2._Eloxarea

Lucrari de Laborator pentru “Procese industriale complexe”

1

PROTECTII ANTICOROZIVE ALE SUPRAFETEI

OXIDAREA ANODICA A ALUMINIULUI

Introducere

Aluminiul si aliajele sale se utilizează din ce in ce mai mult in industria constructoare

de maşini, electrotehnica, electronica, aerospatială etc.

Atât aluminiul cat si aliajele sale sunt rezistente in anumite medii chimice datorita

formarii unei pelicule protectoare de oxid, pe suprafaţa, având grosimi de 0.02 – 0.1 m. Prin

tratamente chimice, grosimea peliculei poate sa atingă valori de 3-5 m, iar printr-o

prelucrare electrochimica poate sa ajungă pana la sute de microni.

Oxidarea electrochimica a aluminiului consta in electroliza unei soluţii apoase de acid

sulfuric utilizând catozi de plumb. Placa din aluminiu ce urmează sa fie prelucrata este

anodul in circuitul de electroliza.

In urma disocierii electrolitice, in soluţie se formează ioni conform reacţiilor:

H2SO4 H+

SO42-+2

+ 2H2O H+

2 OH-

2

Reacţiile la electrozi sunt:

la catod (-)

H22 H

2 He-

+2 H+

2

la anod (+)

H2O

OH2

+

OH-

2.

OH2.

O.

La anod se descarcă ionii OH

- proveniţi din apă deoarece potenţialul lor de descărcare

este mai mic decât cel al ionilor SO42-

.

Mecanismul formării stratului de oxid de aluminiu este următorul. Ionii Al3+

tind să

treacă în soluţie formând un film subţire şi compact de oxid de aluminiu conform reacţiei:

+ O-2

Al+3

32 Al2O3

Pe măsura ce se formează, stratul de oxid este atacat de acidul sulfuric formându-se sulfat

de aluminiu. In urma acestei reacţii ce se desfăşoara în anumite puncte ale statului de oxid de

aluminiu, acesta devine poros. De asemenea oxidul de aluminiu ce intra în contact direct cu

soluţia apoasă suferă un proces de hidratare (reţine molecule de apă). Oxigenul ce se degajă

în timpul electrolizei pătrunde în porii stratului de oxid, difuzează spre metal şi formează, sub

stratul poros, un nou film subţire şi compact de oxid.

Deci, stratul format prin oxidarea anodică a aluminiului, se compune dintr-o pelicula

„bariera” subţire şi compactă din oxid de aluminiu cu reţea cub centrat intern, perfect

aderentă la metal şi un strat poros, gros, format din oxid hidratat.

Din această cauză, suprafeţele de aluminiu oxidate anodic trebuiesc prelucrate

suplimentar prin imersie în apă distilată la temperaturi de aproximativ 85-90C sau soluţie de

bicromat de sodiu.


2

Prin imersie în apă fierbinte în pori se formează oxidul de aluminiu hidratat care are

volum specific mai mare decât oxidul nehidratat şi închide porii. Această operaţie poartă

numele de compactizare. La prelucrarea oxidului cu soluţie de bicromat porii se închid ca

urmare a formarii oxicromatului de aluminiu (Al2O3CrO4) care posedă şi capacitate

pasivantă.

Pentru a da un aspect plăcut stratului format, compactizarea se poate realiza în suspensii

apoase de coloranţi organici care sunt înglobaţi în stratul de oxid hidratat.

SCOPUL LUCRARII

Scopul lucrării îl constituie obţinerea unui strat decorativ -protector prin oxidarea

aluminiului în soluţie de acid sulfuric de concentratie 20%.

MATERIALE SI METODICA

Materiale necesare Două plăcuţe din aluminiu, instalaţie de electroliză, baie de compactizare, termometru, soluţii

de colorare, soluţii de verificare a calităţii stratului.

Modul de lucru

Prima plăcuţă

1. Plăcuţa de aluminiu se curăţă cu hârtie de şmirghel pentru îndepărtarea impurităţilor

mecanice;

2. Se degresează în baia de ultrasunete timp de 4 minute;

3. Se decapează în soluţie alcalina 3 minute;

4. Se spală în apă rece;

5. Se introduce în baia de eloxare conform figurii 1 – la polul pozitiv;

6. Se fixează valoarea potenţialului la 15V;

7. Se notează valoarea curentului de electroliză;

8. După 30 minute se închide sursa;

9. Se spală cu grijă plăcuţa de aluminiu, se usucă prin ştergere cu hârtie de filtru;

10. Se imersează timp de 15 minute în apă fierbinte la 90C;

11. Se reiau operaţiile 1-9 pentru cea de a doua probă de aluminiu, cu menţiunea că eloxarea

se realizează la o tensiune de 7V;

12. Se introduce plăcuța eloxată pe rând timp de 5 minute, într-un pahar ce conţine o soluţie

de clorură ferică ( FeCl3 ), apoi într-un alt pahar ce conţine o soluţie de sulfocianură de

amoniu (NH4SCN);

13. Se spală plăcuţa în apă rece;

14. Se introduce plăcuța eloxată pe rând timp de 5 minute, într-un pahar ce conţine o soluţie

de clorură ferică ( FeCl3 ), apoi într-un alt pahar ce conţine o soluţie de sulfocianură de

amoniu (NH4SCN);

Verificarea calităţii straturilor obţinute

Verificarea compactizării stratului

Pe fiecare plăcuta eloxată si compactizată se aplică o picătură de soluţie de CuSO4;

După trei minute se şterge suprafaţa cu hârtie de filtru; apariţia unor pete roşcate, pune în

evidenţă discontinuitatea stratului de oxid.


3

Verificarea grosimii stratului de oxid

Pe fiecare plăcuţă eloxată şi compactizată se aplică o picătură de soluţie de bicromat de

potasiu.

Se cronometrează timpul în care soluţia îşi schimbă culoarea din galben în verde-culoarea

verde se datorează formării cromatului de aluminiu, deci timpul în care soluţia pătrunde

în adâncimea stratului şi ajunge la metalul de bază; un timp de 5 minute reprezintă o

grosime de 15m.

PRELUCRAREA REZULTATELOR

Calcule

Se calculează cantitatea de oxigen degajată prin electroliză cu relaţia:

m = KO I t în care: I este curentul de electroliză [A]; t este timpul de electroliză [ore];

KO este echivalentul electrochimic al oxigenului

nF

AKO

A= masa atomică a oxigenului, 16; n=2; F= 96500C/echiv= 26,8Ah/echiv.

Se calculează cantitatea de oxid formată mox , conform reacţiei:

2Al + 3O =Al2O3 AAl=27; MAl2O3= 2x27+3x16=102

48g O ………………………102g Al2O3

mg O…………………………. mox g

Se calculează grosimea stratului de oxid:

S

mox

, este densitatea oxidului = se găseşte afişata la masa de lucru

Se completează următorul tabel:

Setul

1

Proba

Tensiune

[V]

Curent

[mA]

Compac-

tizare

Verificarea grosimii stratului

Timp

[min]

Grosime

calculata

[ ]*

Timp

[min]

Grosime

Reala

[ ]

1 15 Apa

2 7 Apa

2 1 15 Colorare

2 7 Colorare

3 1 15 Aer

2 7 Aer

Documents

2._Eloxarea