آنودایز چیست؟ آنودایزینگ آلومینیوم

آنودایزینگ آلومینیوم فرایندی است که یک لایه اکسید طبیعی روی سطح آلومینیوم را تقویت می‌کند و آن را به مادی‌ای قوی‌تر و کاربردی‌تر تبدیل می‌کند. این تکنیک الکتروشیمیایی نه‌تنها مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم را بهبود می‌بخشد؛ بلکه به طور قابل‌توجهی جذابیت و زیبایی و مقاومت آن را در برابر سایش افزایش می‌دهد. مراحل انجام آنودایز شامل غوطه‌ورکردن آلومینیوم در یک حمام الکترولیتی، معمولاً اسیدسولفوریک است که به‌عنوان آند عمل می‌کند. دلیل نام‌گذاری این فرایند با آنودایزینگ آلومینیوم نیز همین مسئله است.

هدف اصلی آنودایز کردن آلومینیوم، تشکیل یک لایه اکسید آندی است که بسیار ضخیم‌تر از اکسید طبیعی است که به طور خود‌به‌خود در معرض هوا بر روی آلومینیوم تشکیل می‌شود. این اکسیداسیون کنترل شده منجر به ایجاد یک لایه سخت، بادوام و متخلخل می‌شود که می‌تواند با رنگ‌های مختلف رنگ‌آمیزی شود. در این مقاله از سری مقالات نورد پارس با ما همراه باشید تا به بررسی آلیاژهای آلومینیوم مناسب برای آنودایز بپردازیم.

منظور از آنودایزینگ آلومینیوم چیست؟

آنودایزینگ آلومینیوم یک فرایند الکتروشیمیایی است که لایه اکسید طبیعی روی آلومینیوم را تقویت می‌کند تا پوشش سطحی ضخیم‌تر، بادوام‌تر و کاربردی‌تر را تشکیل دهد. این فرایند نه‌تنها از فلز در برابر خوردگی محافظت می‌کند؛ بلکه ظاهر، مقاومت در برابر سایش و خواص الکترونیکی آن را نیز بهبود می‌بخشد.

مراحل انجام آنودایز آلومینیوم شامل غوطه‌ورکردن آلومینیوم در محلول الکترولیتی اسیدی است که قسمت آلومینیومی آن به‌عنوان آند عمل می‌کند. جریان الکتریکی از محلول عبور می‌کند و باعث می‌شود یون‌های اکسیژن اسید با اتم‌های آلومینیوم در سطح فلز ترکیب شوند و یک لایه اکسید ایجاد کنند. ضخامت این لایه را می‌توان با تغییر شرایط مانند ولتاژ، غلظت اسید و زمان قرارگرفتن در معرض محلول کنترل کرد.

مراحل آنودایزینگ آلومینیوم

مراحل انجام آنودایز شامل عملیات مختلفی شامل تمیزکردن اولیه، حمام آنودایز، اکسیداسیون، آبکاری و… قطعات و ورق آلومینیوم است که در ادامه به بررسی هر کدام می‌پردازیم:

• تمیزکردن و پیش‌تصفیه: قبل از آنودایز کردن، آلومینیوم باید به دقت تمیز شود تا چربی، کثیفی و هرگونه آلودگی و پوشش قبلی آن حذف شود. این فرایند می‌تواند شامل چربی‌زدایی، کنده‌کاری و گاهی اوقات پرداخت مکانیکی یا سندبلاست برای اطمینان از یکنواخت بودن سطح آلومینیوم باشد.
• حمام آنودایز: آلومینیوم تمیز شده سپس در یک مخزن آنودایزینگ پر از محلول الکترولیت، معمولاً حاوی اسیدسولفوریک قرار می‌گیرد. در برخی موارد برای کاربردهای خاص از اسیدهای کروم یا اگزالیک استفاده می‌شود. در این مرحله از آنودایزینگ آلومینیوم به‌عنوان آند در یک مدار الکتریکی عمل می‌کند.
• اکسیداسیون: هنگامی که جریان از آند عبور می‌کند، یون‌های اکسیژن از الکترولیت با آلومینیوم واکنش داده و اکسید آلومینیوم را تشکیل می‌دهند. این لایه اکسید به سمت داخل فلز و به سمت خارج به الکترولیت رشد می‌کند و ساختار متخلخلی ایجاد می‌کند.
• آب‌کاری: پس از آنودایزینگ آلومینیوم، لایه اکسید متخلخل است. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، منافذ موجود با غوطه‌ورشدن در آب داغ یا بخار مهروموم می‌شوند که اکسید را هیدراته کرده و منافذ را می‌بندد. آبکاری ورق آلومینیوم یک فرایند پوشش‌دهی محوب می‌شود.

انواع آنودایزینگ آلومینیوم

آنودایز آلومینیوم شامل طیف وسیعی از تکنیک‌ها است که لایه اکسید طبیعی روی آلومینیوم را تقویت می‌کند و مقاومت در برابر خوردگی، دوام و زیبایی ظاهری آن را بهبود می‌بخشد. هر یک از انواع آنودایزینگ آلومینیوم بر اساس الزامات خاص در برابر خوردگی، سختی، ضخامت، رنگ و ملاحظات زیست‌محیطی جایگاه ویژه‌ای دارند. انتخاب بین این روش‌ها به استفاده نهایی محصول، شرایط محیطی که با آن مواجه خواهد شد و عملکرد موردنظر بستگی دارد. با پیشرفت تکنولوژی، روش‌های آنودایز آلومینیوم با هدف کارایی بیشتر، سازگاری با محیط‌زیست و سفارشی‌سازی به تکامل خود ادامه می‌دهند. ضخامت یکی از عوامل تاثیرگذار بر قیمت ورق آلومینیوم است.

در ادامه به تفکیک انواع آنودایزینگ آلومینیوم که با الکترولیت‌های مورداستفاده متمایز می‌شوند؛ می‌پردازیم:

1. نوع I : آنودایز با اسید کرومیک

مراحل انجام آنودایز نوع I شامل استفاده از اسید کرومیک به‌عنوان الکترولیت است. این فرایند در مقایسه با روش‌های دیگر با ولتاژ کمتری انجام می‌شود و در نتیجه لایه اکسید نازک‌تر ایجاد می‌شود. لایه اکسید به ضخامت حدود 0.5 الی 1.8 میکرون تولید می‌شود. اگرچه این لایه اکسید به سختی انواع دیگر آنودایزینگ آلومینیوم نیست؛ اما مقاومت بسیارخوبی در برابر خوردگی به خصوص در شرایط سخت دارد.

به دلیل حداقل تاثیرآن بر ابعاد قطعات، محصولات آنودایز شده با این روش به طور گسترده در صنایع هوافضا مورداستفاده قرار می‌گیرند. این قطعات برای اشکال پیچیده که ثبات ابعادی در آن‌ها اهمیت دارد، گزینه مناسبی هستند؛ اما به دلیل سمی بودن کروم، استفاده از آنها در حال کاهش است.

2. نوع II: آنودایزینگ اسید سولفوریک

در این نوع آنودایزینگ آلومینیوم از اسیدسولفوریک استفاده می‌شود که سمیت کمتری نسبت به اسید کرومیک دارد و همین امر آن را به یک گزینه سازگار با محیط‌زیست تبدیل می‌کند. مراحل انجام آنودایز با این روش در ولتاژهای بالاتر انجام می‌شود و منجر به ایجاد یک لایه اکسید ضخیم‌تر می‌شود. آنودایزی آلومینیوم با سولفوریک اسید تعادل خوبی بین سختی، ضخامت و رنگ‌پذیری ایجاد می‌کند.

سطح آلومینیوم آنودایز شده با سولفوریک اسید را می‌توان در رنگ‌های مختلف رنگ‌آمیزی کرد که انعطاف‌پذیری بالایی در زیبایی ظاهری دارد. به دلیل تطبیق‌پذیری، به‌عنوان متداول‌ترین نوع آنودایزینگ آلومینیوم شناخته می‌شود. از این قطعات در کاربردهای معماری، کالاهای مصرفی، مبلمان و قطعات خودرو که عملکرد و زیبایی ظاهری اهمیت دارد، استفاده می‌شود.

3. نوع III: آنودایز سخت

فرایند آنودایزینگ آلومینیوم در این روش مشابه آنودایز با اسیدسولفوریک است؛ اما با دماهای پایین‌تر و ولتاژهای بالاتر است که باعث تشکیل یک لایه اکسید بسیار ضخیم‌تر می‌شود. این فرایند می‌تواند پوشش‌هایی با ضخامت 150 میکرون ایجاد کند که به طور قابل‌توجهی سختی را افزایش می‌دهد. این نوع آنودایزینگ آلومینیوم مقاومت در برابر سایش استثنایی را ارائه می‌دهد و معمولاً رنگ نمی‌شود.

این نوع آلومینیوم آنودایز شده برای کاربردهای صنعتی که در آن قطعات در معرض سایش هستند؛ مانند اجزای ماشین‌آلات، ابزارها و سخت‌افزارهای نظامی مورداستفاده قرار می‌گیرند. ویژگی‌های این نوع آلومینیوم به‌ویژه در محیط‌هایی که آلومینیوم باید در شرایط سخت مقاومت کند؛ مفید است.

4. سایر انواع آنودایزینگ

علاوه بر موارد گفته شده انواع دیگر آنودایزینگ به این صورت است:

• آنودایز با اسید اگزالیک: این نوع آنودایزینگ آلومینیوم کمتر رایج است؛ اما برای کاربردهای خاص که نیاز به تعادل متفاوتی از خواص دارند، استفاده می‌شود. این فرایند می‌تواند یک لایه اکسید نیمه شفاف و سخت تولید کند.
• آنودایز فسفریک اسید: این فرایند آنودایز آلومینیوم به دلیل تولید یک لایه‌نازک و شفاف که برای کاربردهای پیوند؛ به‌ویژه در صنعت الکترونیک بسیار عالی است، شناخته شده است.
• آنودایز رنگی: اگرچه این فرایند آنودایز محسوب نمی‌شود؛ اما یک مرحله اضافی است که در آن رنگ‌ها به لایه آندی متخلخل آنودایزینگ نوع II وارد می‌شوند تا به یک ساختار رنگی دست یابند. این روش طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها را امکان‌پذیر می‌کند؛ اما خواص مکانیکی اکسید را به طور قابل‌توجهی تغییر نمی‌دهد.

کاربرد آنودایزینگ آلومینیوم

آنودایز یک فرایند تصفیه سطح همه‌کاره است که به طور قابل‌توجهی کاربرد آلومینیوم را در صنایع مختلف گسترش می‌دهد. در هر یک از این کاربردها، فرایند آنودایزینگ نه‌تنها آلومینیوم را در برابر تخریب محیطی محافظت می‌کند؛ بلکه خواص طبیعی آن را نیز افزایش می‌دهد و آن را به ماده‌ای منحصربه‌فرد تبدیل می‌کند که دوام، عملکرد و زیبایی ظاهری موردنیاز است. علاوه بر این، آنودایزینگ آلومینیوم با کاهش نیاز به پوشش‌های اضافی که ممکن است شامل مواد شیمیایی مضر باشد؛ به محیط‌زیست کمک می‌کند. در ادامه برخی از کاربردهای کلیدی آنودایز آلومینیوم را به شما معرفی می‌کنیم:

1. معماری

آلومینیوم آنودایز شده به دلیل دوام، مقاومت در برابر خوردگی و جذابیت ظاهری در نمای ساختمان و پنجره‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. این قطعات می‌توانند در برابر شرایط آب‌وهوایی سخت مقاومت کنند و درعین‌حال رنگ و یکپارچگی خود را در طول زمان حفظ کنند. توانایی رنگ‌آمیزی آن‌ها امکان ادغام یکپارچه با طرح‌های معماری مدرن را فراهم می‌کند. از مبلمان گرفته تا عناصر تزیینی، آلومینیوم آنودایز شده به دلیل سطح مقاوم در برابر خش و قابلیت تمیزکردن آسان، عملکرد و سبکی را ارائه می‌دهد.

2. لوازم الکترونیکی مصرفی

روکش سخت و بادوام آلومینیوم آنودایز شده برای گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ و تبلت‌هایی که باید از مقاومت در برابر سایش و ظاهری ممتاز برخوردار باشند، گزینه‌ای ایده‌ال است. آنودایزینگ آلومینیوم همچنین زمینه خوبی را برای برندسازی و سفارش‌سازی از طریق آنودایز رنگی فراهم می‌کند.

3. صنایع خودرو

آنودایز برای افزایش طول عمر چرخ‌های آلومینیومی و تزیینات استفاده می‌شود و مقاومت در برابر نمک جاده، خوردگی و سایش را ارائه می‌دهد. آنودایزینگ آلومینیوم سخت به‌ویژه برای قطعات عملکردی که با اصطکاک زیاد مواجه هستند؛ مانند اجزای موتور استفاده می‌شود. در محیط‌هایی که قطعات در معرض دمای بالا و سیالات خورنده هستند، قطعات آلومینیومی آنودایز شده یکپارچگی خود را حفظ می‌کنند.

4. صنایع هوافضا

صنعت هوانوردی از آنودایز اسید کرومیک برای قطعاتی استفاده می‌کند که کاهش وزن آن‌ها بدون به خطر انداختن مقاومت در برابر خوردگی از اهمیت زیادی برخوردار است. این نوع آنودایز به دلیل حداقل تاثیر آن بر ابعاد در صنایع هوافضا موردتوجه قرار گرفته است. نیاز به موادی که می‌توانند خلا را تحمل کنند؛ آلومینیوم آنودایز شده را به دلیل مقاومت در برابر گازهای خروجی و اشعه ماورا بنفش انتخابی محبوب برای اجرای مختلف فضاپیما محسوب می‌شود.

5. صنایع صنعتی و نظامی

آنودایزینگ آلومینیوم سخت برای ابزارها، قالب‌ها و اجزای ماشین‌آلات که در معرض سایش شدید هستند، اعمال می‌شود و عمر عملیاتی آن‌ها را افزایش می‌دهند. دوام و امکانات استتار ارائه شده توسط آنودایز، آن را برای کاربردهای نظامی از قطعات سلاح گرفته تا اجزای خودرو که در آن عملکرد و استتار از اهمیت زیادی برخوردار است؛ مناسب می‌کند.

6. صنایع الکترونیک و نیمه‌هادی

آنودایز عایق حرارتی خوبی را فراهم می‌کند و درعین‌حال اجازه می‌دهد گرما به طور مؤثری کنترل شود. این ویژگی، آنودایزینگ آلومینیوم را برای سینک‌های حرارتی ایده‌ال می‌کند. خواص عایق الکترونیک آلومینیوم آنودایز شده نیز برای محفظه‌های الکترونیکی بسیار مهم است.

7. تجهیزات پزشکی

آلومینیوم آنودایز شده سازگاری زیستی، مقاومت در برابر فرایندهای استریلیزاسیون و سطحی که به‌راحتی تمیز می‌شود که در کاربردهای پزشکی ضروری هستند؛ را ارائه می‌دهد. از قطعات آلومینیوم آنودایز شده در ابزار جراحی استفاده می‌شود.

آلیاژهای آلومینیوم مناسب برای آنودایز

آنودایزینگ آلومینیوم یک فرایند الکتروشیمیایی است که می‌تواند برای آلیاژهای مختلف اعمال شود؛ اما به دلیل تفاوت در ترکیب و ساختار متالورژیکی، همه آن‌ها رفتار یکسانی در این فرایند نشان نمی‌دهند. درحالی‌که اغلب آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان آنودایز کرد؛ سری‌های 1xxx، 3xxx، 5xxx و 6xxx به‌ویژه به دلیل سازگاری با فرایند آنودایزینگ، گزینه بهتری هستند. در ادامه به بررسی مهم ترین آلیاژهای آلومینیوم مناسب برای آنودایز می‌پردازیم:

1. سری 1xxx (آلومینیوم خالص)

آلیاژهای 1100 و 1050 دارای محتوای آلومینیوم بالایی هستند و به راحتی تحت مراحل آنودایز قرار می‌گیرند. این آلیاژها در اثر آنودایزینگ یک پوشش شفاف و روشن با مقاومت در برابر خوردگی عالی ایجاد می‌کنند. با این حال، این آلیاژها نرم‌تر از سایر آلیاژهای آلومینیوم هستند؛ بنابراین، پوشش آندی سختی موردنیاز برای کابردهای مختلف را فراهم می‌کند.

2. سری 3xxx (آلیاژهای منگنز)

آلیاژهای 3003 و 3105  آلیاژهای سخت‌کاری با استحکام متوسط هستند. آن‌ها به‌خوبی آنودایز می‌شوند و یک لایه اکسیدی یکنواخت با خواص چسبندگی خوب ایجاد می‌کنند. محتوای منگنز تاثیر قابل‌توجی در فرایند آنودایزینگ آلومینیوم ندارد؛ اما می‌تواند کمی بر رنگ و شفافیت لایه آندی تاثیر بگذارد.

3. سری 5xxx (آلیاژهای منیزیم)

منیزیم موجود در آلیاژهای 5005 و 5052 به استحکام کمک می‌کند و در عین حال امکان آنودایز خوب را نیز فراهم می‌کند. این آلیاژهای آلومینیوم می‌توانند تحت انواع پرداخت‌ها قرار بگیرند؛ اما ممکن است به دلیل منیزیم تغییراتی در رنگ آن‌ها ایجاد شود. آنودایزینگ آلومینیوم مقاومت این آلیاژها در برابر خوردگی را بیش از پیش افزایش می‌دهد.

4. سری 6xxx (آلیاژهای منیزیم و سیلیکون)

آلیاژهای 6061 و 6063 به دلیل قابلیت اکسترودپذیری و جوش‌پذیری خود شناخته‌شده‌اند و به طور گسترده در کاربردهای سازه‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرند. فرایند اکستروژن آلومینیوم یکی از مهم‌ترین فرایندها در تولید قطعات و محصولات آلومینیومی است. این آلیاژها به خوبی آنودایز می‌شوند و تعادل خوبی بین قدرت و کیفیت ارائه می‌دهند. لایه آندی تشکیل شده بر این آلیاژها را می‌توان رنگ کرد و طیف وسیعی از رنگ‌ها را در عین حفظ یکپارچگی ساختاری ارائه کرد.

جمع‌بندی

آنودایزینگ آلومینیوم می‌تواند اهداف کاربردی مختلفی مانند بهبود خواص الکتریکی یا افزایش سطح برای چسبندگی بهتر در فرایندهای برندینگ یا رنگ‌آمیزی داشته باشد. فرایند آنودایز آلومینیوم علاوه بر افزایش خواص فیزیکی، مزایای زیست‌محیطی نیز دارد. ازآنجایی‌که آنودایز یک روکش بدون لایه‌های فلزی بر روی فلز ایجاد می‌کند؛ نیاز به حلال‌ها یا رنگ‌های شیمیایی و مضر را کاهش می‌دهد و آن را به انتخاب سبزتری در پرداخت مواد تبدیل می‌کند. خواه به دنبال بهبود زیبایی ظاهری محصولات مصرفی از جنس آلومینیوم یا افزایش دوام برای کاربردهای صنعتی باشید؛ شناخت مراحل انجام آنودایز برای استفاده از پتانسیل این فرایند ضروری است.

در این مقاله کوشیدیم هرآنچه لازم است درمورد آلیاژهای آلومینیوم مناسب برای آنودایز را بررسی کنیم. نورد پارس با بیش از چند دهه تجربه در زمینه گرده آلومینیوم و ورق آلومینیوم، متعهد به ارائه بالاترین کیفیت در سطح استاندارد جهانی است. برای اطلاعات بیشتر و مشاوره خرید از طریق بخش تماس با ما، با ما در تماس باشید.