ความรู้เกี่ยวกับ วิธีการชุบอลูมิเนียมอะโนไดซ์

กรุณาอย่าโทรสอบถามเกี่ยวกับบทความนี้
เราเป็นเพียงผู้รวบรวมข้อมูลและนำเสนอให้ท่านได้ศึกษาเท่านั้น...
ไม่ได้มีความรู้มากกว่าบทความที่ลงไป
ทางเราขอสงวนสิทธิ์ไม่ตอบคำถามใด ๆ เกี่ยวกับบทความนี้


Line ID และเบอร์โทรข้างล่างนี้ สำหรับผู้ที่สนใจจะเรียนกัดกรดเท่านั้น

ความรู้เกี่ยวกับอลูมิเนียม อโนไดซ์

Aluminum Anodized

เอกสารชุดนี้ เป็นการเปิดเผยขบวนการและวิธีการชุบอโนไดซ์อลูมิเนียมอย่างสมบูรณ์ที่สุด ทางสถาบันสอนศิลปะ วาดศิลป์ ดินปั้น มีเจตนารมณ์ในการเผยแพร่เพื่อเป็นวิทยาทานแก่บุคคลทั่วไป โดยมิได้หวังค่าตอบแทน ทุกข้อความในบทความนี้สามารถนำไปปฏิบัติและสามารถชุบอโนไดซ์ได้อย่างสมบูรณ์ โดยขบวนการการชุบแบบนี้เราเรียกว่า Home anodized และยังมีสูตรการชุบแบบอื่น ๆ ซึ่งท่านสามารถนำไปทดลองต่อได้

การทำอโนไดซ์ คือ กระบวนการป้องกันการผุกร่อนของโลหะอลูมิเนียม โดยทำให้เกิดออกไซด์ของอลูมิเนียมคือ Al₂O₃ ที่เสถียรเคลือบผิวด้วยไฟฟ้า โดยใช้การอิเล็กโทรลิซิส ออกไซด์ของอลูมิเนียมที่เกิดขึ้นจากการทำอโนไดซ์จะมีลักษณะผิวด้านและมีรูพรุนเล็กมาก ๆ โดยรูพรุนนี้จะเป็นกักเก็บสีที่เราจะย้อมไว้ การทำอโนไดซ์ จะทำให้ผิวอลูมิเนียมทนการกัดกร่อนได้มากขึ้น และเป็นฉนวนไฟฟ้า

การเกิดท่อของ อลูมิเนี่ยมออกไซด์

โดยปกติเมื่อทิ้งอลูมิเนียมไว้ในบรรยากาศ อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ เกิดเป็นชั้นฟิล์มบางๆ  ซึ่งมีคุณสมบัติทนการกัดกร่อนได้ดี ในแผ่นอลูมิเนียมบริสุทธิ์ การเกิดของชั้นฟิล์มจะเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ในอลูมิเนียมที่มีโลหะอื่นผสม (alloys) โดยเฉพาะอลูมิเนียมที่ผสมแมกนิเซียม มีคุณสมบัติทนการกัดกร่อนลดลง ดังนั้นการทำอโนไดซ์จะเป็นการเพิ่มความสามารถในการทนการกัดกร่อนของอลูมิเมียมอัลลอย  อลูมิเนียมที่เป็นชิ้นส่วนหลักทั้งหมด ที่ใช้ในเครื่องบิน จะเป็นอลูมิเนียมอ โนไดซ์ นอกจากนั้น เรายังพบอลูมิเนียมอโนไดซ์ในเครื่องใช้ประจำวันของเราเช่น เครื่องเล่น MP3,ไฟฉาย ,เครื่องครัว, กล้อง,อุปกรณ์กีฬา เป็นต้น ซึ่งผลพลอยได้จากการทำอโนไดซ์ นอกจากจะทนการกัดกร่อนของบรรยากาศได้ดีขึ้นแล้ว ยังสามารถย้อมสีได้อีกด้วย

ผิวของอลูมิเนียมที่ผ่านการอโนไดซ์แล้ว จากมีความสามารถในการนำความร้อนได้ลดลง และมีสัมประสิทธิการขยายตัวต่ำกว่าอลูมิเนียมบริสุทธิ์ ด้วยผลกระทบนี้ ผิวจะแตกร้าวเมื่อทิ้งไว้ในอุณหภูมิที่สูงกว่า 80°C อย่างไรก็ตามผิวจะไม่กะเทาะลอกออก ผิวของอลูมิเนียมที่ผ่านการอโนไดซ์แล้วจะมีจุดหลอมเหลวที่ 2050°C ซึ่งสูงกว่าอลูมิเนียมบริสุทธิ์ซึ่งจะหลอมเหลวที่ 658°C ดังนั้นอลูมิเนียมที่ผ่านการอโนไดซ์ จึงเชื่อมติดได้ยาก

รูปขยายท่ออลูมเนียมออกไซด์ที่ผิวอลูมิเนี่ยม

อลูมิเนียมออกไซด์ที่เกิดจากการอโนไดซ์ จะเกิดงอกขึ้นที่ผิว และส่วนหนึ่งกินลงไปที่เนื้อผิวเดิม ในอัตราส่วนเท่า ๆ กัน ตัวอย่างเช่น การอโนไดซ์ความหนา 2 ไมโครเมตร ดังนั้นชิ้นงานจะมีความหนาเพิ่มขึ้นเพียง 1 ไมโครเมตร (เพราะอีก 1 ไมโครเมตรกินลงไปที่ผิวเดิม)

หากการทำอโนไดซ์ ทำขึ้นในสารละลาย (ที่อลูมิเนียมออกไซด์สามารถละลายได้) เช่น กรดกัมมะถัน หรือกรดโครมิค ขนาดของรูพรุนที่เกิดขึ้นจะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางระหว่าง 10-150 นาโนเมตร ก่อตัวเป็นชั้นบางๆ ที่ผิว สามารถก่อตัวหนาขึ้น รูพรุนที่เกิดขึ้น ตอนนี้เป็นเหมือนท่อทรงหกเหลี่ยมปลายเปิด ซึ่งยังสามารถถูกกัดกร่อนได้หากไม่มีการปิดผนึกปลายทรงกระบอกนี้ โดยทรงกระบอกเล็ก ๆ นี้จะเป็นที่บรรจุสี และ/หรือสารป้องกันการกัดกร่อน ซึ่งเราต้องปิดปลายกระบอกนี้เพื่อกักเก็บสี และ/หรือสารป้องกันการกัดกร่อนไว้ภายใน

การอโนไดซ์อลูมิเนียมมีด้วยกันสามชนิดหลัก ๆ  (ตามMIL-A-862S) คือ

Type I - Chromic Acid Anodization

Type II - Sulphuric Acid Anodization

Type III - sulphuric acid hardcoat anodization.

และยังมีวิธีการอโนไดซ์อื่น ๆ อีกคือ ตาม MIL-A-63576, AMS 2469, AMS 2470, AMS 2471, AMS 2472, AMS 2482, ASTM B580, ISO 10074 และ BS 5599

ก่อนการทำอโนไดซ์ เราควรต้มชิ้นงานอลูมิเนียมด้วยผงซักฟอก หรือน้ำยาล้างจาน หรือสบู่ หรือสารชะล้างไขมัน เพื่อขจัดคราบไขมัน ก่อนที่จะนำชิ้นงานไปกัดในโซดาไฟ

ในการชุบอโนไดซ์ เราใช้กระแสไฟฟ้าตรงผ่านไปยังอลูมิเนียมชิ้นงาน และแผ่นอลูมิเนียมที่แช่อยู่ในสารละลายสำหรับชุบ กระแสไฟฟ้าจะปล่อยไฮโดรเจนออกที่ขั้วลบ และเริ่มสร้างอลูมิเนียมออกไซด์ที่ผิว โดยจะเกิดปฏิกิริยาเคมีดังสมการ

ขั้วบวก 2Al + 3H₂O  ->   Al₂O₃ + 6H⁺ + 6^e-

ขั้วลบ 6H⁺ + 6^e-     ->  3H₂

ดังนั้นปฏิกิริยาโดยรวมคือ 2Al + 3H₂O ->  Al₂O₃ + 3H₂

เงื่อนไขและองค์ประกอบอื่นๆ อธิเช่น ความเข้มข้นของสารละลายอโนไดซ์, อุณหภูมิของสารละลายอโนไดซ์ กระแสไฟฟ้าที่ใช้ ล้วนแต่มีผลต่อการก่อตัวของชั้นอลูมิเนียมออกไซด์ ความหนาของชั้นอาจแตกต่างกันหลายเท่า เมื่อเงื่อนไขและองค์ประกอบเปลี่ยนไป ชั้นของออกไซด์ที่เกิดจะเพิ่มความแข็งและความสามารถในการทนการกัดกร่อน ออกไซด์ที่เกิดจะก่อตัวเป็นท่อรูปหกเหลี่ยม เรียงตัวกัน ความหนา(สูง) ของท่อนี้เริ่มตั้งแต่ 5 ไมโครเมตร ซึ่งจะให้ชิ้นงานสว่างใส และจนถึง 150 ไมโครเมตร สำหรับใช้งานทางด้านสถาบัตยกรรม

การทำอโนไดซ์ด้วยกรดโคโรมิก

วิธีการทำอโนไดซ์แบบนี้เป็นวิธีการแต่ดั้งเดิม รู้จักกันว่าเป็นวิธีแบบ Type I ตามมาตราฐาน MIL-A-8625 และรวมอยู่ใน Type IB ตามมาตรฐาน AMS 2470 และ MIL-A-8625 วิธีการใช้กรดโคโรมิกเป็นสารละลายหลักนี้ จะให้ความหนาของชั้นฟิล์มบางตั้งแต่ 5ไมโครเมตรถึง18 ไมโครเมตร และผิวชิ้นงานที่ทึบแสง แผ่นฟิล์มที่ได้จะอ่อนนุ่ม ยากต่อการชุบสี เหมาะสำหรับเป็นการเตรียมพื้นผิวก่อนนำไปพ่นสี การใช้กระแสไฟจะต้องเพื่มขึ้นเรื่อย ๆ ตามขบวนการชุบ

การทำอโนไดซ์ด้วยกรดซัลฟูริค

เป็นวิธีการที่นิยมใช้กันมากที่สุดโดยใช้กรดซัลฟูริคเป็นสารละลายหลัก เราเรียกว่าเป็นวิธี Type II ซึ่งจะให้ความหนาของชั้นฟิล์มปานกลางตั้งแต่ 1.8 ไมโครเมตรถึง 25 ไมโครเมตร  ตามมาตราฐาน MIL-A-8625 การชุบหนากว่า 25 ไมโครเมตร เราจะเรียกว่าเป็นการชุบแบบหนา Type III, hardcoat หรือ engineered anodizing

การชุบแบบบางมาก ๆ (โดยใช้กรดซัลฟูริคเป็นสารละลายหลัก) คล้าย ๆ กับวิธีการใช้กรดโคโรมิก เราเรียกวิธีนี้ว่า Type IIB

การชุบแบบหนามาก ๆ ต้องการกระบวนการและเครื่องมือในการควบคุมอุณหภูมิ โดยใช้เครื่องทำความเย็นหล่อสารละลายน้ำยาชุบให้ใกล้จุดเยือกแข็ง (ของน้ำ) และใช้กระแสไฟฟ้าสูงกว่าการชุบแบบบาง การชุบแบบหนา ให้ความหนาของชั้นฟิล์มตั้งแต่ 25-150ไมโครเมตร การชุบอโดไนซ์หนาจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพต่อการกัดกร่อน มีผิวลื่นทนต่อการเสียดสี กันความร้อน และเป็นฉนวนไฟฟ้า

มาตรฐานที่ใช้ในการควบคุมการชุบแบบบาง (Type IIB) และหนาปานกลาง (Types II) กำหนดโดย MIL-A-8625 คือ AMS 2471 (ไม่ชุบสี), AMS 2472 (ชุบสี)

มาตรฐานที่ใช้ในการควบคุมการชุบแบบหนา Type III กำหนดโดย MIL-A-8625 คือ AMS 2469

การทำอโนไดซ์ด้วยกรดอินทรีย์เคมี,

การใช้สารละลายกรดอินทรีย์เคมีอย่างกรดออกซาลิค จะให้สีสันภายในโดยไม่ต้องชุบสี สีที่เกิดขึ้นแปรเปลี่ยนไปตามชนิดของโลหะผสม ความหนาของชั้นอโนไดซ์สามารถทำได้ถึง 50 ไมโครเมตร การชุบแบบนี้เรียกว่า Type IC กำหนดโดย MIL-A-8625

การทำอโนไดซ์ด้วยกรดฟอสฟอริก

การใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารละลายตัวกลางในการชุบ โดยปกติจะใช้ในการเตรียมพื้นผิวเพื่อใช้งาน adhesives อธิบายตามมาตรฐาน ASTM D3933

การปิดผนึกท่อ

กระบวนการชุบอโนไดซ์แบบ Types I, II, และ III จะสร้างรูพรุนเล็ก ๆที่ผิว ซึ่งสามารถดูดซับสีย้อมและคงความมันลื่นไว้ได้ แต่ยังไม่สามารถทนต่อการกัดกร่อนได้ การปิดผนึกปลายท่อสามารถทำได้โดยการจุ่มแช่ในน้ำเดือด ซึ่งเป็นวิธีการง่ายที่สุด แต่ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุด เนื่องประสิทธิภาพในการป้องกันการขีดข่วนจะน้อยลง 20% การชุบปิดด้วย เทฟล่อน นิเกิลอาซิเตท โคบอลอาซิเตท และ โซเดียมไดโครเมท/โปรแตสเซียมไดโครเมท จะให้ได้ผลที่สมบูรณ์

โซเดียมฟอสเฟต