Способ толстослойного анодирования плоских алюминиевых изделий

 

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов, в частности к способам толстослойного анодирования плоских алюминиевых изделий, и может быть использовано для получения твердых пластин оксида алюминия в качестве подложек при производстве элементов электронной техники. Способ толстослойного анодирования включает обработку при подаче импульсного тока при температуре 8-12ºC, анодной плотности тока 1-1,5 А/см² в электролите, содержащем, г/л: щавелевая кислота 20-25, борная кислота 6-8, сульфат магния 5-7 и бура 5-7, причем импульсный ток подают в анодный период, а анодирование изделий осуществляют одновременно с двух сторон. 1 табл.

Изобретение относится к области анодирования алюминия и может быть использовано для получения пластин оксида алюминия в качестве подложек при производстве элементов электронной техники.

Известен способ толстослойного анодирования алюминия, включающий получение пленки толщиной более 200 мкм при охлаждении и перемешивании раствора ванны, кроме того, одновременное охлаждение самой анодируемой пластинки так называемого внутреннего охлаждения. (Н.Д.Томатов, М.Н. Тюкина, Ф.П.Заливалов. Толстослойное анодирование алюминия и его сплавов. М. Машиностроение, 1968, с. 156).

Недостатком данного способа является сложность аппаратурного оформления системы внутреннего охлаждения анода, низкое качество оксидной пленки и небольшая толщина покрытия не более 0,5 мм, длительность процесса анодирования.

Наиболее близким к заявляемому способу относится способ анодирования алюминиевых сплавов на переменном (импульсном) токе в растворе серной кислоты при плотности тока до 100 А/дм² в интервале температур 20-40^oC, толщине пленки до 60-80 мкм с микротвердостью 200-220 кг/мм² (Н.М. Фетисова, М.В. Сковыш, Т.М.Овчинникова. Анодное оксидирование алюминиевых сплавов на переменном токе. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Электрохимическая анодная обработка металлов". 23-25 ноября, г. Иваново, 1988, с. 39).

Недостатками способа является малая толщина оксидной пленки, высокая длительность процесса анодирования и низкое качество оксидной пленки.

Задачей изобретения является получение качественной оксидной пленки при повышенной скорости процесса толстослойного двухстороннего анодирования, а также получение пленки значительной толщины (до 0,8 мм). Технический результат, который может быть получен, выражается в том, что достижение поставленной задачи осуществляется за счет отсутствия импульса в катодный период и, как следствие, отсутствие выделения водорода в этот же период на анодируемом электроде, что приводит к повышению качества оксидной пленки, снижает ее хрупкость и повышает электропроводность электролита.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем анодирование алюминия в кислом электролите импульсным током, в качестве кислого электролита используют смесь щавелевой кислоты концентрацией 20-25 г/л, борной кислоты 6-8 г/л, сульфата магния 5-7 г/л, буры 5-7 г/л, и процесс ведут при температуре 8-12^oC, плотности тока на аноде 1-1,5 А/см², при этом анодирование алюминия осуществляют одновременно с двух сторон, а импульсный ток подают только на анод.

Использование предлагаемого способа позволяет проводить анодирование при большой плотности тока, что сокращает время анодирования, а отсутствие катодного смещения напряжения на рабочем электроде улучшает качество пленки из-за отсутствия выделения водорода в катодный период.

Процесс анодирования проводили в водном растворе щавелевой кислоты 20-25 г/л с добавками буры 5-7 г/л и борной кислоты 6-8 г/л и сульфата магния 5-7 г/л, которые в совокупности с плотностью тока на аноде 1-1,5 А/см² и температуре 8-12^oC улучшают качество пленки, делая ее менее хрупкой и повышая электропроводность электролита. При наличии борной кислоты, буры и сульфата магния более высоких концентраций происходит ухудшение рассеивающей способности электролита, а более низких концентраций не оказывает заметного влияния на пластичность оксидной пластины.

Концентрационные интервалы щавелевой кислоты выбраны с учетом того, чтобы обеспечить оптимальное время анодирования при высоком качестве оксидной пленки.

При концентрации щавелевой кислоты менее 20 г/л получали более хрупкую оксидную пленку, а при концентрации более 25 г/л уменьшалась толщина оксидной пленки из-за большой скорости растворения оксида алюминия в электролите.

Способ толстослойного анодирования алюминия реализуется следующим образом. Анодирование проводили в водном растворе щавелевой кислоты 20-25 г/л с добавками буры 5-7 г/л, борной кислоты 6-8 г/л и сульфата магния 5-7 г/л. От источника питания анодное напряжение подавали на рабочий электрод, создавая импульсный ток со следующими характеристиками: Напряжение в анодный полупериод U=150-200 В Форма напряжения Прямоугольная Частота импульса F=20-100 Гц Скважность Q=10-4000 Температура электролита в процессе анодирования поддерживалась в интервале 10±2^oC, плотность тока I=1,1 А/см².

Результаты эксперимента сведены в таблицу.

Пример 1. Заготовку алюминия А-99 предварительно отжигали при 400^oC в течение 30 мин, прокатывали, обезжиривали и анодировали при плотности тока в анодный полупериод 1,3 А/см²; температура электролита составляла 10^oC. Время сквозного анодирования пластинки размером 40x50 мм, толщиной 0,58 мм равно 12 ч. За это время получали пластину оксида алюминия толщиной 0,70 мм. Анодирование проводили в электролите состава, г/л: Щавелевая кислота 18 Борная кислота 8 Бура 8 Сульфат магния 5
Оксидная пластинка имела твердость 420 кг/мм². Поверхностное сопротивление 560 мОм·м.

Пример 2. Пластинку алюминия А-99 предварительно отжигали при 400^oC в течение 30 мин, прокатывали, обезжиривали и анодировали при плотности тока 1,3 А/см² в анодный полупериод; температура электролита равна 10^oC. Пластинку алюминия размером 40x50 мм, толщиной 0,58 мм анодировали в электролите состава, г/л:
Щавелевая кислота 20
Борная кислота 8
Бура 6
Сульфат магния 5
За время сквозного анодирования, равного 12 ч, получена пластинка оксида алюминия толщиной 0,78 мм, твердостью 560 кг/мм², поверхностное сопротивление 600 мОм·м. При использовании данного способа достигается технический результат, направленный на повышение толщины оксидной пленки до 0,8 мм, сокращение времени проведения процесса получения оксидных пленок в 2-3 раза по сравнению с прототипом за счет использования импульсного тока большой плотности.

Анодирование алюминиевой пластины осуществляют одновременно с двух сторон.

За счет того, что импульсный ток подают только на анод, отсутствует катодное смещение напряжения и водород не выделяется, что повышает качество пленки.

Концентрационный состав предложенного кислого электролита также повышает качество пленки за счет снижения ее хрупкости и повышения электропроводности электролита.

Формула изобретения

Способ толстослойного анодирования плоских алюминиевых изделий, включающий обработку в электролите, содержащем щавелевую кислоту и сульфат-ионы, при подаче импульсного тока и повышенной анодной плотности тока, отличающийся тем, что обработку ведут при 8 12°С, плотности тока 1-1,5 А/см² в электролите, содержащем, г/л:
Щавелевая кислота 20 25
Борная кислота 6 8
Сульфат магния 5 7
Бура 5 7
причем импульсный ток подают в анодный период, а анодирование изделий осуществляют одновременно с двух сторон.

РИСУНКИ

Рисунок 1