizado 18O y 16O, y han demostrado que el nmero de transporte de Al3 + en una solucin de tartrato de amonio al 3% es casi 1 durante el crecimiento de la pelcula andica de xido.

La figura. 19,2 muestra la distribucin de 18O y 16O en la pelcula despus de la oxidacin andica en una solucin que contiene slo 18O, y en una pelcula despus de su crecimiento en una solucin que contiene slo 16O. Los resultados muestran que el crecimiento de la pelcula es acompaada por el movimiento de Al3 + en la pelcula, y una nueva pelcula se forma en la interfaz xido / solucin ".

"El nmero de transporte de iones en la pelcula se considera que es diferente en soluciones que contienen metales de anodizacin y soluciones. Particularmente en las pelculas andicas de xido en cido sulfrico o cido fosfrico, donde se produce la electrlisis, oxi-aniones penetrar la pelcula. En tales casos, la pelcula es una pelcula porosa de tipo pero la pared interior de la pelcula se compone de restos de la capa de barrera en contacto con el sustrato de aluminio. De acuerdo con experimentos realizados por Cherki y Siejka utilizando 18O y 16O, durante el crecimiento de la pelcula andica de xido en la solucin de cido sulfrico los iones de oxgeno se mueven en la pelcula, y una nueva pelcula se forma en la interfase metal / xido. La disolucin de esta pelcula progresa muy rpido, y la contribucin a la corriente de iones en la pelcula es aproximadamente 60% por iones de oxgeno y aproximadamente 40% por iones Al3 +. "20. Por qu la pelcula de xido andico a veces emiten luz durante el anodizado?

Hay tres fenmenos emisores de luz similares a "pelcula de xido andico y la emisin de luz" - chispas, electroluminiscencia y fotoluminiscencia.

Si un voltaje en exceso de 100 V se utiliza en ciertos baos electrolticos para la anodizacin, motas varias de luz se puede observar en la superficie de la pelcula andica de xido, acompaada de sonidos crepitantes. La pelcula andica de xido, que es una pelcula aislante, se rompe y se produce chispas. Este fenmeno se denomina ruptura del aislamiento de la pelcula andica de xido. Este fenmeno es similar a la ocurrencia de un rayo causada por una nube cargada positivamente y una nube cargada negativamente. Chispas se produce fcilmente durante el proceso de anodizacin utilizando una solucin de vidrio soluble.

Durante anodizado de aleacin de aluminio que contiene Mn en un bao de cido oxlico en una habitacin oscura, toda la superficie de las luces pelcula andica de xido de arriba. Este fenmeno se denomina electroluminiscencia. La causa de la electroluminiscencia se atribuye a la inyeccin de electrones desde el lado de bao electroltico en la pelcula de xido. Los electrones inyectados golpear electrones en la capa de barrera, como se muestra en la figura. 20,1. Los electrones que se golpe, golpe ms electrones, y contina este proceso, similar a la "multiplicacin de ratas" y la luz emitida es. Este fenmeno se denomina "avalancha de electrones." La luz emitida es electroluminiscencia.

Si la pelcula de xido andico especial despus de la anodizacin se expone a la atmsfera y se someti a rayos de luz ultravioleta, la luz es emitida a partir de la pelcula. Este fenmeno se denomina fotoluminiscencia. La teora detrs de la aparicin de fotoluminiscencia es similar a los principios de la luz emitida desde las pinturas fluorescentes.

21. Por qu es posible la simulacin de pelcula de xido andico anodizado o por circuitos elctricos?

Prof. Wood de la Universidad de Manchester inform de que la pelcula andica de xido (no sellado) puede ser simulada mediante el circuito elctrico de la figura. 21,1, y la pelcula andica de xido sellado simulado por el circuito mostrado en la figura. 21,2. Es difcil que la corriente pase a travs de la pelcula andica de xido. Esto es lo mismo que decir que la pelcula tiene una resistencia elctrica R. pelculas de aluminio anodizado tambin puede almacenar la electricidad. El fenmeno de almacenar electricidad es similar a la del condensador, un componente elctrico, y la pelcula se puede decir que tienen una capacitancia C. Si pelcula andica de xido es investigado en detalle sobre la base de este concepto, a continuacin, se observa que exhiben caractersticas elctricas similar a los diagramas de circuito de la fig. 21,1 y la fig. 21,2. Los circuitos elctricos de la figura. 21,1 y 21,2 son llamados "circuitos equivalentes" de la pelcula de xido andico. Las investigaciones sobre las propiedades de las pelculas de aluminio anodizado utilizando circuitos equivalentes se han llevado a cabo por varias personas antes de que el profesor Wood. Hay resultados de la investigacin sobre pelcula andica de xido mediante impedancia de la dcada de 1930, y varios circuitos equivalentes se han propuesto, adems de los circuitos de la figura. 21,1 y la fig. 21,2.

El punto a destacar aqu es cuidadosamente "no hay libertad en el uso de circuitos equivalentes." Cualquier circuito equivalente puede ser asumido. "Circuitos equivalentes Prof. Wood de la fig. 21.1 y fig. 21.2 son correctas, y otros circuitos equivalentes son incorrectas", es una afirmacin errnea. La figura. 21,3 (a) es un circuito equivalente serie y la fig. 21,3 (b) es un circuito equivalente en paralelo. La combinacin de la resistencia elctrica R y la capacitancia C es llamada "impedancia", y se designa por el smbolo Z.

El circuito equivalente de la figura. 21,4 ha sido reportado como un circuito equivalente de la pelcula andica de xido. Este circuito equivalente tiene capas de barrera en una estructura 3-capa. Las 3 capas puede suponerse que consisten en una capa de barrera con un gran nmero de Al3 + iones, la capa de barrera de Al2O3 (pelcula estequiomtrica), y la capa de barrera con un gran nmero de O2-iones, o se puede aplicar como compuesto de 3 capas con diferentes grados de hidratacin de xidos. Un circuito equivalente, tal como la que se muestra en la figura. 21,4 se puede utilizar para la medicin de impedancia mediante la variacin de la frecuencia de la tensin aplicada.

Circuitos equivalentes de la anodizacin sistema entero puede ser formado en lugar de circuitos equivalentes de las pelculas de aluminio anodizado solamente. En este caso, el mecanismo de la reaccin electroqumica durante la anodizacin se puede suponer desde el circuito equivalente del sistema de anodizacin. Investigacin de los mecanismos de reaccin utilizando circuitos equivalentes para las reacciones electroqumicas generales tambin se est llevando a cabo ampliamente, adems de los sistemas de anodizado. El circuito equivalente de la figura. 21.5 se puede aplicar como un ejemplo de circuito equivalente para un sistema de anodizacin.

En la fig. 21,5, Z1 es la impedancia de la capa de barrera, Z2 es la impedancia de la doble capa y la impedancia Z3 fardicos. En general, si una fase slida est en contacto con una fase lquida, las cargas elctricas con signos opuestos uno frente al otro en la interfase slido / lquido. Un condensador elctrico est formado con cargas frente a la otra. Este condensador se denomina elctrico de doble capa. La resistencia elctrica de la doble capa para el paso de la electricidad es la impedancia (Z2) de la doble capa. La impedancia del elctrico de doble capa tambin se produce cuando el aluminio anodizado est en contacto con el bao electroltico. Cuando la corriente se ha pasado en el proceso de anodizado, el aluminio anodizado slo est en contacto con el bao electroltico, por lo tanto, la impedancia total (ZT) es la suma de la impedancia de la capa de barrera (Z1) y la impedancia elctrica inica de la doble capa. En otras palabras, la impedancia total est dada por la relacin (21,1).

ZT = Z1 + Z2 (21,1)

Sin embargo, una corriente elctrica que ayuda al crecimiento de la pelcula fluye durante el proceso de anodizado. El concepto de "impedancia de reaccin" se introduce aqu para expresar la facilidad o dificultad en el flujo de corriente para la reaccin de crecimiento de la pelcula. Esta impedancia de reaccin se llama "impedancia fardica" (Z3). En consecuencia, la impedancia total (ZT) durante el proceso de anodizado se puede expresar por la relacin (21.2).

ZT = Z1 + Z2 + Z3 (21,2)

El mecanismo de reaccin en el proceso de anodizado se puede predecir mediante el estudio de los cambios en la impedancia fardicos.

La impedancia de la capa de barrera o la impedancia de la doble capa elctrica no est directamente relacionada con las reacciones de formacin de aluminio anodizado, por lo tanto, como una impedancia se denomina "no-fardica impedancia." La corriente que fluye ms all de la impedancia fardica se llama la corriente fardica, y ms all de la impedancia no fardica se llama la corriente no fardica. La fuerza de la corriente fardica puede estar relacionada con la velocidad de formacin de la pelcula andica de xido. La fuerza de la corriente no fardica es inversamente proporcional al espesor de capa de barrera.

22. Por qu el aumento de la temperatura durante el bao de anodizado de aluminio?Pelcula andica de xido tiene una resistencia elctrica grande, por lo tanto, cuando la corriente fluye a travs de la pelcula, el calor Joule (Q) se genera. Q se expresa por la ecuacin (22,1).

Q = Vi = I2R (22,1)

Aqu, V es la tensin, es la corriente y R es la resistencia. Durante el anodizado del aluminio, se ha observado que para la misma corriente, mayor ser la tensin de bao, mayor es la cantidad de calor generado. Si la resistencia de la pelcula andica de xido es constante, si la corriente es de 2 A y 4 A, las cantidades de calor generadas estn en la relacin de 1:4 para los dos casos.

Durante la anodizacin del aluminio, la temperatura del bao electroltico se incrementa debido a "Joule calor". Es por eso que el bao se enfra durante el proceso de anodizado para mantenerla a una temperatura constante. Un punto a tener en cuenta sobre la temperatura es que la temperatura de la superficie de la capa de barrera y la temperatura del bao durante el anodizado del aluminio puede no ser necesariamente el mismo. La diferencia de temperatura depende de si la velocidad de difusin del calor generado en la capa de barrera es alta o no en el bao. Por consiguiente, si el bao se agita, se promueve la difusin de calor, y disminuye la diferencia entre la temperatura de la capa barrera y la temperatura del bao. Resultados de las investigaciones muestran que esta diferencia de temperatura puede ser inferior a 1 grado o ms de 100 grados. La "Teora Akabori" es una famosa teora sobre la temperatura de la capa de barrera durante el anodizado del aluminio. De acuerdo con esta teora, la temperatura de la capa de barrera durante la anodizacin del aluminio es de cerca de 1000 C, y el aluminio est en un estado fundido en la capa de barrera. La Teora Akabori tambin se ha introducido en los libros de texto sobre la anodizacin de aluminio en otros pases. Sin embargo, hoy en da, la Teora Akabori ha sido contradicha.

Segn Nagayama, las diferencias de temperatura en los poros de aluminio anodizado y temperatura del bao son de acuerdo a la Tabla 22,1, cuando el aluminio es anodizado en un bao de cido sulfrico a una densidad de corriente de 0,94 A/dm2. Los datos de la Tabla 22,1 se han calculado suponiendo que el calor se difunde slo en la direccin de la solucin acuosa. La temperatura vara en funcin del espesor de la pelcula andica de xido. En la prctica, el calor tambin se difunde en la direccin del metal de aluminio, por lo tanto, la diferencia de temperatura puede ser menor que se muestra en los datos de la Tabla 22.1, explica la Dr. N. Baba.

Si el aluminio es anodizado a una densidad de corriente alta, un fenmeno llamado "quemado" se produce. La grabacin es el fenmeno donde la corriente se concentra en una parte del aluminio anodizado y una parte de los cambios de pelcula a un color entre gris y marrn. Puesto que el color es entre gris y marrn, la apariencia de la pelcula se asemeja a la de papel quemado o madera, por lo tanto, la palabra "quemado" se utiliza. La causa del quemado se atribuye a la distribucin no uniforme de temperatura en la superficie de la capa de barrera.

23. Por qu no es posible anodizar duralmin?

La pelcula anodizada de espesor uniforme puede o no se puede obtener en funcin de las diferencias en el material de aluminio. "Las diferencias en el material de aluminio" no se refiere a diferencias en la composicin de la aleacin solo; incluso si la composicin de la aleacin es el mismo, las propiedades del material pueden diferir debido a las condiciones de tratamiento trmico. Los resultados del proceso de anodizacin pueden variar para laminacin o piezas de fundicin. Tabla 23,1 y 23,2 Tabla muestra las propiedades de pelcula de anodizado para diferentes tipos de aluminio. En la Tabla 23.1, nmeros de la 1000-grupo representan aluminio puro, los nmeros en el 2000-grupo representan las aleaciones Al-Cu, los nmeros en el 3000-grupo representan Al-Mn aleaciones, los nmeros en el 4000-grupo representan las aleaciones Al-Si, nmeros en el 5000-grupo representan al-Mg aleaciones, y los nmeros en el grupo de 6000 representan al-Mg-Si aleaciones.

Para ciertos tipos de aleaciones de aluminio, pelculas de anodizado no se puede formar en la parte que contiene las partculas segregadas de metal de la fase de aleacin, como se muestra en la figura. 23.1, y la parte puede disolver de modo que una pelcula uniforme sobre toda la superficie no se puede obtener.

Otro fenmeno durante el anodizado del aluminio est "ardiendo por pulido brillo." En porciones que han sido excesivamente pulida, pelcula transparente se forma ninguna pelcula o, a veces se forma. Este fenmeno tambin es debido a las diferencias locales de las propiedades en la superficie de metal de aluminio. Debido a pulido excesivo, una capa deteriorada puede ser obtenida en la superficie debido a la deformacin plstica, fusin, o cambios qumicos en el metal de aluminio. La capa deteriorada previene la formacin de la pelcula de anodizado, y ya que la estructura de pelcula de microfilm anodizado difiere, una parte de la capa puede ser no brillante o descolorida.

24. Por qu es que el pelado de la pelcula durante el anodizado del aluminio raramente ocurre?

Anodizado pelculas difieren de las pelculas pintadas o pelculas chapados en que el desprendimiento de la pelcula casi nunca ocurre. La unin de la pelcula de anodizado es semi permanente. Sin embargo, en casos muy raros, la pelcula puede desprenderse durante el anodizado del aluminio. La investigacin realizada por Thomas arrojar algo de luz sobre la causa del desprendimiento de grandes pelculas durante el anodizado del aluminio. Si se detiene la corriente que fluye durante la formacin de la pelcula durante la anodizacin debido al pobre contacto elctrico o alguna razn, a continuacin, las pelculas grandes se pelarn. Por ejemplo, si se detiene la corriente que fluye en un bao de cido sulfrico, incluso si una tensin de 15 V se aplica en el trabajo de aluminio, la estructura de la pelcula formada ser la misma que la estructura de la pelcula a una tensin menor. Esta condicin es similar a la condicin de "fenmeno de recuperacin actual" mencionado anteriormente. La figura. 24,1 muestra la estructura en seccin transversal de la pelcula de anodizado a 15 V inicialmente, y luego a un voltaje menor. Si la pelcula de anodizado de la figura. 24,1 se sumerge en el bao de cido sulfrico, las paredes de los poros se disolver. La pared de los poros en la parte (b) de la pelcula de anodizado es delgada, por lo tanto, se disolver y desaparecen en un corto tiempo. Por consiguiente, la pelcula de anodizado de la parte (A) ser apagado cscara del metal de aluminio y la suspensin en el bao electroltico.

CAPTULO 3: DATOS DE ALUMINIO ANODIZADO

25. Por qu es la concentracin de cido sulfrico en un bao de cido sulfrico se mantuvo a 15%?

La concentracin de cido sulfrico en un bao de cido sulfrico para el aluminio anodizado es 10% a 20%. A bajas concentraciones de aproximadamente 1%, la tensin de bao se vuelve excesivamente alta, ninguna pelcula andica de xido se forma, y manchas negras en la superficie del aluminio. Los puntos negros son llamados pits, y ocurren cuando los iones SO42-romper la capa de barrera. A una concentracin de 15%, la disociacin de cido sulfrico se produce de acuerdo con la ecuacin (25,1), HSO4-iones de entrar en la capa de barrera, y una pelcula porosa se forma.

H2SO4 = H + + HSO4-(25.1)

A una concentracin de 1% de cido sulfrico, sin embargo, la reaccin de disociacin es como se da en la ecuacin (25,2).

H2SO4 = 2H + + SO42-(25.2)

Casi no hay iones HSO4-existir en un bao de cido sulfrico 1%, por lo tanto, la pelcula andica de xido no se forma. Si AC anodizacin se lleva a cabo en un bao de cido sulfrico 1%, sin embargo, no se producen manchas negras en la superficie, y una fina capa de xido andica se forma en la superficie. Durante AC anodizacin, el momento de los iones SO42-tratan de romper la capa de barrera, la tensin catdica se aplica, y la accin de los iones SO42-en la descomposicin de la capa de barrera se debilita, por lo tanto, una delgada capa de xido se forma.

Pelculas andicas de xido se forman tambin en baos de cido sulfrico con altas concentraciones en exceso de 20%. Puesto que el bao electroltico, tiene un fuerte poder de disolucin, la tasa de crecimiento de la pelcula es pobre, y una pelcula gruesa no se puede formar fcilmente. La pelcula formada es tambin suave. Bajo voltaje durante la electrlisis es una de las causas de la formacin de una pelcula suave. Un voltaje bajo tambin resulta en una capa de barrera de pequeo espesor. Si el espesor de la capa barrera es pequeo, el espesor de las paredes de los poros (dos veces el espesor de la capa de barrera) tambin es pequeo, y el nmero de poros formados es grande. Esto da como resultado la formacin de una pelcula suave. Si la concentracin de cido sulfrico es mayor que 30%, la conductividad del bao se deteriora y la viscosidad de los aumentos de bao. Otra desventaja es que una gran cantidad de agua se requiere para la limpieza. Debido a estas razones, la concentracin ideal de cido sulfrico en un bao de cido sulfrico es de 10% a 20%.

Comparando las concentraciones de cido sulfrico al 10% y 20%, aumenta la tensin de bao, disminuye la porosidad de la pelcula, y la afinidad de tinte se deteriora en el 10% de baja concentracin del bao, pero opaco pelculas en blanco y las pelculas de xido en polvo no forman fcilmente despus de que el proceso de anodizado. Los datos relativos a las concentraciones de cido sulfrico para baos de cido sulfrico se han tomado de "El aluminio Tratamiento Manual Surface" y dan en la figura. 25,1, 25,1 y Tabla Tabla 25.2.

26. Por qu es la concentracin de aluminio disuelto en un bao de cido sulfrico se mantuvo a aproximadamente 10 g / l?

Los datos relacionados con la concentracin de aluminio disuelto en el bao se han tomado del manual mencionado anteriormente y se muestra en la figura. 26,1 a la figura. 26,3. Dr. Fukushima explica la respuesta a esta pregunta:

"Si un electrolito se utiliza que no contiene aluminio, una pelcula andica de xido no se puede formar, por lo tanto, de 12 a 13 g / l de sulfato de aluminio se aade generalmente al preparar la solucin en la fbrica. Con el aumento en la cantidad de aluminio, el voltaje aumenta de bao, la resistencia a la abrasin y la transparencia de la pelcula se deterioran, y la quema de la obra se produce. El lmite superior de la concentracin de aluminio disuelto se dice que es 20 g / l en los EE.UU. y 12 g / l en Alemania. "

Si el aluminio disuelto en el bao es cero, por qu no es posible obtener una buena pelcula andica de xido? O, si la cantidad de aluminio disuelto en el bao es excesiva, por qu no es posible obtener una buena pelcula andica de xido?

Si la cantidad de aluminio disuelto en el bao es cero, el bao de cido sulfrico tiene un fuerte poder de disolucin y se disuelve fcilmente la pelcula, por lo tanto, una pelcula andica de xido de buena no puede ser formada. Por otro lado, si la cantidad de aluminio disuelto es excesiva, el aluminio disuelto en la interfaz de anodizaci