الأنودة

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 12 صور
الموسوعة الحرة
تتميز هذه الكارابينات بسطح من الألومنيوم المؤكسد المصبوغ؛ وهي مصنوعة بألوان عديدة.

الأنودة هي عملية تخميل إلكتروليتية تستخدم لزيادة سمك طبقة الأكسيد الطبيعية على سطح الأجزاء المعدنية.

تُسمى هذه العملية بالأنودة لأن الجزء المراد معالجته يُشكل قطب الأنود في الخلية الإلكتروليتية . تزيد الأنودة من مقاومة التآكل والصدأ، وتوفر التصاقًا أفضل لطبقات الطلاء التمهيدية والمواد اللاصقة مقارنةً بالمعدن الخام. كما يمكن استخدام طبقات الأنودة لأغراض تجميلية متعددة، إما بطبقات سميكة مسامية قادرة على امتصاص الأصباغ، أو بطبقات رقيقة يكتسب لونها من تداخل الطبقات الرقيقة .

تُستخدم عملية الأنودة أيضًا لمنع تآكل المكونات الملولبة ولصنع أغشية عازلة للمكثفات الإلكتروليتية . تُستخدم أغشية الأنودة بشكل شائع لحماية سبائك الألومنيوم ، على الرغم من وجود عمليات مماثلة للتيتانيوم والزنك والمغنيسيوم والنيوبيوم والزركونيوم والهافنيوم والتنتالوم . يتقشر معدن الحديد أو الفولاذ الكربوني عند أكسدته في ظروف إلكتروليتية دقيقة متعادلة أو قلوية؛ أي أن أكسيد الحديد ( في الواقع هيدروكسيد الحديديك أو أكسيد الحديد المائي ، المعروف أيضًا بالصدأ ) يتكون من حفر أنودية خالية من الأكسجين وسطح كاثودي كبير، وتُركز هذه الحفر الأنيونات مثل الكبريتات والكلوريد ، مما يُسرع من تآكل المعدن الأساسي. قد تُسبب رقائق أو عقيدات الكربون في الحديد أو الفولاذ ذي المحتوى الكربوني العالي ( الفولاذ عالي الكربون ، والحديد الزهر ) جهدًا إلكتروليتيًا وتتداخل مع الطلاء أو التغطية. تُخضع المعادن الحديدية عادةً لعملية الأكسدة الأنودية الكهربائية في حمض النيتريك أو بمعالجتها بحمض النيتريك المدخن الأحمر لتكوين أكسيد الحديد (II،III) الأسود الصلب . ويحافظ هذا الأكسيد على شكله المتجانس حتى عند طلائه على الأسلاك وثنيها.

تُغير عملية الأنودة البنية المجهرية للسطح والتركيب البلوري للمعدن بالقرب منه. عادةً ما تكون الطبقات السميكة مسامية، لذا غالبًا ما تكون هناك حاجة لعملية مانعة للتسرب لتحقيق مقاومة للتآكل . على سبيل المثال، أسطح الألومنيوم المؤكسد أصلب من الألومنيوم العادي، لكن مقاومتها للتآكل منخفضة إلى متوسطة، ويمكن تحسينها بزيادة سمكها أو باستخدام مواد مانعة للتسرب مناسبة. تتميز أغشية الأنودة عمومًا بقوة أكبر والتصاق أفضل من معظم أنواع الدهانات والطلاءات المعدنية، ولكنها أيضًا أكثر هشاشة. هذا يجعلها أقل عرضة للتشقق والتقشر نتيجة التقادم والتآكل، ولكنها أكثر عرضة للتشقق الناتج عن الإجهاد الحراري.

تاريخ

استُخدمت عملية الأنودة لأول مرة على نطاق صناعي واسع عام 1923 لحماية أجزاء الطائرات المائية المصنوعة من الديورالومين من التآكل. عُرفت هذه العملية المبكرة ، القائمة على حمض الكروميك ، بعملية بينغوف-ستيوارت، ووُثِّقت في المواصفات الدفاعية البريطانية DEF STAN 03-24/3. ولا تزال تُستخدم حتى اليوم رغم متطلباتها القديمة لدورة جهد معقدة، والتي بات من المعروف الآن أنها غير ضرورية. وسرعان ما تطورت أشكال مختلفة من هذه العملية، وحصل غاور وأوبراين على براءة اختراع أول عملية أنودة باستخدام حمض الكبريتيك عام 1927. وسرعان ما أصبح حمض الكبريتيك، ولا يزال، أكثر محاليل الأنودة شيوعًا. [ 1 ]

تم تسجيل براءة اختراع عملية الأنودة باستخدام حمض الأكساليك لأول مرة في اليابان عام 1923، ثم شاع استخدامها لاحقًا في ألمانيا، لا سيما في التطبيقات المعمارية. وكانت مقاطع الألمنيوم المؤكسدة مادة معمارية شائعة في الستينيات والسبعينيات، إلا أنها استُبدلت منذ ذلك الحين بالبلاستيك الأرخص ثمنًا والطلاء المسحوق . [ 2 ] وتُعد عمليات حمض الفوسفوريك أحدث التطورات الرئيسية، والتي اقتصر استخدامها حتى الآن على المعالجة الأولية للمواد اللاصقة أو الدهانات العضوية. [ 1 ] ولا تزال الصناعة تُطوّر باستمرار مجموعة واسعة من التعديلات الخاصة والمتزايدة التعقيد لجميع عمليات الأنودة هذه، ولذلك يتجه التوجه المتزايد في المعايير العسكرية والصناعية نحو تصنيفها وفقًا لخصائص الطلاء بدلًا من التركيب الكيميائي للعملية.

الألومنيوم

مفاتيح خام من الألومنيوم المؤكسد الملون
علب تبريد مصنوعة من الألومنيوم المؤكسد الملون لجهاز Raspberry Pi 4

تُخضع سبائك الألومنيوم لعملية الأنودة لزيادة مقاومتها للتآكل، ولتسهيل عملية التلوين ، وتحسين التشحيم ، أو تعزيز الالتصاق . مع ذلك، لا تزيد عملية الأنودة من قوة جسم الألومنيوم. الطبقة الأنودية عازلة . [ 3 ]

عند تعرض الألومنيوم النقي للهواء في درجة حرارة الغرفة، أو لأي غاز آخر يحتوي على الأكسجين، فإنه يُخَمِّل نفسه ذاتيًا بتكوين طبقة سطحية من أكسيد الألومنيوم غير المتبلور بسمك يتراوح بين 2 و3 نانومتر ، [ 4 ] مما يوفر حماية فعالة للغاية ضد التآكل. أما سبائك الألومنيوم، فعادةً ما تُكَوِّن طبقة أكسيد أكثر سمكًا، تتراوح بين 5 و15 نانومتر، ولكنها تميل إلى أن تكون أكثر عرضة للتآكل. تُعالَج أجزاء سبائك الألومنيوم بالأكسدة الأنودية لزيادة سمك هذه الطبقة بشكل كبير لمقاومة التآكل. تنخفض مقاومة سبائك الألومنيوم للتآكل بشكل ملحوظ بوجود بعض العناصر المُسبَّكة أو الشوائب، مثل النحاس والحديد والسيليكون ، [ 5 ] لذا فإن سبائك الألومنيوم من سلسلة 2000 و4000 و6000 و7000 هي الأكثر عرضة للتآكل. 

على الرغم من أن عملية الأنودة تُنتج طبقة طلاء منتظمة ومتجانسة للغاية، إلا أن الشقوق المجهرية فيها قد تؤدي إلى التآكل. علاوة على ذلك، فإن طبقة الطلاء عرضة للذوبان الكيميائي في وجود بيئات ذات درجة حموضة عالية أو منخفضة ، مما يؤدي إلى تقشرها وتآكل المادة الأساسية. ولمعالجة هذه المشكلة، طُوّرت تقنيات متنوعة إما لتقليل عدد الشقوق، أو لإدخال مركبات أكثر استقرارًا كيميائيًا في طبقة الأكسيد، أو كليهما. على سبيل المثال، تُغلّف القطع المؤكسدة بحمض الكبريتيك عادةً، إما عن طريق الختم الحراري المائي أو الختم بالترسيب، لتقليل المسامية والمسارات البينية التي تسمح بتبادل الأيونات المسببة للتآكل بين السطح والمادة الأساسية. تُحسّن الأختام بالترسيب الاستقرار الكيميائي، لكنها أقل فعالية في القضاء على مسارات التبادل الأيوني. ومؤخرًا، طُوّرت تقنيات جديدة لتحويل طبقة الأكسيد غير المتبلورة جزئيًا إلى مركبات دقيقة التبلور أكثر استقرارًا، وقد أظهرت هذه التقنيات تحسنًا ملحوظًا بفضل تقصير أطوال الروابط.

تُخضع بعض أجزاء الطائرات المصنوعة من الألومنيوم، ومواد البناء، والمنتجات الاستهلاكية، لعملية الأنودة. ويُستخدم الألومنيوم المؤكسد في مشغلات MP3 ، والهواتف الذكية ، والأدوات متعددة الاستخدامات ، والمصابيح اليدوية ، وأدوات الطبخ ، والكاميرات ، والسلع الرياضية ، والأسلحة النارية ، وإطارات النوافذ ، والأسقف ، والمكثفات الإلكتروليتية، والعديد من المنتجات الأخرى، وذلك لمقاومته للتآكل وقدرته على الاحتفاظ بالصبغة. ورغم أن الأنودة لا توفر سوى مقاومة متوسطة للتآكل، إلا أن المسام العميقة فيها تُساعد على الاحتفاظ بطبقة تشحيم أفضل من السطح الأملس.

تتميز طبقات الأنودة بموصلية حرارية ومعامل تمدد خطي أقل بكثير من الألومنيوم. ونتيجة لذلك، تتشقق هذه الطبقات بفعل الإجهاد الحراري عند تعرضها لدرجات حرارة أعلى من 80  درجة مئوية (353 كلفن). قد تتشقق الطبقة، لكنها لن تتقشر. [ 6 ] تبلغ درجة انصهار أكسيد الألومنيوم 2050  درجة مئوية (2323 كلفن)، وهي أعلى بكثير من درجة انصهار الألومنيوم النقي البالغة 658  درجة مئوية (931 كلفن). [ 6 ] هذا، بالإضافة إلى خاصية العزل لأكسيد الألومنيوم، قد يزيد من صعوبة عملية اللحام.

في عمليات الأنودة التجارية التقليدية للألمنيوم، ينمو أكسيد الألمنيوم داخل السطح وخارجه بكميات متساوية. [ 7 ] لذلك، تزيد الأنودة أبعاد القطعة على كل سطح بمقدار نصف سمك الأكسيد. على سبيل المثال، طبقة بسمك 2 ميكرومتر تزيد أبعاد القطعة بمقدار 1 ميكرومتر لكل سطح. إذا تمت أنودة القطعة من جميع الجوانب، فإن جميع الأبعاد الخطية ستزيد بمقدار سمك الأكسيد. أسطح الألمنيوم المؤكسد أصلب من الألمنيوم العادي، لكن مقاومتها للتآكل منخفضة إلى متوسطة، مع إمكانية تحسينها بزيادة سمك الطبقة وعزلها.

عملية

ديسموت

يمكن تطبيق محلول إزالة السخام على سطح الألومنيوم لإزالة الملوثات. يُستخدم حمض النيتريك عادةً لإزالة السخام (الرواسب)، ولكنه يُستبدل حاليًا بسبب المخاوف البيئية. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

التحليل الكهربائي

تُصنع طبقة الألومنيوم المؤكسد بتمرير تيار مستمر عبر محلول إلكتروليتي، حيث يعمل جسم الألومنيوم كقطب موجب (أنود) في الخلية الإلكتروليتية. يُطلق التيار الهيدروجين عند القطب السالب (كاثود) والأكسجين على سطح أنود الألومنيوم، مما يؤدي إلى تراكم أكسيد الألومنيوم. يُمكن استخدام التيار المتردد والتيار النبضي، ولكنهما نادرًا ما يُستخدمان. يتراوح الجهد المطلوب في المحاليل المختلفة بين 1 و300 فولت تيار مستمر، مع أن معظمها يقع ضمن نطاق 15 إلى 21 فولت . عادةً ما تتطلب الطبقات السميكة المتكونة في حمض الكبريتيك والأحماض العضوية جهودًا أعلى. يختلف تيار الأنودة باختلاف مساحة الألومنيوم المراد أنودتها، ويتراوح عادةً بين 30 و300 أمبير / م² .

تُجرى عملية الأنودة للألمنيوم ( الأكسدة الإلكتروليتية للألمنيوم ) [ 12 ] عادةً في محلول حمضي ، كحمض الكبريتيك أو حمض الكروميك، الذي يُذيب أكسيد الألمنيوم ببطء. ويتوازن تأثير الحمض مع معدل الأكسدة لتكوين طبقة ذات مسام نانوية، يتراوح قطرها بين 10 و150 نانومترًا . [ 6 ] تسمح هذه المسام بوصول محلول الإلكتروليت والتيار الكهربائي إلى سطح الألمنيوم ، مما يُسهم في نمو الطبقة إلى سُمك أكبر مما ينتج عن التخميل الذاتي. [ 13 ] تسمح هذه المسام بامتصاص الصبغة، ولكن يجب أن يتبع ذلك عملية إحكام غلق، وإلا فلن تثبت الصبغة. وعادةً ما يُتبع الصبغ بطبقة نظيفة من أسيتات النيكل. ولأن الصبغة سطحية فقط، فقد يستمر الأكسيد الموجود أسفلها في توفير الحماية من التآكل حتى في حال حدوث خدوش أو تآكل طفيف يخترق طبقة الصبغة. 

يجب التحكم في ظروف مثل تركيز الإلكتروليت، والحموضة، ودرجة حرارة المحلول، والتيار الكهربائي لضمان تكوين طبقة أكسيد متجانسة. تُنتج المحاليل الأكثر تركيزًا عند درجات حرارة منخفضة مع فولتية وتيارات أعلى أغشيةً أكثر صلابةً وسماكةً. يتراوح سمك الغشاء من أقل من 0.5 ميكرومتر للأعمال الزخرفية اللامعة إلى 150 ميكرومتر للتطبيقات المعمارية.

تشطيب مزدوج

يمكن إجراء عملية الأنودة بالتزامن مع طلاء التحويل الكروماتي . توفر كلتا العمليتين مقاومة للتآكل، مع تفوق ملحوظ للأنودة من حيث المتانة ومقاومة التآكل الفيزيائي. قد تختلف أسباب الجمع بين العمليتين، إلا أن الفرق الجوهري بينهما يكمن في الموصلية الكهربائية للأغشية المُنتجة. فعلى الرغم من استقرار المركبين، يتميز طلاء التحويل الكروماتي بموصلية كهربائية أعلى بكثير. تتنوع التطبيقات التي قد يكون فيها هذا مفيدًا، إلا أن مسألة تأريض المكونات ضمن نظام أكبر تُعدّ من أبرزها.

تستخدم عملية التشطيب المزدوجة أفضل ما تقدمه كل عملية، حيث تتميز عملية الأنودة بمقاومتها العالية للتآكل، بينما تتميز عملية طلاء التحويل الكروماتي بموصليتها الكهربائية.

تتضمن خطوات هذه العملية عادةً طلاء المكون بالكامل بطبقة تحويل الكرومات، ثم تغطية السطح في المناطق التي يجب أن تبقى فيها طبقة الكرومات سليمة. بعد ذلك، تُذاب طبقة الكرومات في المناطق غير المغطاة. ثم يُخضع المكون لعملية الأنودة، حيث تُطبق الأنودة على المناطق غير المغطاة. تختلف العملية الدقيقة باختلاف مزود الخدمة، وشكل المكون، والنتيجة المرجوة. وتساعد هذه العملية على حماية منتجات الألومنيوم.

المواصفات المستخدمة على نطاق واسع

تُعدّ المواصفة العسكرية الأمريكية MIL-A-8625 أكثر مواصفات الأنودة استخدامًا في الولايات المتحدة ، حيث تُحدد ثلاثة أنواع من أنودة الألومنيوم. النوع الأول هو الأنودة باستخدام حمض الكروميك، والنوع الثاني هو الأنودة باستخدام حمض الكبريتيك، والنوع الثالث هو الأنودة الصلبة باستخدام حمض الكبريتيك. تشمل مواصفات الأنودة الأخرى مواصفات عسكرية إضافية (مثل MIL-A-63576)، ومواصفات صناعة الطيران والفضاء الصادرة عن منظمات مثل SAE و ASTM و ISO (مثل AMS 2469 وAMS 2470 وAMS 2471 وAMS 2472 وAMS 2482 وASTM B580 وASTM D3933 وISO 10074 وBS 5599)، ومواصفات خاصة بالشركات (مثل بوينغ ولوكهيد مارتن وإيرباص وغيرها من الشركات الكبرى). أما المواصفة AMS 2468 فقد أصبحت قديمة. لا تُحدد أيٌّ من هذه المواصفات عمليةً أو تركيبةً كيميائيةً مُفصَّلة، بل مجموعةً من الاختبارات وإجراءات ضمان الجودة التي يجب أن يستوفيها المنتج المؤكسد. ويُرشد معيار BS 1615 في اختيار السبائك المُستخدمة في عملية الأكسدة. أما بالنسبة لأعمال الدفاع البريطانية، فقد وُصفت عمليات الأكسدة الكرومية والكبريتية بالتفصيل في معياري DEF STAN 03-24/3 وDEF STAN 03-25/3 على التوالي. [ 14 ] [ 15 ]

حمض الكروميك (النوع الأول)

تستخدم أقدم عمليات الأنودة حمض الكروميك . تُعرف هذه العملية باسم عملية بنغوف-ستيوارت، ولكن نظرًا للوائح السلامة المتعلقة بمراقبة جودة الهواء، لا يُفضلها الموردون عندما لا تتجاوز المادة المضافة المرتبطة بالنوع الثاني الحدود المسموح بها. في أمريكا الشمالية، تُعرف باسم النوع الأول لأنها مُصنفة كذلك في معيار MIL-A-8625، ولكنها مشمولة أيضًا بمعياري AMS 2470 وMIL-A-8625 النوع IB. في المملكة المتحدة، يُحدد عادةً باسم Def Stan 03/24 ويُستخدم في المناطق المعرضة للتلامس مع المواد الدافعة وما شابه. توجد أيضًا معايير خاصة بشركتي بوينغ وإيرباص. يُنتج حمض الكروميك أغشيةً أرق، تتراوح سماكتها بين 0.5 و18 ميكرومتر (0.00002 إلى 0.0007 بوصة) [ 16 ] ، وأكثر عتامة، وأكثر ليونة، وقابلة للتشكيل، وذاتية الإصلاح إلى حد ما. يصعب صبغها، ويمكن استخدامها كمعالجة أولية قبل الطلاء. تختلف طريقة تكوين الطبقة عن استخدام حمض الكبريتيك في أن الجهد الكهربائي يُرفع تدريجيًا خلال دورة العملية.

حمض الكبريتيك (النوع الثاني والثالث)

يُعد حمض الكبريتيك المحلول الأكثر استخدامًا لإنتاج طبقة مؤكسدة. تُعرف الطلاءات متوسطة السماكة (من 1.8 إلى 25 ميكرومتر) [ 16 ] باسم النوع الثاني في أمريكا الشمالية، وفقًا للمواصفة MIL-A-8625، بينما تُعرف الطلاءات التي يزيد سمكها عن 25 ميكرومتر باسم النوع الثالث، أو الطلاء الصلب، أو الأنودة الصلبة، أو الأنودة الهندسية. أما الطلاءات الرقيقة جدًا، المشابهة لتلك المُنتجة بالأنودة الكرومية، فتُعرف باسم النوع الثاني ب. تتطلب الطلاءات السميكة تحكمًا أكبر في العملية [ 6 ] ، ويتم إنتاجها في خزان مُبرد بالقرب من درجة تجمد الماء باستخدام فولتية أعلى من تلك المستخدمة في الطلاءات الرقيقة. يمكن أن يتراوح سمك الأنودة الصلبة بين 13 و150 ميكرومتر. يزيد سمك الأنودة من مقاومة التآكل، ومقاومة الصدأ، والقدرة على الاحتفاظ بمواد التشحيم وطلاءات PTFE ، والعزل الكهربائي والحراري. كما أن إحكام غلق النوع الثالث يُحسّن من مقاومة التآكل على حساب تقليل مقاومة الاحتكاك. يقلل الختم من ذلك بشكل كبير. تُحدد معايير الأنودة الكبريتية الرقيقة (الناعمة/القياسية) بواسطة MIL-A-8625 النوعين الثاني والثاني ب، وAMS 2471 (غير مصبوغ)، وAMS 2472 (مصبوغ)، وBS EN ISO 12373/1 (زخرفية)، وBS 3987 (معمارية). أما معايير الأنودة الكبريتية السميكة فتُحدد بواسطة MIL-A-8625 النوع الثالث، وAMS 2469، وBS ISO 10074، وBS EN 2536، بالإضافة إلى AMS 2468 وDEF STAN 03-26/1 (التي لم تعد مستخدمة).

حمض عضوي

يمكن أن ينتج عن عملية الأنودة ألوان صفراء متكاملة دون استخدام أصباغ إذا تم إجراؤها في أحماض ضعيفة مع فولتية عالية وكثافة تيار عالية وتبريد قوي. [ 6 ] تقتصر درجات اللون على نطاق يشمل الأصفر الباهت والذهبي والبرونزي الداكن والبني والرمادي والأسود. يمكن لبعض الأنواع المتقدمة إنتاج طبقة بيضاء بانعكاسية تصل إلى 80%. تتأثر درجة اللون الناتجة باختلافات في التركيب المعدني للسبيكة الأساسية، ولا يمكن إعادة إنتاجها باستمرار. [ 2 ]

قد يؤدي التأكسد الأنودي في بعض الأحماض العضوية، كحمض الماليك مثلاً ، إلى حالة "هروب" من التفاعل، حيث يدفع التيار الحمض إلى مهاجمة الألومنيوم بقوة أكبر من المعتاد، مما ينتج عنه حفر وندوب كبيرة. كذلك، إذا ارتفع التيار أو الجهد بشكل مفرط، فقد يحدث "احتراق"؛ في هذه الحالة، تتصرف مصادر الطاقة كما لو كانت على وشك حدوث قصر، فتتكون مناطق سوداء كبيرة غير منتظمة وغير متبلورة.

تُجرى عملية الأنودة اللونية المتكاملة عادةً باستخدام الأحماض العضوية، ولكن تم الحصول على التأثير نفسه في المختبرات باستخدام حمض الكبريتيك المخفف جدًا. كانت هذه العملية تُجرى في الأصل باستخدام حمض الأكساليك ، ولكن المركبات العطرية المُسلفنة المحتوية على الأكسجين، وخاصةً حمض السلفوساليسيليك ، أصبحت أكثر شيوعًا منذ ستينيات القرن الماضي. [ 2 ] ويمكن الوصول إلى سماكات تصل إلى 50 ميكرومتر. وتُسمى عملية الأنودة باستخدام الأحماض العضوية بالنوع IC وفقًا للمعيار العسكري MIL-A-8625.

حمض الفوسفوريك

يمكن إجراء عملية الأنودة باستخدام حمض الفوسفوريك، وعادةً ما تُستخدم كتحضير سطحي للمواد اللاصقة. وقد وُصفت هذه العملية في معيار ASTM D3933.

حمامات البورات والطرطرات

يمكن أيضًا إجراء عملية الأنودة في أحواض البورات أو الطرطرات حيث يكون أكسيد الألومنيوم غير قابل للذوبان. في هذه العمليات، يتوقف نمو الطلاء عند تغطية القطعة بالكامل، ويتناسب سمكه طرديًا مع الجهد المطبق. [ 6 ] تتميز هذه الطلاءات بخلوها من المسام، مقارنةً بعمليات حمض الكبريتيك والكروميك. [ 6 ] يُستخدم هذا النوع من الطلاء على نطاق واسع في صناعة المكثفات الإلكتروليتية لأن أغشية الألومنيوم الرقيقة (عادةً أقل من 0.5 ميكرومتر) قد تتعرض للثقب بفعل العمليات الحمضية. [ 1 ]

الأكسدة الكهروكيميائية بالبلازما

الأكسدة الكهروكيميائية بالبلازما عملية مشابهة، ولكن يتم فيها تطبيق جهد كهربائي أعلى . وهذا يؤدي إلى حدوث شرارات كهربائية، مما ينتج عنه طبقات طلاء أكثر تبلورًا/خزفية.

معادن أخرى

المغنيسيوم

يُستخدم المغنيسيوم في عملية الأنودة بشكل أساسي كطبقة أساسية للطلاء. ويكفي لهذا الغرض طبقة رقيقة (5 ميكرومتر). [ 17 ] ويمكن للطبقات الأكثر سمكًا، التي تبلغ 25 ميكرومتر فأكثر، أن توفر مقاومة معتدلة للتآكل عند تغطيتها بالزيت أو الشمع أو سيليكات الصوديوم . [ 17 ] وتُحدد معايير أنودة المغنيسيوم في المواصفات القياسية AMS 2466 وAMS 2478 وAMS 2479 وASTM B893.

النيوبيوم

تتأكسد مادة النيوبيوم بطريقة مشابهة للتيتانيوم، حيث تتشكل مجموعة من الألوان الجذابة نتيجة التداخل عند سماكات مختلفة للطبقة. وتعتمد سماكة الطبقة على جهد التأكسد. [ 18 ] [ 19 ] تشمل استخداماته صناعة المجوهرات والعملات التذكارية .

الفولاذ المقاوم للصدأ

لوحة اختبار من الفولاذ المقاوم للصدأ المؤكسد (محلول قائم على الموليبدات)

يمكن معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ بالأكسدة الأنودية في أحواض تحتوي على حمض الكبريتيك ومركبات الكروم سداسي التكافؤ. [ 20 ] كما يمكن استخدام أحواض تحتوي على محاليل هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم. ونظرًا لحظر استخدام مركبات الكروم سداسي التكافؤ في الاتحاد الأوروبي بموجب لوائح توجيه الحد من استخدام المواد الخطرة (ROHS) وكونها سامة ومسرطنة، تُقترح محاليل أساسها الموليبدات كبديل (مثل: 30-100 غرام من الموليبدات / 10-18 غرام من حمض البوريك / 0.5-5 غرام من كبريتات المنغنيز / لتر واحد من الماء، 0.1-20 أمبير/ديسيمتر مربع، 0.1-15 دقيقة). [ 21 ] [ 22 ]

التنتالوم

تتأكسد التنتالوم بطريقة مشابهة للتيتانيوم والنيوبيوم، حيث تتشكل مجموعة من الألوان الجذابة نتيجة التداخل عند سماكات مختلفة للطبقة. وتعتمد سماكة الطبقة على جهد التأكسد، وتتراوح عادةً بين 18 و23 أنغستروم لكل فولت، وذلك تبعًا لنوع المحلول الإلكتروليتي ودرجة الحرارة. ومن استخداماته مكثفات التنتالوم .

التيتانيوم

ألوان مختارة يمكن الحصول عليها من خلال عملية الأنودة للتيتانيوم

يتراوح سمك طبقة الأكسيد المؤكسد بين 30 نانومترًا (1.2 × 10⁻⁶ بوصة ) وعدة ميكرومترات. [ 23 ] وتُحدد معايير تأكسد التيتانيوم في AMS 2487 وAMS 2488. 

تُنتج عملية الأنودة من النوع الثالث AMS 2488 للتيتانيوم مجموعةً واسعةً من الألوان دون استخدام أصباغ، ولذلك تُستخدم أحيانًا في الفنون، والمجوهرات التقليدية ، ومجوهرات ثقب الجسم، وخواتم الزفاف . يعتمد اللون الناتج على سُمك طبقة الأكسيد (الذي يُحدده جهد الأنودة)؛ وينتج عن تداخل الضوء المنعكس عن سطح الأكسيد مع الضوء المار عبره والمنعكس عن سطح المعدن الأساسي. تُنتج عملية الأنودة من النوع الثاني AMS 2488 طبقةً نهائيةً رماديةً غير لامعة أكثر سُمكًا ذات مقاومة أعلى للتآكل. [ 24 ]

الزنك

نادرًا ما يُخضع الزنك لعملية الأنودة، ولكن طورت المنظمة الدولية لأبحاث الرصاص والزنك عمليةً تغطيها المواصفة العسكرية MIL-A-81801. [17] يمكن لمحلول من فوسفات الأمونيوم والكرومات والفلورايد ، بجهد يصل إلى 200 فولت ، أن ينتج طبقات خضراء زيتونية يصل سمكها إلى 80 ميكرومتر. [ 17 ] تتميز هذه الطبقات بصلابتها ومقاومتها للتآكل.

يمكن معالجة الزنك أو الفولاذ المجلفن بالأكسدة باستخدام التيار المستمر عند الفولتية المنخفضة (20-30 فولت) في حمامات السيليكات التي تحتوي على تراكيز مختلفة من سيليكات الصوديوم ، وهيدروكسيد الصوديوم ، والبورق ، ونتريت الصوديوم ، وكبريتات النيكل . [ 25 ]

صباغة

يتم صبغ حافظات أجهزة iPod Mini الملونة بعد عملية الأنودة وقبل عملية اللحام الحراري.

تُنتج عمليات الأنودة الأكثر شيوعًا، مثل استخدام حمض الكبريتيك على الألومنيوم، سطحًا مساميًا يمتص الأصباغ بسهولة. عدد ألوان الأصباغ لا حصر له تقريبًا، إلا أن الألوان الناتجة تختلف باختلاف السبيكة الأساسية. أكثر الألوان شيوعًا في الصناعة، نظرًا لانخفاض تكلفتها نسبيًا، هي الأصفر والأخضر والأزرق والأسود والبرتقالي والأرجواني والأحمر. مع أن البعض قد يفضل الألوان الفاتحة، إلا أنه من الصعب عمليًا إنتاجها على بعض السبائك، مثل سبائك الصب عالية السيليكون وسبائك الألومنيوم والنحاس من سلسلة 2000. ومن المخاوف الأخرى "ثبات اللون" للأصباغ العضوية، فبعض الألوان (الأحمر والأزرق) معرضة للبهتان بشكل خاص. أما الأصباغ السوداء والذهبية المنتجة بطرق غير عضوية ( أكسالات الأمونيوم الحديدية ) فهي أكثر ثباتًا للضوء . عادةً ما تُغلق عملية الأنودة المصبوغة لتقليل أو منع تسرب الصبغة. لا يمكن استخدام اللون الأبيض نظرًا لكبر حجم جزيئاته مقارنةً بحجم مسام طبقة الأكسيد. [ 26 ]

لون تداخل أنودة الألومنيوم
ألوان التداخل الأنودي

تُعدّ تقنية التلوين بالتداخل الأنودي طريقةً أخرى مثيرة للاهتمام. إذ يُظهر غشاء الزيت الرقيق المُستقر على سطح الماء ألوان قوس قزح نتيجةً لتداخل الضوء المنعكس من سطح التماس بين الماء والزيت مع الضوء المنعكس من سطح غشاء الزيت. ولأن سُمك غشاء الزيت غير مُتحكّم به، فإن ألوان قوس قزح الناتجة تبدو عشوائية.

في عملية تلوين الألومنيوم بالأنودة، تُحقق الألوان المطلوبة بترسيب طبقة معدنية ذات سُمك مُتحكم به (عادةً القصدير) عند قاعدة البنية المسامية. يتضمن ذلك انعكاسات على ركيزة الألومنيوم والسطح المعدني العلوي. يتغير اللون الناتج عن التداخل من الأزرق والأخضر والأصفر إلى الأحمر مع ازدياد سُمك الطبقة المعدنية المُرسبة. عند تجاوز سُمك مُعين، يختفي التداخل البصري، ويتحول اللون إلى البرونزي. تتميز أجزاء الألومنيوم المؤكسد الملونة بالتداخل بصفة مميزة: إذ يتغير لونها عند النظر إليها من زوايا مختلفة. تتضمن عملية التلوين بالتداخل ثلاث خطوات: الأنودة بحمض الكبريتيك، والتعديل الكهروكيميائي للمسام الأنودية، وترسيب المعدن (القصدير). [ 27 ]

ختم

تُعدّ عملية الإغلاق الخطوة الأخيرة في عملية الأنودة. تُنتج محاليل الأنودة الحمضية مسامات في طبقة الأنودة. يمكن لهذه المسامات امتصاص الأصباغ والاحتفاظ بمواد التشحيم، ولكنها تُشكّل أيضًا منفذًا للتآكل. عندما لا تكون خصائص التشحيم بالغة الأهمية، تُغلق هذه المسامات عادةً بعد الصبغ لزيادة مقاومة التآكل والحفاظ على الصبغة. هناك ثلاثة أنواع شائعة من الإغلاق.

  1. يُعدّ الغمر المطوّل في الماء منزوع الأيونات أو البخار المغلي بدرجة حرارة تتراوح بين 96 و100 درجة مئوية (205-212 درجة فهرنهايت) أبسط طرق منع التسرب، على الرغم من أنه ليس فعالاً تماماً ويقلل من مقاومة التآكل بنسبة 20%. [ 6 ] يتحول الأكسيد إلى شكله المائي ، ويؤدي التورم الناتج إلى تقليل مسامية السطح.  
  2. عملية تغليف متوسطة الحرارة تعمل عند درجة حرارة تتراوح بين 70 و 80 درجة مئوية (160-180 درجة فهرنهايت) في محاليل تحتوي على إضافات عضوية وأملاح معدنية. مع ذلك، من المحتمل أن تؤدي هذه العملية إلى تسرب الألوان.  
  3. تُعدّ عملية الإغلاق البارد، حيث تُغلق المسام بتشريب مادة مانعة للتسرب في حمام بدرجة حرارة الغرفة، أكثر شيوعًا نظرًا لتوفيرها للطاقة. ولا تُناسب الطلاءات المُغلقة بهذه الطريقة اللصق. وتُستخدم مواد التفلون ، وأسيتات النيكل ، وأسيتات الكوبالت، وثنائي كرومات الصوديوم أو البوتاسيوم الساخن بشكل شائع. ويشترط معيار MIL-A-8625 الإغلاق للطلاءات الرقيقة (النوعان الأول والثاني)، ويُجيزه كخيار للطلاءات السميكة (النوع الثالث).

تنظيف

إن أسطح الألمنيوم المؤكسد التي لا يتم تنظيفها بانتظام معرضة لتلطيخ حواف الألواح ، وهو نوع فريد من تلطيخ الأسطح يمكن أن يؤثر على السلامة الهيكلية للمعدن.

الأثر البيئي

تُعدّ عملية الأنودة من أكثر عمليات تشطيب المعادن ملاءمةً للبيئة. فباستثناء الأنودة العضوية (المعروفة أيضًا بالأنودة ذات اللون المتكامل)، لا تحتوي المنتجات الثانوية إلا على كميات ضئيلة من المعادن الثقيلة أو الهالوجينات أو المركبات العضوية المتطايرة . ولا تُنتج الأنودة ذات اللون المتكامل أي مركبات عضوية متطايرة أو معادن ثقيلة أو هالوجينات، إذ إن جميع المنتجات الثانوية الموجودة في مخلفات العمليات الأخرى تأتي من الأصباغ أو مواد الطلاء المستخدمة فيها. [ 28 ] أما أكثر مخلفات الأنودة شيوعًا، وهما هيدروكسيد الألومنيوم وكبريتات الألومنيوم ، فيُعاد تدويرهما لتصنيع الشبّ ومسحوق الخبز ومستحضرات التجميل وورق الصحف والأسمدة، أو يُستخدمان في أنظمة معالجة مياه الصرف الصناعي .

الاعتبارات الميكانيكية

تؤدي عملية الأنودة إلى زيادة سُمك السطح، لأن طبقة الأكسيد المتكونة تشغل حيزًا أكبر من المعدن الأساسي المُعالَج. [ 29 ] لا يُشكّل هذا عادةً مشكلة إلا في حالات التفاوتات الدقيقة. في هذه الحالة، يجب مراعاة سُمك طبقة الأنودة عند اختيار أبعاد التشغيل. من الممارسات الشائعة في الرسومات الهندسية تحديد أن "الأبعاد تُطبّق بعد جميع عمليات تشطيب السطح". هذا يُلزم ورشة التشغيل بمراعاة سُمك الأنودة عند إجراء التشغيل النهائي للجزء الميكانيكي قبل الأنودة. كذلك، في حالة الثقوب الصغيرة الملولبة لاستقبال البراغي ، قد تتسبب الأنودة في انحشار البراغي، وبالتالي، قد يلزم إعادة تشكيل الثقوب الملولبة باستخدام لولب لاستعادة الأبعاد الأصلية. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام لوالب خاصة ذات مقاس أكبر للتعويض المسبق عن هذا التمدد. في حالة الثقوب غير الملولبة التي تستقبل دبابيس أو قضبان ذات قطر ثابت، قد يكون من المناسب استخدام ثقب أكبر قليلاً للسماح بتغيير الأبعاد. اعتمادًا على نوع السبيكة وسُمك طبقة الأنودة، قد يكون لذلك تأثير سلبي كبير على عمر الإجهاد . في المقابل، قد تزيد الأنودة من عمر الإجهاد عن طريق منع التآكل النُقري.

انظر أيضاً

مراجع

الاقتباسات

  1. 1 2 3 Sheasby & Pinner 2001 ، ص 427–596 . 
  2. 1 2 3 Sheasby & Pinner 2001 ، ص 597–742 . 
  3. ↑ ديفيس 1993 ، ص 376 . 
  4. ↑ Sheasby & Pinner 2001 ، ص. 5 . 
  5. ↑ Sheasby & Pinner 2001 ، ص. 9 . 
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 إدواردز، جوزيف (1997). أنظمة الطلاء ومعالجة الأسطح للمعادن . منشورات فينيشينج المحدودة وجمعية المعادن الأمريكية الدولية. الصفحات 34-38 . ISBN  978-0-904477-16-0.
  7. ↑ كوتز ، ماير (2005-06-02). "الطلاءات الواقية لسبائك الألومنيوم". دليل التدهور البيئي للمواد . نورويتش، نيويورك: ويليام أندرو. ص 353. ISBN  978-0-8155-1749-8.
  8. ↑ سون، سيونغ هو؛ كوون، داي تشول؛ جيونغ، دو وون (2008). "تطوير محلول حمض النيتريك الخالي من الفوسفور لإزالة الفوسفور لمعالجة أسطح سبائك الألومنيوم". منتدى علوم المواد . 569 : 309-312 . doi : 10.4028/www.scientific.net/MSF.569.309 . S2CID 95989141 . 
  9. ↑ لاري تشيسترفيلد (1 فبراير 2001). "التشويه وإزالة التشويه" . منتجات التشطيب . تم الاسترجاع في 10 سبتمبر 2021 .
  10. ↑ بريس، آرثر (1979). تقنية أنودة الألومنيوم . ستون هاوس: تكنيكوبي المحدودة. ISBN 0905228081.
  11. ↑ ويرنيك، س. (1987). معالجة وتشطيب أسطح الألومنيوم وسبائكه . أوهايو، تيدينغتون: قسم التشطيبات الدولية التابع للجمعية الأمريكية للمعادن. رقم ISBN 0904477096.
  12. ↑ "الأكسدة - حلول اللحام والطلاء من WELCO - Bruck id Opf" . www.welco.eu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أبريل 2021 .
  13. ↑ Sheasby & Pinner 2001 ، ص 327–425 . 
  14. ↑ |DEF STAN 03-24/3
  15. ↑ |DEF STAN 03-25/3
  16. 1 2 المواصفات العسكرية الأمريكية MIL-A-8625، قاعدة بيانات ASSIST ، مؤرشفة بتاريخ 2007-10-06 على موقع Wayback Machine
  17. 1 2 3 4 إدواردز، جوزيف (1997). أنظمة الطلاء ومعالجة الأسطح للمعادن . منشورات فينيشينج المحدودة وجمعية المعادن الأمريكية الدولية. الصفحات 39-40 . ISBN  978-0-904477-16-0.
  18. ↑ بياسون غوميز، ماجستير؛ أونوفري، س.؛ خوانتو، س.؛ دي س. بولويس، ل. أو. (1991). "أكسدة النيوبيوم في وسط حمض الكبريتيك". مجلة الكيمياء الكهربائية التطبيقية . 21 (11): 1023-1026 . doi : 10.1007/BF01077589 . S2CID 95285286 . 
  19. ↑ شيو، واي إل (1971). "ملاحظة حول سماكة أغشية أكسيد النيوبيوم المؤكسدة". أغشية صلبة رقيقة . 8 (4): R37– R39. Bibcode : 1971TSF.....8R..37C . doi : 10.1016/0040-6090(71)90027-7 .
  20. ^ Handbuch der Galvanotechnik Band III، محرران. H. Dettner وJ. Elze، ميونيخ 1969.، ص 291
  21. ↑ "نوع من سائل التلوين المستخدم في طلاء الفولاذ المقاوم للصدأ بطريقة التلوين الكهروكيميائية" .
  22. ↑ أليوت، جورج (9 يوليو 2020). التلوين الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي في موليبدات الصوديوم ومحاليل أخرى صديقة للبيئة (أطروحة). جامعة لوبورو. doi : 10.26174/thesis.lboro.12530660.v1 – عبر repository.lboro.ac.uk.
  23. ↑ "مؤتمرات الخلايا الإلكترونية والمواد - نقاش علمي مفتوح" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 27-09-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-06-2011 .
  24. ↑ "AMS2488D: المعالجة الأنودية - محلول التيتانيوم وسبائك التيتانيوم بدرجة حموضة 13 أو أعلى - SAE International" . www.sae.org . SAE International . تاريخ الاطلاع: 4 يناير 2019 .
  25. ↑ إمام، ماجستير، منير الزمان، م.، ومأمون، ماجستير. أنودة الزنك لتحسين خصائص السطح. وقائع اجتماع عُقد في الفترة من 20 إلى 24 نوفمبر 2011، المؤتمر الدولي الثامن عشر للتآكل، بيرث، أستراليا، الصفحات 199-206 (2012)، ISBN 9781618393630
  26. ↑ "لماذا لا يوجد ألومنيوم مؤكسد أبيض؟ (مقدمة عن الألومنيوم المؤكسد)" . BlueBuddhaBoutique.com . تاريخ الاطلاع: 27 يوليو 2020 .
  27. ↑ "تلوين التداخل في عملية أنودة الألومنيوم | AAC" . Anodizing.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-08-2023 .
  28. ↑ "الأكسدة الأنودية والبيئة" . مؤرشف من الأصل في 8 سبتمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 سبتمبر 2008 .
  29. ↑ "أنودة الألومنيوم في دبي، الإمارات العربية المتحدة | خدمات الأنودة | أنودة" .

فهرس

  • ديفيس، جوزيف ر. (1993). الألومنيوم وسبائك الألومنيوم (  الطبعة الرابعة). الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية . رقم ISBN 978-0-87170-496-2. OCLC 246875365 . 
  • شيزبي، بي جي؛ بينر، آر. (2001). معالجة وتشطيب أسطح الألومنيوم وسبائكه . المجلد  2 (  الطبعة السادسة). ماتيريالز بارك، أوهايو وستيفنيج، المملكة المتحدة: منشورات ASM الدولية والتشطيب. ISBN 978-0-904477-23-8.