“L’ossidazione micro-arco (MAO) è un processo di trattamento superficiale che migliora la resistenza all’usura, alla corrosione e la durezza attraverso uno strato di ossido simile alla ceramica sulla superficie”
Le parti prodotte richiedono un finitura superficiale per migliorare l'aspetto e proteggere i materiali sottostanti dalle condizioni operative e ambientali. Tra i numerosi metodi di rivestimento e trattamento protettivo, Ossidazione micro-arco viene utilizzato per materiali non ferrosi per creare un sottile strato di ossido di materiale di substrato. Questo strato di ossido duro, resistente all'usura e alla corrosione migliora la durata del prodotto.
Il processo di rivestimento MAO si basa su un'operazione elettrochimica e su un trattamento a scintille con corrente elettrica ad alta tensione. È possibile applicare l'ossidazione microarco ad alluminio, zinco, magnesio, titanio, rame, ecc.
In questo articolo spiegheremo cos'è la micro-arc oxidation. Il suo processo, i suoi vantaggi e le sue applicazioni.
Che cosa è l'ossidazione micro-arco?
Questo trattamento superficiale del metallo è anche noto come ossidazione elettrolitica al plasma, un processo di sviluppo di strati di ossido di materiale di substrato mediante trattamento elettrochimico e al plasma. Il processo utilizza alta tensione (fino a 600 V) che genera un arco al plasma sugli elettrodi del pezzo in lavorazione che affina lo strato di ossido formato in una superficie più dura. Questo strato di ossido indurito cresce in entrambe le direzioni; verso l'interno e verso l'esterno.
Finitura di ossidazione ad arco micro
Il rivestimento in ossido cristallino con ossidazione micro-arco aumenta la durata del prodotto da 2 a 4 volte. Agisce come barriera contro fattori esterni, umidità, esposizione chimica, fluttuazioni di temperatura, ecc. Il rivestimento MAO consente anche l'impregnazione di diversi coloranti e colori per personalizzare l'aspetto.
Diversi settori, automobilistico, aerospaziale, militare, agricolo, ecc. utilizzano l'ossidazione microarco per rendere i loro componenti leggeri altamente resistenti alla corrosione e all'usura, migliorando la vita del prodotto e affidabilità. Lo spessore di questo rivestimento di ossido temprato varia in micrometri, ad esempio 20, 40 o 60 µm e oltre. Inoltre, la durezza superficiale può essere raggiunta nell'intervallo di 1500-2000 HV, mentre può raggiungere ruvidezza della superficie (Ra) pari o inferiore a 20 µm.
Prova subito Boda!
Il principio di funzionamento dell'ossidazione micro-arco
Il funzionamento dell'ossidazione micro-arco si basa su reazioni elettrochimiche e trattamento ad arco plasma. Innanzitutto, l'elettrolisi forma uno strato di ossido. Quindi, l'arco plasma ad alta tensione cristallizza lo strato di ossido. Quindi, può essere paragonato ai processi di anodizzazione, fatta eccezione per il trattamento al plasma ad alta tensione. Sviluppa l'ossido metallico nello stesso modo dell'anodizzazione e anche la configurazione è simile.
Funzionamento del processo di ossidazione micro-arco
La configurazione MAO:
- Alimentazione: Fonte di alimentazione CA/CC ad alta tensione e alta frequenza
- elettrolita: Soluzioni elettrolitiche acquose (spesso a base di silicato)
- Anodo: Pezzo lavorato (alluminio, titanio, lega di magnesio, ecc.)
- catodo: Controelettrodo (tipicamente acciaio inossidabile o grafite)
- Sistema di controllo: Monitoraggio e regolazione computerizzata dei parametri, tensione, corrente, tempo, ecc.
- Serbatoio di processo: Realizzati con materiali chimicamente inerti e resistenti, come acciaio duro rivestito o ceramica.
Di seguito sono riportate le fasi coinvolte nel funzionamento dell'ossidazione elettrolitica al plasma o dell'ossidazione ad arco metallico;
Fase 1: Processo di ossidazione del metallo
Nella prima fase, i pezzi sgrassati e accuratamente puliti vengono immersi nel bagno elettrochimico. Collegare il pezzo come anodo e l'elettrodo secondario come catodo. Quando l'alimentazione è accesa (circa 200 V), avviene la reazione anodica;
Durante il processo di ossidazione il metallo perde elettroni e forma ioni metallici.
Prendiamo l'esempio dell'alluminio;
Ossidazione anodica dell'alluminio: Al→Al3++3e-
Quindi, la soluzione elettrolitica si decompone e forma ossigeno (O2). Lo ione metallico di alluminio reagisce con l'ossigeno libero e crea uno strato di ossido di alluminio;
2Al3++3O2−→Al2O3
Lo spessore dello strato di ossido dipende invece da fattori quali tensione applicata, corrente, tempo di lavorazione, tipo di elettrolitico e tipo di materiale.
Fase 2: Processo di scarica al plasma
Man mano che la tensione aumenta, la temperatura aumenta e si crea una scarica sull'anodo (pezzo in lavorazione) o ad alta temperatura. L'arco di plasma scaricato si diffonde attorno alla superficie del pezzo in lavorazione e cristallizza lo strato di ossido.
Questo processo ad alta pressione e temperatura elimina le irregolarità superficiali e le crepe di spessore che potrebbero presentarsi sullo strato anodizzato. Inoltre, la durezza risultante può variare in base a variabili come tensione, spessore dello strato di ossido, ecc.
Fase 3: Incorporazione degli elementi elettrolitici
Questo è il passaggio in cui è possibile personalizzare le proprietà di rivestimento delle proprietà di ossidazione microarco. Significa riempire gli elementi elettrolitici nella superficie porosa del pezzo trattato. È possibile impregnare colori personalizzati e altri additivi che migliorano le prestazioni. Questa incorporazione è permanente e non sbiadisce nel tempo.
Quali sono i vantaggi dell'ossidazione micro-arco?
Di seguito sono riportati i principali vantaggi della finitura di ossidazione micro-arco
- Copertura completa
A differenza dei rivestimenti metallici convenzionali, l'ossidazione elettrolitica al plasma crea un rivestimento uniforme su sottosquadri, canali, scanalature, angoli e bordi. Quindi, si ottengono proprietà protettive uniformi su tutto il componente.
- Elevata tolleranza alla deformazione
La microstruttura cristallina dell'ossidazione elettrolitica al plasma fornisce elevata durezza. Questa struttura elimina le deformazioni termiche o lo stress meccanico, fornendo tolleranza alle macchie. Di conseguenza, l'usura superficiale e la resistenza alle crepe delle tue parti aumentano.
- Resistenza alla corrosione superiore
La superficie del rivestimento MAO chimicamente inerte e simile alla ceramica migliora significativamente la resistenza alla corrosione anche in ambienti difficili. Inoltre, è possibile personalizzarla ulteriormente per creare strati di ossido più spessi in base alle condizioni in cui saranno esposte le parti. Pertanto, può anche essere un'opzione adatta per il pretrattamento per rivestimenti protettivi aggiuntivi.
- Proprietà dielettriche
La superficie ossidata micro-arco mostra proprietà dielettriche della superficie del substrato, che possono essere archiviate controllando lo spessore dello strato di ossido durante il processo. Può raggiungere una resistenza alla rottura dielettrica fino a 79 kV/mm.
- Barriera Termica
L'inclusione di silicati nel processo di rivestimento ad ossidazione ad arco può produrre rivestimenti ricchi di mullite. Ciò funge da efficace barriera termica, il che lo rende ideale per il rivestimento di componenti metallici in applicazioni ad alta temperatura.
Quali sono le variabili di processo nell'ossidazione micro-arco?
Le caratteristiche finali dello strato ossidato dall'arco al plasma dipendono in gran parte dalle variabili di processo, dalla tensione e frequenza al PH dell'elettrolita. Sfruttare la personalizzazione di questi metodi di trattamento superficiale è direttamente collegato all'ottimizzazione delle variabili di processo.
Ecco una breve sintesi delle variabili chiave del processo di ossidazione del microarco;
Composizione dell'elettrolita
Che tipo di soluzioni elettrolitiche stai utilizzando? Qual è la concentrazione di sali, acidi e altri additivi? Qual è la temperatura dell'elettrolita? Qual è il livello di pH dell'elettrolita? Tutti questi fattori indicano la composizione dell'elettrolita e influenzano direttamente le proprietà finali dello strato di ossidazione del microarco.
Tensione e densità di corrente
La tensione di alimentazione e la densità di corrente sono fondamentali per avviare e mantenere le scariche di plasma che formano lo strato di ossido. Una tensione e una densità di corrente più elevate portano a una rapida crescita dello spessore del rivestimento.
Modalità e frequenza a impulsi
Innanzitutto, il duty cycle degli impulsi influisce sulla microstruttura, sulla porosità e sulle proprietà meccaniche del rivestimento. In secondo luogo, la corrente ad alta frequenza forma uno strato uniforme. Pertanto, ottimizza la modalità e la frequenza degli impulsi.
Tempo di processo
Quanto dura il processo di trattamento? Una durata maggiore crea strati di rivestimento più spessi. Tuttavia, un tempo eccessivo può causare elevata porosità e micro-fessurazioni.
Materiale del pezzo
Metalli diversi possono richiedere regolazioni specifiche alle variabili di processo per ottenere risultati ottimali. Ad esempio, la tensione ottimale per le leghe di alluminio è di 300-500 V, mentre è di 500-700 V per le leghe di magnesio.
Quali materiali possono essere rifiniti con il rivestimento MAO?
Ossidazione micro arco sulla superficie dell'alluminio
Il rivestimento MAO è compatibile con vari metalli e leghe, come alluminio, magnesio, titanio, ecc. La tabella seguente evidenzia i metalli e le leghe chiave con la loro breve descrizione;
| Cerchi | classi | Proprietà chiave | Esempi di applicazione |
| Leghe di alluminio | 6061, 7075, 2024 | Materiale leggero con conduttività termica ed elettrica | Componenti aerospaziali e automobilistici, alloggiamenti elettronici, scambiatori di calore, ecc. |
| Leghe di magnesio | AZ31B, AZ91D | Leggero e ad alta resistenza | Custodie elettroniche, utensili elettrici, attrezzature sportive |
| Leghe di titanio | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | Elevata resistenza, eccellente resistenza alla corrosione, biocompatibilità | Componenti aerospaziali, applicazioni marine, apparecchiature per l'elaborazione chimica, ecc. |
| Niobio | C-103, Nb-1Zr | Elevato punto di fusione, eccellente resistenza alla corrosione, superconduttività | Superconduttori, ugelli di razzi, impianti medici, ecc. |
| Leghe di rame | C11000 C17200 | Ottima conduttività elettrica, buona conduttività termica, resistenza alla corrosione | Scambiatori di calore, componenti idraulici, elementi architettonici |
Applicazioni dell'ossidazione microarco su leghe di magnesio
I vostri prodotti in magnesio sono simili agli esempi di applicazione riportati di seguito (ma non limitati a questi)? In tal caso, il rivestimento mediante ossidazione a microarco rappresenta una valida opzione di finitura superficiale per i metalli.
Industria automobilistica
Gli strati di ossido trattati con MAO sono adesivi e resistenti all'ambiente. Pertanto, i componenti del motore sottoposti ad alte temperature e sollecitati sono spesso rivestiti con ossidazione ad arco metallico. Inoltre, è possibile rifinire con texture superficiali specifiche o conduttività termica.
● Blocchi motore per automobili
● Gruppi di trasmissione
●Coperchio della testata del cilindro
●Componenti del volante
●Bracci di sospensione
Industria aerospaziale
La resistenza alla fatica dei componenti in magnesio può essere migliorata grazie al trattamento MAO, un aspetto fondamentale per l'industria aeronautica. Inoltre, il rivestimento contribuisce a prevenire il rischio di degrado del materiale in ambienti difficili. Questa soluzione è adatta sia per componenti strutturali che non strutturali del settore aerospaziale.
●Carter del riduttore dell'aereo
●Componenti delle pale del rotore
●Supporti strutturali
●Pannelli satellitari
●Carter per carrello di atterraggio
Industria elettronica
MAO può proteggere i prodotti elettronici dall'umidità estrema o dall'esposizione a inquinanti. Aggiunge inoltre resistenza ai graffi ed estetica a questi elettrodomestici. Le sue applicazioni sono in smartphone, laptop e tablet.
●Custodie per laptop
●Cornici per smartphone
● Alloggiamenti per tablet
●Corpi macchina
● Involucri per dispositivi indossabili
Settore medico
I rivestimenti supportano l'adesione e la proliferazione cellulare per l'integrazione con i tessuti circostanti, il che è vantaggioso per gli impianti medici. Inoltre, il processo MAO rende i componenti medici antimicrobici.
●Impianti dentali
●Viti per ossa
● Impianti ortopedici
●Dispositivi di fissaggio temporaneo
●Strumenti chirurgici
Industria sportiva
L'uso ripetitivo è essenziale per le attrezzature sportive, poiché lo strato di ossido duro formatosi durante la MAO fornisce un'eccellente resistenza all'abrasione e all'impatto per questa durevolezza desiderata. Inoltre, la capacità di creare una texture di superficie personalizzata ne avvantaggia l'estetica.
● Telai per biciclette
● Telai per racchette da tennis
●Teste delle mazze da golf
●Mulinelli da pesca
●Attacchi da sci
Prova subito Boda!
Altri tipi di processi di finitura superficiale
L'ossidazione micro-arco è paragonabile ad altre due tipologie di finiture superficiali, anodizzazione e placcatura metallica. Tuttavia, il MAO è superiore a loro in termini di resistenza all'usura e durata.
Rivestimento MAO contro altre finiture
- MAO: Utilizza l'alta tensione per creare scariche di plasma in un elettrolita, formando uno strato di ossido spesso e duro su metalli leggeri come alluminio e titanio.
- Anodizzazione: è un processo elettrochimico a bassa tensione che produce uno strato sottile di ossido. Lo strato aumenta la resistenza alla corrosione e consente diverse opzioni di colorazione.
- Placcatura dei metalli: Si riferisce alla deposizione di uno strato di metallo su un substrato tramite metodi di elettrodeposizione o senza elettrolisi. Questa finitura offre vari gradi di resistenza alla corrosione, durezza e appeal estetico.
Riassumendo
La resistenza all'usura e la durata delle parti metalliche possono essere aumentate in modo significativo con l'ossidazione elettrolitica al plasma (o ossidazione microarco). Questa tecnica di finitura copre in modo completo e uniforme tutte le aree della superficie del componente. Lo strato di ossido cristallino può ospitare colori personalizzati e altri additivi che migliorano le proprietà. Nel complesso, è ideale per la finitura di parti che saranno esposte ad applicazioni ad alte prestazioni o ad ambienti difficili.
In Boda forniamo una soluzione completa servizi di finitura, tra cui ossidazione micro-arco, anodizzazione, rivestimento metallico e lucidatura. Il nostro impianto di finitura è dotato di macchinari avanzati e i nostri ingegneri possono realizzare superfici personalizzate in base alle vostre specifiche.
DOMANDE FREQUENTI
Perché il processo di ossidazione microarco è anche chiamato ossidazione elettrolitica al plasma?
L'ossidazione microarco (MAO) è anche chiamata ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) perché comporta la creazione di una scarica di plasma in una soluzione elettrolitica. Questa scarica genera un'elevata energia per formare uno strato di ossido sulla superficie del materiale.
Come funziona il processo di ossidazione microarco?
Il suo meccanismo di funzionamento si basa sul principio elettrochimico e di scarica al plasma. Un'alta tensione su un substrato metallico immerso in un elettrolita crea microarchi o scariche al plasma. Quindi, ossida la superficie metallica, creando un rivestimento duro e resistente alla corrosione.
Quando utilizzare il rivestimento MAO?
È ideale per rivestire componenti metallici esposti ad ambienti difficili, come quelli dei settori aerospaziale, automobilistico e industriale.
Posso applicare il rivestimento Micro-Arc Oxidized su qualsiasi materiale?
Si applica principalmente a metalli leggeri come alluminio, titanio e magnesio. Non sono adatti ai metalli ferrosi a causa delle differenze nelle proprietà chimiche e fisiche.