Anodizing là một trong những lựa chọn xử lý bề mặt phổ biến nhất cho nhôm CNC.Nó chiếm một tỷ trọng lớn trong thị phần của các bộ phận anodized.Quá trình này rất thích hợp cho các bộ phận nhôm được thực hiện bằng các quy trình sản xuất khác nhau, chẳng hạn như gia công CNC, đúc và tạo hình tấm.
Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn những lưu ý khi thiết kế anodizing.
Giới thiệu về quá trình oxy hóa anốt
Quá trình oxy hóa anốt là quá trình biến đổi bề mặt kim loại thành lớp oxit thông qua quá trình điện phân.Thông qua quá trình này, độ dày của lớp oxit tự nhiên này được tăng lên để cải thiện độ bền của các bộ phận, độ bám sơn, bề ngoài của thành phần và chống ăn mòn.Hình dưới đây cho thấy một số bộ phận đã được anod hóa và sau đó được nhuộm thành các màu khác nhau.
Quá trình sử dụng bể axit và dòng điện để tạo thành một lớp cực dương trên kim loại cơ bản.Nói một cách ngắn gọn, đó là tạo ra một lớp oxit có kiểm soát và bền vững trên linh kiện, thay vì dựa vào lớp oxit mỏng do chính vật liệu tạo thành.Nó tương tự như luyện thép, phốt phát hóa, thụ động hóa và các phương pháp xử lý bề mặt khác của thép được sử dụng để chống ăn mòn và làm cứng bề mặt.
Loại anodizing
Trong bài báo này, quá trình oxy hóa anốt được chia thành ba loại và hai loại.Ba loại như sau:
Loại I:
Loại I và IB - anot hóa axit cromic
Loại IC - anot hóa không axit cromic thay vì loại I và IB
Loại II:
Loại II - lớp phủ thông thường trong bể axit sulfuric
Loại IIB - lựa chọn thay thế không cromat cho lớp phủ loại I và IB
Loại III:
Loại III - anodizing cứng
Có những lý do cụ thể cho từng loại anod hóa.Một số lý do sau là:
1. Loại I, IB và II được sử dụng để chống ăn mòn và chống mài mòn ở một mức độ nhất định.Đối với các ứng dụng quan trọng về mỏi, loại I và loại Ib được sử dụng vì chúng là lớp phủ mỏng.Một ví dụ là các thành phần cấu trúc rất mệt mỏi của máy bay.
2. Khi I và IB cần các lựa chọn thay thế không crômat, loại IC và IIB sẽ được sử dụng.Đây thường là kết quả của các quy định hoặc yêu cầu về môi trường.
3. Loại III được sử dụng chủ yếu để tăng khả năng chống mài mòn và chống mài mòn.Đây là một lớp phủ dày hơn, vì vậy nó sẽ vượt trội hơn so với các loại mài mòn khác.Nhưng lớp phủ có thể làm giảm tuổi thọ mệt mỏi.Anốt loại III thường được sử dụng cho các bộ phận súng, bánh răng, van và nhiều bộ phận trượt tương đối khác.
So với nhôm trần, tất cả các loại keo dán đều góp phần tạo nên độ bám dính của sơn và các chất kết dính khác.Ngoài quá trình anodizing, một số bộ phận có thể cần được nhuộm, hàn kín hoặc xử lý bằng các vật liệu khác, chẳng hạn như chất bôi trơn màng khô.Nếu một phần được nhuộm, nó được coi là lớp 2, trong khi phần không nhuộm là lớp.
Cân nhắc thiết kế
Cho đến nay, bạn có thể được nhắc xem xét một số yếu tố chính khi thiết kế các bộ phận anốt hóa.Đây là những thứ dễ dàng (và thường) bị bỏ qua trong thế giới thiết kế.
1. Kích thước
Yếu tố đầu tiên chúng ta cần xem xét là sự thay đổi kích thước liên quan đến các thành phần anodized.Trên bản vẽ, kỹ sư hoặc nhà thiết kế có thể chỉ định áp dụng kích thước sau khi xử lý để bù đắp cho sự thay đổi này, nhưng đối với tạo mẫu nhanh, chúng tôi hiếm khi có bản vẽ, đặc biệt nếu chúng tôi sử dụng dịch vụ tiện nhanh dựa trên các mô hình rắn.
Khi các bộ phận được anod hóa, bề mặt sẽ "phát triển".Khi tôi nói "tăng trưởng", tôi có nghĩa là đường kính ngoài sẽ trở nên lớn hơn và lỗ sẽ trở nên nhỏ hơn.Điều này là do lớp cực dương phát triển từ trong ra ngoài so với bề mặt của bộ phận khi ôxít nhôm được hình thành.
Có thể ước tính rằng sự gia tăng kích thước vào khoảng 50% tổng chiều dày của lớp cực dương.Bảng dưới đây nêu chi tiết phạm vi độ dày của các loại lớp phủ khác nhau theo Mil-A-8625.
Các độ dày này có thể thay đổi tùy thuộc vào hợp kim cụ thể và điều khiển quá trình được sử dụng.Có thể cần phải che chắn nếu nhà thiết kế quan tâm đến việc kiểm soát sự phát triển của các tính năng chính xác cao.Trong một số trường hợp, chẳng hạn như lớp phủ loại III dày hơn, các bộ phận có thể được mài hoặc đánh bóng đến kích thước cuối cùng, nhưng điều này sẽ làm tăng chi phí.
Một chiều khác được xem xét là bán kính của các cạnh và các góc bên trong vì lớp phủ anốt không thể được hình thành trên các góc nhọn.Điều này đặc biệt đúng đối với lớp phủ loại III, trong đó bán kính góc sau đây cho độ dày loại III nhất định được khuyến nghị phù hợp với Mil-A-8625:
Đối với các lớp phủ mỏng hơn, độ gãy mép trong khoảng 0,01-0,02 là đủ, nhưng tốt hơn hết là bạn nên tham khảo ý kiến của kỹ sư chế tạo tăng tốc để xác minh điều này.
2. Chống mài mòn
Xét độ cứng của lớp anot tăng lên ta biết độ cứng bề mặt tăng.Độ cứng của lớp phủ thực tế được chỉ định không phải là điển hình do sự tương tác giữa kim loại cơ bản mềm hơn và lớp anôt cứng.Mil-A-8625 chỉ định các bài kiểm tra khả năng chống mài mòn để đáp ứng những thách thức này.
Như một hệ quy chiếu, độ cứng của vật liệu cơ bản nhôm 2024 nằm trong khoảng 60-70 Rockwell B, trong đó độ cứng của anodizing loại III là 60-70 Rockwell C. Hình dưới đây cho thấy một trong những kẹp kẹp CNC của tôi, có được anốt hóa và nhuộm màu đỏ.
Mặc dù gỗ cứng, nhựa kỹ thuật và kim loại không ferit khó thi công trong môi trường rung động cao nhưng bề mặt hầu như không bị mài mòn.
3. Tạo màu bằng thuốc nhuộm
Như đã mô tả ở trên, phim anốt hóa có thể bị ố vàng.Điều này có thể được thực hiện vì nhiều lý do, chẳng hạn như thẩm mỹ, giảm ánh sáng đi lạc trong hệ thống quang học và độ tương phản / nhận dạng một phần trong cụm lắp ráp.
Khi nói đến việc an toàn hóa, một số thách thức cần thảo luận với các nhà cung cấp của bạn là:
Kết hợp màu sắc: rất khó để có được sự phù hợp màu sắc trung thực với các bộ phận được anod hóa, đặc biệt nếu chúng không được xử lý trong cùng một lô.Nếu một tổ hợp bao gồm một số bộ phận được anốt hóa có cùng màu, thì cần phải có thiết bị điều khiển đặc biệt.
Phai màu: phim anốt hóa tiếp xúc với tia cực tím hoặc nhiệt độ cao có thể bị phai màu.Thuốc nhuộm hữu cơ bị ảnh hưởng nhiều hơn thuốc nhuộm vô cơ, nhưng nhiều màu cần thuốc nhuộm hữu cơ.
Khả năng đáp ứng thuốc nhuộm: không phải tất cả các loại anodizing và lớp phủ đều có thể sử dụng thuốc nhuộm tốt.Anodizing loại I sẽ khó đạt được màu đen thực sự vì lớp phủ rất mỏng.Nói chung, mặc dù thuốc nhuộm đen được sử dụng, các bộ phận vẫn sẽ có màu xám, vì vậy thuốc nhuộm màu có thể không thực tế nếu không được xử lý đặc biệt.Khi độ dày lớp phủ cao, lớp phủ cứng loại III cũng có thể xuất hiện màu xám đen hoặc đen trên một số hợp kim và việc lựa chọn màu sắc sẽ bị hạn chế.Một số lớp phủ loại III mỏng hơn có thể chấp nhận nhiều màu sắc, nhưng nếu tính thẩm mỹ là động lực chính, thì lớp phủ loại II là lựa chọn tốt nhất cho các tùy chọn màu sắc.
Những điều này không toàn diện, nhưng chúng sẽ mang lại cho bạn một khởi đầu tốt khi thực hiện các bộ phận cần thiết lần đầu tiên.
4. Độ dẫn điện
Lớp anot là một chất cách điện tốt, mặc dù kim loại cơ bản có tính dẫn điện.Do đó, nếu khung xe hoặc các bộ phận cần được nối đất, có thể cần phải phủ một lớp phủ chuyển đổi hóa học trong suốt và che phủ một số khu vực.
Một phương pháp phổ biến để xác định xem các bộ phận bằng nhôm đã được anod hóa hay chưa là sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số để kiểm tra độ dẫn điện trên bề mặt.Nếu các bộ phận không được anốt hóa, chúng có thể dẫn điện và có điện trở rất thấp.
5. Lớp phủ tổng hợp
Phần anốt hóa cũng có thể được xử lý thứ cấp để phủ hoặc xử lý bề mặt được anốt hóa để cải thiện hiệu suất.Một số chất phụ gia phổ biến cho lớp phủ anốt là:
Sơn: lớp phủ anốt có thể được sơn để có được một màu cụ thể mà thuốc nhuộm không thể đạt được, hoặc cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn.
Tẩm Teflon: lớp phủ cứng loại III có thể được tẩm Teflon để giảm hệ số ma sát của anodizing trần.Điều này có thể được thực hiện trong lòng khuôn cũng như trong các bộ phận trượt / tiếp xúc.
Có những quy trình khác có thể được sử dụng để thay đổi hiệu suất của lớp phủ anốt, nhưng chúng ít phổ biến hơn và có thể yêu cầu các nhà cung cấp chuyên dụng.
Các biện pháp phòng ngừa chính:
1. Lớp phủ anốt dày có thể làm giảm tuổi thọ mỏi của các bộ phận, đặc biệt là khi chúng sử dụng quy trình loại III.
2. Cần phải xem xét những thay đổi hình học của bất kỳ bộ phận nào được anốt hóa.Điều này rất quan trọng đối với quy trình loại II và III, nhưng có thể không bắt buộc đối với một số quy trình loại I.
3. Khi xử lý nhiều lô, việc phối màu có thể rất khó khăn.Khi hợp tác với các nhà cung cấp khác nhau, việc phối màu có thể rất khó khăn.
4. Để bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ, có thể cần phải bịt kín các lỗ của lớp anôt.
5. Khi độ dày tiếp cận và vượt quá 0,003 inch, khả năng chống mài mòn của lớp phủ cứng loại III có thể giảm.
Các hợp kim khác nhau có thể phản ứng với quá trình oxy hóa anốt theo những cách khác nhau.Ví dụ, so với các hợp kim khác, các hợp kim có hàm lượng đồng trên 2% hoặc cao hơn thường có khả năng chống mài mòn kém khi chịu các thử nghiệm thông số kỹ thuật mil đối với lớp phủ cấp III.Nói cách khác, lớp phủ cứng loại III trên nhôm sê-ri 2000 và một số nhôm sê-ri 7000 sẽ không chịu mài mòn như lớp phủ cứng 6061.
