アルミニウム合金陽極酸化皮膜の割れ・剥離

アルミニウム合金の陽極酸化皮膜の亀裂や剥離は、酸化皮膜が不完全であるためにさまざまな原因が考えられます。 それぞれの発生の原因を明確にすることで、問題を緩和し、完全に解決する方法をより適切に見つけることができます。
1、クラックの発生と防止
1. アルミニウムと陽極酸化皮膜の線膨張係数の違い
アルミニウムの陽極酸化皮膜と下地アルミニウムの線膨張係数の差は、加熱すると約5倍になります。 アルミニウムが熱膨張すると、アルミニウム上にその場で成長した陽極酸化皮膜は強い引張応力を受け、膨張したアルミニウムによって引き剥がされます。 陽極酸化皮膜が硬く、厚ければ厚いほど、熱割れのリスクが高くなります。 実際には、通常の硫酸陽極酸化皮膜は8μで適用できます。温度がm以下の場合、中高温でニッケルで封止した後、亀裂なしで最大250度の高温ベーキングに耐えることができます。 厚みが８μＡｔ・ｍを超えると基本的に焼き割れを避けることができなくなる。 一方で、シール効果が高いほどクラックが発生しやすいことも実験で判明しました。
解決策：陽極酸化皮膜の線膨張係数を大きくする。
①合金中の第二相の分布を改善することで、陽極酸化皮膜と第二相の界面での亀裂の伸展・移動を抑制し、亀裂の発生を低減することができる。
② アルミニウムの表面に一定の粗さを与えることにより、陽極酸化皮膜に局所的な微細なクラックを誘発し、応力を解放し、大きなクラックの発生を抑制します。
③ 交流酸化、溶解度の高い陽極酸化液によるアルミニウムの陽極酸化処理、または酸化槽に薬品を添加して陽極酸化皮膜の細孔特性を改善することにより、空隙率の高い陽極酸化皮膜を形成することができます。 （通常、膜の細孔が増加し、酸化膜の硬度が低下します）これにより、クラックの発生が減少します。
④ 放射状の微細孔構造を持つ陽極酸化皮膜は比較的柔らかく、クロム酸陽極酸化処理後の線膨張係数が大幅に増加するため、酸化皮膜の割れをある程度回避できます。
2. 陽極酸化処理時に酸化皮膜により発生する内部応力
通常、陽極酸化皮膜の成長過程では、体積の増加により酸化皮膜内部全体に圧縮応力がかかり、酸化皮膜のクラックが発生しにくい傾向にあります。 しかし、酸化膜が厚くなり電流密度が増加すると、内部応力は引張応力の方向に移動します。 場合によっては、硬質陽極酸化ではこの特性を利用して、酸化中に比較的均一で表面に広い亀裂を意図的に生成します。 これらの亀裂は、その後の使用環境でより多くの潤滑グリースを吸収し、それによって酸化膜の摩耗を軽減します。
解決策: 陽極酸化皮膜の内部応力を制御します。 陽極酸化皮膜に圧縮応力が残留すると、クラックが入りにくくなります。 したがって、酸化膜クラックの防止には、電流密度の低減、酸化温度の上昇、酸化時間の短縮が有効となります。
3. 突起部の陽極酸化皮膜の成長
陽極酸化皮膜は成長過程で徐々に体積が膨張していきますが、これがアルミニウム材の凸部が完全な酸化皮膜を形成できる理由でもあります。 しかし、突起部の曲率が小さすぎる（突起部が鋭すぎる）と、より厚い酸化皮膜を生成する際に、酸化皮膜の外側への膨張がアルミニウム表面を完全に覆うことができず、表面からアルミニウムまで亀裂が発生してしまいます。基板。
解決策: 鋭いコーナーをフィレットして、曲率の大きな陽極酸化皮膜を生成します。
4. 不適切なシールの選択によって生じる亀裂。 長期間屋外にさらされる必要があるアルミニウム材料の場合、室温のニッケルタイプのシール剤を使用するのは明らかに適切ではありません。 フッ化ニッケルシール剤は、強い日光や高温にさらされた場合、熱湯シールよりもマイクロクラックが発生しやすいという報告があります。 したがって、建設に使用されるアルミニウム形材にコールドシーリングの使用を避けるのは当然です。
解決策: 太陽光にさらす必要があるアルミニウム合金に最適なシーリング ソリューションは、ニッケルフリーの中高温シーリング、次にニッケル タイプの中高温シーリング、沸騰水シーリングです。
実際には、鋸引き、曲げ、衝撃などの外力によっても陽極酸化皮膜に亀裂が生じることがあります。 したがって、陽極酸化皮膜のクラックを完全に回避することはほぼ不可能である。 すべての条件においてクラックを完全に防ぐことはできませんが、アルミニウム材料の使用条件に応じてクラックが存在する可能性がある防止および制御方法も数多くあります。 したがって、アルミニウム製品の用途や使用条件を考慮し、限られた条件下でクラックの発生を最小限に抑え、重大な害を及ぼすクラックの発生を防止する必要があります。
2、酸化皮膜の剥離と防止
一般に、陽極酸化膜はアルミニウム基板上にその場で成長する多孔質構造の膜層です。 酸化皮膜と基材との結合力は通常の電気めっきや溶射に比べて非常に強いため、機械的な外力によって酸化皮膜が基材から剥離することはほとんどありません。 しかし、実際には酸化皮膜の剥離が起こる。 例えば、弱酸性ニッケル塩電解の灰色試験において、不適切なニッケル錯化剤を使用すると、電解工程中に酸化皮膜の部分的な剥離が発生します。
1. アルミニウム母合金組成の影響
CuやMgを多く含む合金では大部分のCuやMgが陽極溶解し、溶解による穴の形成により不連続な陽極酸化皮膜が形成されます。 そのため、酸化皮膜が最も剥離しやすいのは2系合金と5系合金です。
2. アルミニウム母材に対する熱膨張の影響
純アルミニウムに Mg や Zn などの元素を添加すると、アルミニウム母材の熱膨張が大幅に増大し、酸化膜の亀裂や剥離のリスクが高まります。
3. 停電や酸化中断の影響
アルミニウム合金の陽極酸化処理中に、停電が発生したり、治具のクランプポイントがしっかりしていない場合、酸化中断につながり、基板と陽極酸化皮膜の間に化学的溶解が発生し、ボイドが発生し、結合力が低下します。基板と酸化膜間の距離が減少し、酸化膜の剥離が発生します。
4. 陽極酸化皮膜の微細孔中の残留酸化液に及ぼす時間の影響
陽極酸化皮膜の多孔質構造には極微量の硫酸が含まれており、封孔処理や電気泳動固化などの熱の影響により、酸化皮膜と基材の界面に低融点薄膜合金層が形成されます。 残存液と局所電池を形成することで溶解・細孔が生じ、陽極酸化皮膜の結合力の低下や剥離の原因となります。
5.酸化前に機械加工ストレスの影響が除去されていないため
通常、陽極酸化および染色後、2- 系合金の焼付酸化皮膜には亀裂や剥離が発生しやすくなります。 この原因として最も考えられるのは、機械加工後に材料の表面に応力がかかることです。 陽極酸化処理後、応力により酸化皮膜と基板の熱膨張差が拡大し、最終的には酸化皮膜の剥離につながります。
6. 電解着色による陽極酸化皮膜への影響
電解着色時の酸化皮膜の剥離は斑点状に現れ、その直径は0.1mmから数mm程度の円形のものがほとんどです。 酸化皮膜が完全に剥がれる前は浮遊状態となり、目視では確認できない場合があります。
酸化皮膜剥離の原理
現在認められている説は、水素ガスが原因であるというものです。 着色金属塩溶液中の水素イオンの過電圧効果により、陰極電解中に金属イオンと水素イオンの両方が微細孔の底のバリア層上で同時に放電します。 バリア層は、Al2O3 で構成されています。 半導体です。 イオン半径の小さい水素イオンはバリア層を通ってイオン流を形成し、アルミニウム基板に到達して放電します。 微細孔の底部で発生する水素ガスは金属イオンの供給を妨げます。 アルミニウム基板上に放出された水素イオン（H plus ）は水素ガス（H2）となり、体積が数十倍に膨張します。 水素ガスはアルミニウム基板とバリア層の間に析出する場所がなく、バリア層を破壊して入口から反対方向に外側に膨らみます。 この場合、陽極酸化皮膜が円形に剥離し、アルミニウム基板に逆円錐状の損傷が生じるスポーリングと呼ばれます。
DC電解着色はAC電解着色に比べて剥がれやすくなります。 これは、陰極電解では陽極酸化皮膜が加水分解反応を起こし、細孔内のpHが中性となるためです。 表面バリア層は電気浸透により脱水を受けます。 また、弱酸性のニッケル塩着色に比べ、強酸性の錫塩電解着色は酸化皮膜が剥がれにくくなっています。
酸化皮膜剥がれ防止対策
① 適切な導電性塩を添加することにより、発色浴液の導電性を向上させることができます。
② Na プラス、K プラス、AL3 プラス、NO3-、CrO2-、その他の有害なイオンなどの着色タンクからの汚染を防止し、除去します。
③ 適切な pH を維持し、着色プロセス中の浴液の適切な循環を促進します。
④ 陰極反応と陽極反応の比率を適切に調整します。
⑤ ワークの端や盛り上がった部分で剥離が発生する場合は、電解電流分布をより均一にするための調整が必要です。 ソフトスタート、ステップブースト、または適切な電流シールド手段を使用できます。