Online analysis of acids, bases, and aluminum in anodizing baths

Význam tématu

Anodizace hliníku představuje klíčovou elektrochemickou úpravu povrchu, která výrazně zvyšuje tvrdost, odolnost proti korozi a opotřebení. Pro zajištění konzistentní kvality povlaku je nutné průběžné sledování chemického složení lázní používaných jak v alkalickém leptání, tak v kyselém anodizačním procesu. Online analýza přináší okamžitou zpětnou vazbu o koncentracích klíčových složek, minimalizuje výskyt defektů a optimalizuje spotřebu chemikálií.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie je představit postup a výhody online monitoringu koncentrací zásad (NaOH), kyselin (H₂SO₄, HNO₃, HF, H₃PO₄) a rozpuštěného hliníku v anodizačních a leptacích lázních. Práce reaguje na problémy tradiční laboratorní analýzy, jako jsou časová prodleva a riziko kolísání složení mezi odběry vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Online analýzu provádějí titrační procesní analyzátory ze společnosti Metrohm Process Analytics:

• 2060 TI Process Analyzer – multiparametrická platforma umožňující měření alkalinity, volné kyseliny a koncentrace hliníku.
• 2026 HD Titrolyzer – kompaktní přístroj pro jedno- nebo dvouparametrický monitoring.

Metoda vychází z automatické titrace s vhodnými elektrolytickými a fotometrickými moduly. Systémy lze doplnit vzorkovacím a předúpravou, zahrnující filtrace, odplyňování i temperování, pro zajištění robustního provozu.

Hlavní výsledky a diskuse

Online analýza prokázala schopnost udržet klíčové parametry v doporučených rozsazích:

• Alkalinity v leptacím lázni: 50–120 g/l.
• Koncentrace hliníku v leptacím lázni: 70–150 g/l.
• Volná kyselina ve výrobní anodizační lázni: 0,1–300 g/l.
• Koncentrace hliníku v anodizační lázni: 1–10 g/l.

Porovnání s laboratorní analýzou ukázalo významné zkrácení odezvy (z hodin na minuty) a eliminaci kolísání složení. Automatické alarmy upozornily na odchylky okamžitě, což vedlo ke snížení vadových kusů a nákladů na rework.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace online titrace přináší:

• Stálou kvalitu povrchové úpravy bez ručního odběru vzorků.
• Snížení spotřeby chemikálií díky přesnému doplňování lázně.
• Zvýšení reproducibility a rychlosti výroby.
• Automatickou diagnostiku a generování alarmů při odchylkách.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace s průmyslovým internetem věcí (IIoT) a pokročilou datovou analytikou, včetně strojového učení pro prediktivní údržbu a optimalizaci procesů. Rozšíření metody na jiné kovové povrchové úpravy, případně kombinace s spektroskopickými technikami (Raman, NIR) umožní komplexní online monitoring.

Závěr

Online procesní titrace představuje efektivní a spolehlivé řešení pro monitorování a řízení chemie anodizačních a leptacích lázní. Díky přístrojům Metrohm 2060 TI a 2026 HD lze dosáhnout konzistentní kvality povlaků, minimalizovat odpady a snížit provozní náklady.

Reference

1. Atwood D.A., Yearwood B.C. The Future of Aluminum Chemistry. Journal of Organometallic Chemistry 2000, 600(1–2), 186–197.
2. Paz Martínez-Viademonte M., Abrahami S.T., Hack T. a kol. A Review on Anodizing of Aerospace Aluminum Alloys for Corrosion Protection. Coatings 2020, 10(11), 1106.
3. Zumdahl S.S. Introductory Chemistry, 5th edition.
4. Spira N. Aluminum Oxidation: Does Aluminum Rust? Kloeckner Metals Corporation.
5. Keijzer M. PICKLING, AN EXCELLENT SURFACE TREATMENT FOR ALUMINIUM; Technical bulletin TB 2004/17; Vecom, 2004.
6. How does Anodizing Increase Corrosion Resistance? Anoplate.
7. Dorigotti D. Anodising Aluminium: Everything You Need to Know. Dragon Metal Manufacturing, 2023.