تصميم أنودة الألومنيوم ودليل التطبيق

يعد الطلاء بأكسيد الألومنيوم أحد أكثر خيارات المعالجة السطحية شيوعًا لألومنيوم CNC.تحتل نسبة كبيرة في الحصة السوقية للأجزاء المؤكسدة.هذه العملية مناسبة جدًا لأجزاء الألمنيوم المصنوعة من عمليات التصنيع المختلفة ، مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، والصب وتشكيل الألواح.

ستوجهك هذه المقالة إلى اعتبارات التصميم الخاصة بالأنودة.
مقدمة لأكسدة انوديك
الأكسدة الأنودية هي عملية تحويل السطح المعدني إلى طبقة أكسيد من خلال عملية التحليل الكهربائي.من خلال هذه العملية ، يتم زيادة سماكة طبقة الأكسيد الطبيعي هذه لتحسين متانة الأجزاء ، التصاق الطلاء ، مظهر المكونات ومقاومة التآكل.يوضح الشكل التالي بعض الأجزاء التي تم معالجتها بأكسيد ثم صبغها بألوان مختلفة.
تستخدم العملية حمامًا حمضيًا وتيارًا لتشكيل طبقة أنود على المعدن الأساسي.باختصار ، هو إنشاء طبقة أكسيد متحكم بها ودائمة على المكون ، بدلاً من الاعتماد على طبقة الأكسيد الرقيقة التي تشكلها المادة نفسها.إنه مشابه للون الأزرق والفوسفات والتخميل والمعالجات السطحية الأخرى للفولاذ المستخدم لمقاومة التآكل وتصلب السطح.

نوع الأنودة
في هذا البحث ، يتم تقسيم الأكسدة الأنودية إلى ثلاث فئات وفئتين.الأنواع الثلاثة هي كما يلي:
النوع I:
النوع الأول و IB - أنودة حمض الكروميك
اكتب IC - أنودة غير حمض الكروميك بدلاً من النوع I و IB
النوع الثاني:
النوع الثاني - طلاء تقليدي في حمام حامض الكبريتيك
النوع IIB - بدائل غير كرومات لطلاءات النوع الأول والنوع الأول

الفئة الثالثة:
النوع الثالث - أنودة صلبة
هناك أسباب محددة لكل نوع من أنواع الأنودة.بعض هذه الأسباب هي:
1. تستخدم الأنواع I و IB و II لمقاومة التآكل ودرجة معينة من مقاومة التآكل.بالنسبة للتطبيقات الحرجة المتعلقة بالتعب ، يتم استخدام النوع الأول والنوع الأول نظرًا لكونهما طبقات رقيقة.ومن الأمثلة على ذلك المكونات الهيكلية المتعبة للغاية للطائرة.
2. عندما يحتاج I و IB إلى بدائل غير كرومات ، يجب استخدام النوعين IC و IIB.عادة ما يكون هذا نتيجة للوائح أو المتطلبات البيئية.
3. النوع الثالث يستخدم بشكل رئيسي لزيادة مقاومة التآكل ومقاومة التآكل.هذا طلاء أكثر سمكًا ، لذلك سيكون متفوقًا على أنواع التآكل الأخرى.لكن الطلاء قد يقلل من عمر التعب.يشيع استخدام الأنودة من النوع الثالث لأجزاء الأسلحة النارية والتروس والصمامات والعديد من الأجزاء المنزلقة نسبيًا.
مقارنةً بالألمنيوم العاري ، تساهم جميع أنواع المواد اللاصقة في التصاق الطلاء والمواد اللاصقة الأخرى.بالإضافة إلى عملية الأنودة ، قد تحتاج بعض الأجزاء إلى الصبغ أو الإغلاق أو المعالجة بمواد أخرى ، مثل زيوت التشحيم ذات الأغشية الجافة.إذا كان جزء ما مصبوغًا ، فيُعتبر من الدرجة 2 ، بينما الجزء غير الملوث هو الطبقة.

متطلبات التصميم
حتى الآن ، ربما تمت مطالبتك بالنظر في بعض العوامل الرئيسية عند تصميم الأجزاء المؤكسدة.يتم تجاهلها بسهولة (وغالبًا) في عالم التصميم.

1. الحجم
العامل الأول الذي نحتاج إلى مراعاته هو تغييرات الأبعاد المرتبطة بالمكونات المؤكسدة.في الرسومات ، قد يحدد المهندس أو المصمم تطبيق الحجم بعد المعالجة للتعويض عن هذا التغيير ، ولكن بالنسبة للنماذج الأولية السريعة ، نادرًا ما يكون لدينا رسومات ، خاصة إذا استخدمنا خدمة التحول السريع التي تعتمد على النماذج الصلبة.
عندما يتم معالجة الأجزاء بأكسيد الألومنيوم ، "ينمو" السطح.عندما أقول "نمو" ، أعني أن القطر الخارجي سيصبح أكبر وأن الثقب سيصبح أصغر.وذلك لأن طبقة الأنود تنمو إلى الداخل والخارج من سطح الجزء عند تكوين أكسيد الألومنيوم.
يمكن تقدير زيادة الحجم بحوالي 50٪ من السماكة الكلية لطبقة الأنود.يوضح الجدول التالي تفاصيل نطاق سماكة أنواع الطلاء المختلفة وفقًا لـ Mil-A-8625.

قد تختلف هذه السماكات اعتمادًا على السبيكة المحددة والتحكم في العملية المستخدم.قد يكون التدريع مطلوبًا إذا كان المصمم مهتمًا بالتحكم في نمو الميزات عالية الدقة.في بعض الحالات ، مثل الطلاء السميك من النوع الثالث ، يمكن لف الأجزاء أو صقلها إلى الحجم النهائي ، ولكن هذا سيزيد من التكلفة.
هناك اعتبار آخر للأبعاد وهو نصف قطر الحواف والزوايا الداخلية لأن الطلاء الأنوديك لا يمكن تشكيله على الزوايا الحادة.ينطبق هذا بشكل خاص على الطلاءات من النوع الثالث ، حيث يوصى باستخدام نصف قطر الزاوية التالي لسمك من النوع الثالث وفقًا لمعيار Mil-A-8625:
بالنسبة للطلاءات الرقيقة ، يكون كسر الحافة في حدود 0.01-0.02 كافيًا ، ولكن من الأفضل استشارة مهندس عملية التسريع للتحقق من ذلك.

2. مقاومة التآكل
بالنظر إلى زيادة صلابة طبقة الأنود ، نعلم أن صلابة السطح تزداد.صلابة الطلاء المحدد بالفعل ليست نموذجية بسبب التفاعل بين المعدن الأساسي الأكثر ليونة وطبقة الأنود الصلبة.تحدد Mil-A-8625 اختبارات مقاومة التآكل لمواجهة هذه التحديات.
كإطار مرجعي ، تتراوح صلابة مادة الألومنيوم 2024 الأساسية في نطاق 60-70 Rockwell B ، حيث تبلغ صلابة أنودة النوع الثالث 60-70 Rockwell C. يوضح الشكل التالي أحد مشابك التثبيت CNC الخاصة بي ، والتي تحتوي على مؤكسد ومصبوغ باللون الأحمر.
على الرغم من صعوبة تطبيق الخشب الصلب والبلاستيك الهندسي والمعادن غير الحديدية في بيئة الاهتزازات العالية ، إلا أن السطح لم يتآكل.

3. التلوين بالصبغة
كما هو موضح أعلاه ، يمكن تلطيخ الفيلم المؤكسد.يمكن القيام بذلك لعدة أسباب ، مثل الجماليات ، وتقليل الضوء الشارد في النظام البصري ، وتباين / تحديد الجزء في التجميع.
عندما يتعلق الأمر بالأنودة ، فإن بعض التحديات التي يجب مناقشتها مع مورديك هي:
مطابقة الألوان: من الصعب الحصول على مطابقة حقيقية للألوان مع الأجزاء المؤكسدة ، خاصة إذا لم تتم معالجتها في نفس الدفعة.إذا كان التجميع يتكون من عدة أجزاء مؤكسدة من نفس اللون ، يلزم وجود جهاز تحكم خاص.
التلاشي: قد يتلاشى الفيلم المؤكسد المعرض للأشعة فوق البنفسجية أو درجات الحرارة العالية.تتأثر الأصباغ العضوية أكثر من الأصباغ غير العضوية ، لكن العديد من الألوان تحتاج إلى صبغات عضوية.
استجابة الصبغة: لا يمكن لجميع أنواع الطلاء والأنودة استخدام الأصباغ جيدًا.سيكون من الصعب الحصول على طلاء من النوع الأول باللون الأسود الحقيقي لأن الطلاء رقيق جدًا.بشكل عام ، على الرغم من استخدام الأصباغ السوداء ، ستظل الأجزاء رمادية اللون ، لذلك قد لا تكون الصبغات اللونية عملية بدون معالجة خاصة.عندما تكون سماكة الطلاء عالية ، قد يظهر الطلاء الصلب من النوع III أيضًا باللون الرمادي الداكن أو الأسود على بعض السبائك ، وسيكون اختيار اللون محدودًا.قد تقبل بعض الطلاءات الرقيقة من النوع الثالث ألوانًا متعددة ، ولكن إذا كانت الجماليات هي القوة الدافعة الرئيسية ، فإن الطلاء من النوع الثاني هو الخيار الأفضل لخيارات الألوان.
هذه ليست شاملة ، لكنها ستمنحك بداية جيدة عند عمل الأجزاء المطلوبة لأول مرة.

4. الموصلية
تعتبر طبقة الأنود عازلًا جيدًا ، على الرغم من أن المعدن الأساسي له موصلية.لذلك ، إذا كان الهيكل أو المكونات بحاجة إلى التأريض ، فقد يكون من الضروري تطبيق طلاء تحويل كيميائي شفاف وتغطية بعض المناطق.
من الطرق الشائعة لتحديد ما إذا كانت أجزاء الألمنيوم قد تم معالجتها بأكسيد الألومنيوم هي استخدام مقياس رقمي متعدد لاختبار التوصيل السطحي.إذا لم تكن الأجزاء مؤكسدة ، فقد تكون موصلة ومقاومة منخفضة للغاية.
5. طلاء مركب
قد يخضع الجزء المؤكسد أيضًا للمعالجة الثانوية للطلاء أو معالجة السطح المؤكسد لتحسين الأداء.بعض الإضافات الشائعة لطلاء الأنوديك هي:
الطلاء: يمكن طلاء الطلاء الأنوديك للحصول على لون معين لا تستطيع الصبغة تحقيقه ، أو زيادة تحسين مقاومة التآكل.
التشريب بالتفلون: يمكن تشريب الطلاء الصلب من النوع الثالث بالتفلون لتقليل معامل الاحتكاك للأنودة العارية.يمكن القيام بذلك في تجويف القالب وكذلك في الأجزاء المنزلقة / الملامسة.

هناك عمليات أخرى يمكن استخدامها لتغيير أداء طلاء الأنود ، لكنها أقل شيوعًا وقد تتطلب مورّدين متخصصين.
الاحتياطات الرئيسية:
1. طلاء الأنود السميك قد يقلل من عمر إجهاد المكونات ، خاصة عندما تستخدم عملية من النوع III.
2. يجب النظر في التغييرات الهندسية لأي جزء من الأجزاء المراد معالجتها بأكسيد.هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات النوع الثاني والثالث ، ولكن قد لا يكون مطلوبًا لبعض عمليات النوع الأول.
3. عند معالجة دفعات متعددة ، قد تكون مطابقة الألوان صعبة للغاية.عند التعاون مع موردين مختلفين ، قد تكون مطابقة الألوان صعبة للغاية.
4. من أجل الحماية الكافية من التآكل ، قد يكون من الضروري سد ثقوب طبقة الأنود.
5. عندما تقترب السماكة وتتجاوز 0.003 بوصة ، قد تنخفض مقاومة التآكل للطبقة الصلبة من النوع الثالث.
قد تستجيب السبائك المختلفة لعملية الأكسدة الأنودية بطرق مختلفة.على سبيل المثال ، بالمقارنة مع السبائك الأخرى ، فإن السبائك التي تحتوي على نسبة نحاسية تزيد عن 2٪ أو أعلى تكون ذات مقاومة تآكل ضعيفة بشكل عام عند إخضاعها لاختبارات مواصفات ميل لطلاءات الدرجة الثالثة.بمعنى آخر ، لن يكون الطلاء الصلب من النوع الثالث على الألومنيوم سلسلة 2000 وبعض الألومنيوم سلسلة 7000 مقاومة للتآكل مثل الطلاء الصلب 6061.