Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Определяющими реакциями при анодном оксидировании алюминия и его сплавов в серной кислоте являются электрохимическое формирование оксида в барьерном слое и химическое растворение оксида при воздействии электролита.

Формирование барьерного слоя наблюдается до сравнительно небольших толщин, после чего рост пленки практически прекращается. На практике невыгодно достигать предельных ее толщин, так как при этом скорость роста пленки замедляется, ухудшаются ее механические свойства, возрастают потери тока. Рост плотности тока возможен лишь в ограниченных пределах, выше которых отмечается перегрев анода и, как следствие, снижение толщины пленки. Наиболее действенным фактором для повышения предельных толщин является снижение температуры процесса, так как анодирование сопровождается значительным выделением тепла. Вблизи барьерного слоя температура поднимается выше 120 °С, а концентрация H2SO4 становится более 50%.

Для получения толстых пленок анодирование проводят при охлаждении электролита (0-5 °С) и иногда деталей. Перемешивание электролита несколько улучшает условия электролиза, но не решает проблему получения пленок повышенной толщины. Концентрация серной кислоты влияет в меньшей степени на растворимость оксида алюминия по сравнению с температурой. Для анодного оксидирования алюминия и его сплавов наиболее распространены растворы серной кислоты. Электролиты выбирают в зависимости от назначения покрытий. Серную кислоту используют для получения пленок, предназначенных для последующей окраски в органических красителях.

Электролит, состоящий из хромового технического ангидрида и серной кислоты и электролит из щавелевой кислоты и двухводной сульфосалициловой кислоты применяют для нанесения оксидных пленок на детали для сборки в узлах различных машин и изделий. В электролитах, состоящем из щавелевой и борной кислоты, и на основе ортофосфорной кислоты получают износостойкие оксидные пленки с повышенной твердостью. В электролите состоящего из хромового ангидрида, щавелевой и борной кислоты и электролите состоящего из хромового ангидрида, лимонной кислоты и щавелевокислого калия-титана оксидируют алюминиевые сплавы с различным содержанием меди.

В растворе ортофосфорной кислоты оксидируют литейные сплавы алюминия перед нанесением металлических покрытий. Широко применяют растворы для получения пленок, обладающих электроизоляционными свойствами. Наиболее распространенными среди них являются электролиты на основе борной кислоты, содержащей борной кислоты 90-150 г/л, буры до 2,5 г/л; рН электролита 5,5. Режим электролиза: напряжение оксидирования 230-250 В; температура электролита 70-95 °С; время оксидирования 25-35 мин; толщина оксидной пленки 0,2-0,3 мкм.

Для формирования антикоррозионных пленок используют хромовокислые и сернокислые растворы при наложении постоянного или переменного тока. Применение переменного тока в сернокислом электролите позволяет существенно увеличить производительность электролитов. Анодирование производится в растворе 12-16%-ной H2SO4 при температуре 12-20 °С, плотности тока на аноде Da = 3 ? 4,5 А/дм2, напряжении 18-28 В. Оксидные пленки, полученные при использовании переменного тока на деталях из алюминиевых сплавов и содержащих медь, имеют зеленоватый оттенок из-за осаждения меди.

Для получения покрытий с повышенной износостойкостью применяют способ по которому скорость оксидирования выше в 4-10 раз по сравнению со стандартным режимом. Состав электролита – 16%-ный раствор H2SO4, температура процесса 12-18 °С, начальная плотность тока 7-10 А/дм2. Для отвода теплоты электролит интенсивно перемешивается сжатым воздухом. Напряжение на электролите 22-30 В. После задания электрических параметров электролиза процесс протекает без регулирования режима с падающей мощностью. Этим способом получают качественные пленки толщиной до 50 мкм на деформируемых и литейных алюминиевых сплавах.

Анодные оксидные пленки, обладающие повышенной твердостью, формируются в электролитах на основе серной и щавелевой кислот. Для получения твердых пленок большой толщины интенсивно охлаждают электролит и оксидируемые детали. Ускорение твердого анодирования достигается наложением переменного тока на постоянный. Успешно используют электролиты, содержащие серную и щавелевую кислоты. Так, в растворе, содержащем 12% H2SO4 и 1% (СООН)2, получают на литейных сплавах алюминия, содержащих 3% Сu и 7% Si, твердый оксид при Da = 4 А/дм2, напряжении 10-60 В, температуре 10 °С со скоростью наращивания 5 мкм/мин. Благодаря применению переменного тока сохраняется качество предварительной подготовки перед оксидированием. Предварительная подготовка алюминия и его сплавов перед анодированием состоит в обработке резанием, химическом или электрохимическом полировании деталей.

Декоративными и антикоррозионными свойствами обладают пленки, полученные эматалированием. Для этого применяют электролиты на основе кислот, растворяющих оксид, с добавками солей титана и циркония, а также полиспиртов в качестве пластификаторов. Эматалевые пленки получают в электролитах, содержащих % (маc. доля): двойной щавелевокислой соли калия и титана 5; лимонной кислоты 1,5; ортофосфорной кислоты 0,6; глюкозы 2. Режим: Da = 5 А/дм2, напряжение 110 В, температура 25 °С, ток переменный. Свойства анодных оксидных пленок определяются их пористостью, твердостью, износостойкостью, тепловыми, а также электроизоляционными и коррозионными характеристиками.

Пористость оксидных пленок определяется объемом пустот, имеющихся в пленке, отнесенным к объему всей пленки. Общая пористость включает микропористость, обусловленную механизмом формирования пленки, и макропористость – трещины и механические разрушения. Она зависит от природы сплава, режима электролиза и состава электролита и колеблется для различных сплавов от 10 до 40%. Так, для толстых оксидных пленок, полученных на сплавах алюминия, содержащих медь, в серной кислоте, пористость чистого алюминия составляет 10%, сплава Д16 – 26%, бинарного сплава – 32%. Присутствие в сплаве Si, Mn и Mg незначительно сказывается на пористости, оставляя ее в пределах 10-15%.

Твердость оксидных пленок зависит от концентрации электролита, температуры и плотности тока. С повышением концентрации и температуры электролита она снижается. Использование переменного тока и снижение его плотности уменьшает твердость анодного оксида. Оценка твердости для пленок толщиной более 5 мкм осуществляется методом измерения микротвердости. Для тонких пленок с меньшей точностью применяют метод царапания стекломером. Микротвердость анодных оксидных пленок меняется от 1,5?104 МПа на чистом алюминии до (2,5 ? 3,0) 103 МПа на технических сплавах.

Износостойкость оксидных пленок (способность оказывать сопротивление истиранию) зависит от свойств пленок и условий их изнашивания – трение скольжения или воздействие твердых частиц. Полирование оксидированной поверхности снижает износ и коэффициент трения пленок. Маслоемкость оксида существенно уменьшает износ и в некоторых случаях доводит его до нуля. Теплоизоляционные свойства оксидированных алюминиевых сплавов выше по сравнению с неоксидированным металлом. Так, теплопроводность оксида алюминия равна 0,004-0,012 Дж/(см·с·°С), что в 200-500 раз ниже, чем у чистого алюминия. Коэффициент теплового излучения анодированной поверхности в 10 раз выше по сравнению с чистым металлом. Толстые пленки на алюминиевых сплавах обладают повышенной стойкостью против воздействия высоких температур. Поэтому оксидирование используют при изготовлении изложниц для разливки алюминиевых и магниевых сплавов. При длительном многократном воздействии высоких температур на оксидированной поверхности образуются микротрещины, обусловленные различием в значениях коэффициента линейного расширения анодной пленки (8 · 10 -6 ?С-1) и алюминия (22,9 · 10 -6 ?С-1).

Электроизоляционные свойства оксидных пленок на алюминии обусловлены высоким удельным электрическим сопротивлением оксида алюминия. Эта величина при 20 °С составляет, Ом-см: 5 · 10 12 для стекла; 3 · 10 14 для фарфора; 2 · 10 15 для эбонита; 9 · 10 15 для слюды; 4 · 10 15 для анодной оксидной пленки (толщина 5 мкм) на алюминии. Электрическое сопротивление пленки зависит от состава алюминиевого сплава, режима оксидирования, последующей обработки оксидных пленок, наполнения, условий эксплуатации. Для анодных оксидных пленок характерны высокие адгезия, жаростойкость, теплопроводность, механическая прочность и химическая стойкость.

Читать еще:  Полировка алюминия до зеркального блеска

Коррозионные свойства оксидных пленок определяются их стойкостью к химическому воздействию окружающей среды без нарушения сплошности пленок. Коррозионная стойкость оксидированных алюминиевых изделий резко уменьшается в щелочных средах и средах с присутствием галогенсодержащих ионов. В растворах, содержащих ионы металлов, контактно выделяющихся на алюминии (медь, серебро, ртуть), коррозионная стойкость оксидированных алюминиевых изделий снижается. Увеличение пористости и растрескивание также снижают коррозионную стойкость оксидированных алюминиевых изделий в результате ухудшения изолированности металла от коррозионной среды. С ростом толщины пленок и снижением шероховатости их коррозионная стойкость возрастает, а после достижения определенной толщины пленки – замедляется из-за увеличения пористости.

Механизм анодирования алюминия

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ.

Поверхность алюминия и его сплавов ввиду склонности к пассивации постоянно покрыта естественной окисной пленкой, толщина которой зависит от температуры окружающей среды и составляет обычно 2-5 нм. Коррозионную стойкость и механическую прочность алюминия и его сплавов можно увеличить в десятки и сотни раз, подвергая поверхность металла электрохимическому оксидированию (анодированию).

Анодное оксидирование алюминия (обозначение: Ан.Окс.[тип оксидной пленки]) – процесс получения на алюминии оксидной пленки химически или электрохимически из растворов кислот и щелочей. В качестве электролита при электрохимическом анодировании применяются: серная, фосфорная, сульфосалициловая кислота, хромовый ангидрид и т.п. Анодирование в основном идет при повышенном напряжении, в зависимости от электролита от 12 до 120 В. При прохождении тока через электролит в зависимости от его состава образующиеся продукты реакции на алюминиевом аноде могут:

– образовывать на поверхности металла прочно сцепленное компактное и электроизоляционное оксидное покрытие толщиной 1,4 нм/,

– частично растворяться в электролите и образовывать пористое оксидное покрытие толщиной в десятки и сотни мкм.

Анодное оксидирование придает поверхности алюминия и его сплавов высокие коррозионную стойкость, твердость, износостойкость, термостойкость, каталитическую активность, декоративный вид.

Анодно-оксидные покрытия разделяют на следующие группы:

– цветные или окрашенные.

Что касается состава анодно-оксидных покрытий, то тонкие беспористые пленки представляют собой в основном безводный оксид алюминия, который в чистом виде располагается у границы с металлом. В тонкие беспоритые анодные покрытия внедряются от 0,6 до 20 % борного ангидрида (для электролитов с борной кислотой), значительное количество других ионов.

На границе раздела оксид-электролит находят небольшую часть гидратированного оксида Al2O3*H2O. (бемит).

Пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и частично включают гамма-Al2O3. Содержание воды в покрытиях, полученных в сульфатных и оксалатных электролитах, достигает 15%. В зависимости от условий формирования вода в оксидном покрытии моет находиться в составе бемита (Al2O3*H2O) или байерита (Al2O3*3H2O). Покрытия содержит значительное количество анионов электролитов, массовая доля которых, %: до 14 сульфата, до 3 оксалата, менее 0,1 хрома. Наибольшее количество анионов находится в наружном слое покрытий. 50-60% анионов удерживаются капиллярными силами в порах, остальные прочно связаны с оксидами и распределены достаточно равномерно по толщине покрытия. Последние называют структурными анионами. Примеси металлов, содержащиеся в сплавах алюминия, в большинстве своем остаются в оксидной пленке (железо, медь, кремний, магний, кальций). Цинк и титан присутствуют в виде следов с содержанием 0,1%. В цветных анодно-оксидных пленках обнаруживаются включения углерода, серы и их оксидные соединения, которые и придают окраску.

С увеличением количества примесей в металле, повышением температуры электролитов и плотности анодного тока увеличивается нерегулярность микроструктуры оксидных покрытий (нарушается перпендикулярность роста ячеек и пор, их параметры становятся более неравномерными). Наиболее хаотичная структура наблюдается в пленках, сформированных на алюминиевых сплавах в растворах хромовой и ортофосфорной кислот.

2. ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЯ АНОДНООКСИДНОЙ ПЛЕНКИ.

Существуют две теории образования и роста анодно-оксидных покрытий: струткурно-геометрическая и коллоидно-электрохимическая.

С позиции первой теории при наложении на алюминиевый электрод анодного напряжения (т.е подключение его к (+) ) сначала формируется компактная оксидная пленка, наружная часть которой в электролитах, растворяющих оксид, начинает растворяться в дефектных местах и переходить в пористое покрытие. Дальнейший рост анодно-оксидного покрытия происходит на дне образовавшихся пор за счет превращения все более глубоких слоев металла в оксид. Покрытие состоит из гексагональных ячеек. Прилегающий к металлу барьерный слой толщиной 1-1,1 нм/В состоит из беспористых ячеек. Ячейки пористого слоя имеют в середине одну пору. Диаметр пор и их число зависят от природы электролита и режима анодирования. Под действием электролита оксид, образующий стенки ячеек, гидратируется. При этом происходит адсорбция воды, анионов электролита и продуктов анодной реакции.

С позиции второй теории образование анодно-оксидных покрытий начинается с возникновения мельчайших частиц оксида, происходящего в результате встречи потока ионов. Адсорбция анионов и воды обуславливает отрицательный заряд частиц. С увеличением числа частиц они превращаются в полиионы – палочкообразные мицеллы, которые образуют скелет ориентированного геля оксида алюминия. В него внедряются анионы электролита. Под действие м отрицательного заряда мицеллы подходят к поверхности и сращиваются с металлом. Наряду с процессами образования мицеллярных слоев с участием анионов протекают сопряженные процессы растворения образующегося оксида. Состав и свойства анодно-оксидных покрытий Тонкие и беспористые анодно-оксидные покрытия представляют собой в основном безводный оксид алюминия, который в чистом виде располагается у границы с металлом. В тонкие беспористые покрытия внедряются от 0,6 до 20% борного ангидрида (электролиты с борной кислотой), значительное количество других ионов. На границе раздела оксид-электролит находят небольшую часть гидратированного оксида алюминия Al2O3*H2O (бемит). Пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и частично включают гамма-Al2O3 . Содержание воды в покрытиях, полученных в сульфатных и оксалатных электролитах, достигает 15%. В зависимости от условий формирования вода в оксидном покрытии может находиться в составе бемита или байерита (Al2O3*3H2O). Покрытия содержат значительное количество анионов электролитов.

3. ЦВЕТНЫЕ АНОДНООКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ.

Аноднооксидные покрытия могут окрашиваться как напрямую в электролитах, так и путем наполнения в красителях органической и неорганической природы.

Покрытия, полученные в некоторых нестандартных типах электролитов, имеют обычно желтоватый оттенок. Если в этих электролитах алюминий и его сплавы анодируются вначале переменным, а затем постоянным током, покрытия получаются окрашенными в цвет от светло-соломенного до золотистого и бронзового.

Окрашивание анодных пленок может происходить также при получении пористого покрытия с наполнением в отдельном растворе. Данный способ можно считать классическим. Прозрачные и полупрозрачные защитно-декоративные покрытия алюминия и его сплавов окрашивают в водных прямых кислотных органических красителей. Содержание красителей в растворах колеблется от 0,1-0,5 г/л для светлых тонов до 5 для интенсивного и 10-15 для черного цвета. Температура растворов 50-70, время окрашивания от 300 до 1800 с. Окраска покрытий, полученных в различных электролитах, различается из-за различия свойств пористости и естественного цвета покрытия. Для получения необходимых цветов используют смеси анилиновых красителей. Некачественная окраска удаляется в растворе перманганата калия и азотной кислоты. Кроме органических красителей применяются и неорганические. Так, ограниченную цветовую гамму, но более светостойкую окраску анодно-оксидных покрытий получают реакцией двойного обмена в растворах неорганических солей.

Читать еще:  Как остановить коррозию алюминия

4. УПЛОТНЕНИЕ АНОДНЫХ ПЛЕНОК.

Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов (особенно в воде и водных средах), может быть повышена уплотнением в растворе хромовых солей. Обычно используется натриевая соль ввиду экономической целесообразности. Составы для уплотнения анодно-оксидного покрытия в бихроматах регламентируются техническими условиями DEF151 и основаны на работах, первоначально выполненных в СССР и США.

Различают составы на основе бихромата натрия с карбонатом или гидроксидом натрия и на основе бихромата натрия. Оба раствора работают при температуре 96 о С. Обработка в первом растворе для уплотнения анодированного алюминия длится 5-10 минут. Данное время недостаточно для проведения полного уплотнения оксидной анодной пленки гидратацией, но оно обеспечивает поглощение значительного количества хроматов. Анодное покрытие окрашивается после этого в желтый цвет. Интенсивность окрашивания в желтый цвет повышается в зависимости от толщины покрытия. Процесс уплотнения позволяет выявить некачественно анодированное покрытие.

Второй состав для уплотнения анодированного алюминия в бихромате без других добавок подразумевает обработку на протяжении времени, которое было потрачено на само анодирование. Этот состав обеспечивает удовлетворительную степень гидратации, но не обязательно полное уплотнение.

Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Окисные покрытия на алюминии применяют для защиты деталей от коррозии и исти­рания; для декоративной отделки по­лированных или окрашенных поверх­ностей; в качестве грунта для лако­красочных покрытий и других органи­ческих пленок; как подслой для элект­ролитических покрытий; для специаль­ных целей, связанных с особыми свой­ствами (электрическая и тепловая изо­ляция, большая пористость и высокая степень адсорбции и др.). Окисные электроизоляционные покрытия, полу­чаемые из сернокислых электролитов, обладают значительной износостой­костью (особенно при отрицательной температуре). Обычно наносят их на алюминиевые сплавы, содержащие бо­лее 5% тяжелых металлов.

Из хромовокислых электролитов ок­сидные пленки наносят на литые детали, клепаные конструкции или детали с соедине­ниями внахлестку и углублениями. Та­кие покрытия не обладают высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью и применяются для за­щиты алюминиевых легких сплавов. Анодные покрытия из щаве­левокислых электролитов наносят на различные детали. Они обла­дают большой пластичностью, тол­щина их 60 мкм и более. Окисное твердое покрытие применяют для деталей, ра­ботающих на трение, а эматаль покрытие – для обеспечения красивого внешнего вида и коррозионной стойкости деталей, изготовленных из де­формируемых сплавов типа АВ, АМЦ, АМг и др.

Защитно-декоративное анодное покрытие может быть бесцветным или серым в зависимости от хими­ческого состава обрабатываемого спла­ва. Покрытие характеризуется хоро­шими защитными свойствами, окраши­вается органическими красителями в различные цвета и используется в ка­честве грунта для лакокрасочных по­крытий.

Цвет износостойкого (глубокого) по­крытия изменяется от темно-серого до черного. Покрытие характеризуется высокой стойкостью к истиранию, осо­бенно после пропитки его смазочными маслами. Рекомендуемая толщина 50 – 60 мкм. Твердость покрытия зависит от режима анодирования и состава покрываемого сплава. Так, на чистом алюминии твердость пленки состав­ляет 1000 кгс/мм2, на техническом алюминии

600 кгс/мм2, на алюми­ниевых сплавах

195 – 385 кгс/мм2.

Цвет электроизоляционного покры­тия изменяется от серого до темно-серого. Толщина покрытия 15 – 120 мкм. Оно характеризуется хрупкостью, высоким электрическим сопротивлени­ем. Для сплавов АМг, АМц и АД1 при толщине пленки 60 -100 мкм про­бивное напряжение составляет 350 — 600 В, а для сплавов Д16 и В95 (при толщине покрытия 40 — 60 мкм) -300-400 В.
Эматаль-покрытия в зависимости от состава электролита могут быть декоративными, защитными и износостой­кими. Микротвердость их равна 150 – 200 кгс/мм2 при толщине 5 – 7 мкм и 650 – 700 кгс/мм2 при толщине 10-14 мкм.

Цвет анодизационно-оксидированно-го и хроматированного покрытия из­меняется от светло-зеленого до желто-зеленого. Цвет окрашенного покрытия соответствует цвету красителя или эта­лона. На плакированном материале оттенок не нормируется. После про-масливания покрытие блестящее.

На покрытии допускаются разнотон­ность цвета на деталях с нарушенным плакировочным слоем; рисунок мра­мора, являющийся результатом выяв­ления структуры металла; темные по­лосы и пятна в направлении проката, в местах сварки, притирки, наклепа, в местах отсутствия плакировочного слоя.

При анодировании размеры деталей увеличиваются примерно на 0,15 тол­щины покрытия (на сторону). Качество анодного покрытия повыша­ется с улучшением чистоты обработки поверхности деталей. Отражательная способность полированного и анодиро­ванного алюминия (его сплавов) умень­шается в следующем порядке: А99, А97, А7, АД1, AMrl, АД31. Детали с твердыми анодными по­крытиями можно подвергать механи­ческой обработке. При температуре выше 100°С или деформациях анодные покрытия склонны к рас­трескиванию. Для деталей из сплавов, содержащих более 5% меди, не реко­мендуется применять твердые анодные покрытия или покрытия из хромово­кислого электролита. На детали из сплавов, содержащих более 3% меди, наносить эматаль-покрытие не реко­мендуется.

При электроизоляционном анодиро­вании следует применять щавелево­кислый электролит с последующим нанесением специальных лаков. При сернокислом анодировании шерохова­тость поверхности значительно увеличивается (при остальных — в мень­шей степени). Диаметр деталей после нанесения эматаль-покрытия увеличи­вается примерно на 0,01 мм.

Обозначение шифров окисных по­крытий: окисное электроизоляционное наполнение в хроматном растворе — ан. Окс. хр; окисное твердое — ан. Окс. тв; окисное, наполненное в растворе красного красителя — ан. Окс. крас­ный; окисное эматаль-покрытие — ан. Окс. эмт.

Все окисные покрытия с лакокрасоч­ными покрытиями можно применять при любых условиях эксплуатации.

Для хроматного наполнения пленок рекомендуются растворы, содержащие бихроматы натрия или калия. Цвет окисной пленки после наполнения от светло-зеленого до серо-зеленого в зависимости от мари материала

Помимо хроматных растворов для наполнения окисных покрытий при­меняют водные растворы анилиновых красителей.
Температура раствора 60°С, время выдержки устанавливают в зависи­мости от требуемого оттенка. Детали перед анодированием полируют. Наи­более применимым для получения окисного окрашенного покрытия явля­ется алюминий АО, АОО и АМ25 с содержанием кремния не более 0,1%. После наполнения покрытия красите­лем детали промывают в холодной проточной воде.
Существенным недостатком покры­тий, наполненных красителем, является их выцветание под действием дневного света.

Свет­лые тона дает только чистый алюми­ний или дюралюминий Д16. Силумины можно окрашивать только в темные тона (черный и коричневый), так как окисная пленка на них имеет темную окраску.

Анодированный алюминий

Современные приспособления, изготовленные из металла, очень сильно отличаются от тех, что делались 30-50 лет тому назад. Они стали лёгкими, устойчивыми к вредным воздействиям, минимально опасными для жизни. Анодированный алюминий занимает одно из ведущих мест среди металлов, которые применяются для изготовления таких приспособлений.

Читать еще:  Машины для литья алюминия под давлением

Анодированный алюминий давно и прочно занял место стали и чугуна там, где кроме прочности и устойчивости к внешним воздействиям требуются другие главные качества – лёгкость и пластичность. Он значительно легче стали, поэтому с успехом заменил её в десятках тысяч единиц продукции, используемых в самых разных областях – промышленности, медицине, туризме, спорте.

С появлением технологии анодирования к замечательным свойствам алюминия добавились результаты химической модификации – высокая коррозионная стойкость и сопротивляемость к механическим воздействиям.

Что такое анодирование

Процессом анодирования называется электролитическая химическая реакция металла с окислителем. Тонкий слой оксида наносится на металлическую поверхность, которая в процессе реакции исполняет роль анода. За счёт поляризации в электролитической проводящей среде тонкой оксидной плёнкой можно покрывать как чистые металлы, так и различные сплавы. Оксидный слой эффективно защищает от коррозии и выгорания при воздействии прямых солнечных лучей. Наиболее востребованы в промышленности подвергшиеся анодированию сплавы алюминия и магния.

Конечной целью анодирования является создание на поверхности листа алюминия так называемой АОП – анодной оксидной плёнки. Она выполняет две основные функции:

  1. Защита от внешних воздействий;
  2. Украшение.

Во втором случае в проводящую среду добавляются красители различных цветов со строго определённым химическим составом.

Первыми внедрили в производство промышленное анодирование алюминия инженеры из Великобритании. Созданный таким способом лёгкий и прочный металл начали применять в авиационной промышленности. Позже появился стандарт анодирования металла, который успешно применяется в современном авиастроении. Он имеет номенклатурную маркировку DEF STAN 03-24/3.

В состав покрытия входят два компонента:

Краска, нанесённая в соответствии со стандартом, очень устойчива к истиранию и другим механическимповреждениям.

Технология анодирования

На сегодняшний день наибольшее распространение получил процесс сернокислого анодирования алюминия. Его суть в следующем:

  1. Деталь и катод, изготовленный из свинца, помещаются для очистки от примесей и масел в ванну с электролитом – серной кислотой H2 SO4. Показатели физических величин: плотность раствора – 1 200-1 300 г/л; плотность тока в процессе анодирования – 10-50 мА/см²; напряжение источника – 50-100 В.; температура электролита – 20-30 °C (при последующем окрашивании – не более 20 °C).
  2. Производится окончательная промывка в растворе каустика.
  3. На поверхности детали из алюминия создаётся тончайший оксидный слой.

Скорость роста анодного слоя на поверхности металла неравномерна и очень невысока. Оптимальное количество окрашенного окисла наносится по достижении плотности тока 1,5-1,6 А/дм². При меньших показателях слой получается практически бесцветным. Большие значения катодной плотности (отношения размера катода к величине обрабатываемой поверхности) вызывают затруднения при обработке массивных деталей – появление прогаров и растравливание. Оптимальная площадь катода – х2 по отношению к размеру обрабатываемой детали.

Также очень важно контролировать зажим и электрический контакт детали с подвеской.

Кроме серной кислоты в качестве электролита при анодировании могут использоваться другие вещества и соединения:

  • щавелевая кислота;
  • органические соединения и смеси;
  • ортофосфорная кислота.
  • хромовый ангидрид.

Технология процесса при этом не изменяется. Конечной целью при выборе электролитической среды является получение слоя с определёнными физическими характеристиками перед повторным окрашиванием.

Тёплое анодирование

Процесс тёплого анодирования осуществляется при температуре окружающей среды 15-20 °C. У деталей, обработанных таким способом, есть две отрицательные особенности:

  1. Не очень высокий показатель антикоррозионной стойкости. Контактируя с химически агрессивной средой или металлом, анодированный слой подвергается воздействию кислорода.
  2. Невысокая степень защиты от механических воздействий. Острым наконечником вполне реально нанести анодированному слою механическое повреждение.

Процесс тёплого анодирования состоит из шести этапов:

  • очистка поверхности детали от жира.
  • закрепление на подвеске.
  • анодирование до появления оттенка светло-молочного цвета.
  • промывка холодной водой.
  • окрашивание горячим раствором анилиновой краски.
  • выдержка анодированного металла после окраски в течение 30 минут.

Слои плёнки, полученной методом теплого анодирования, получаются исключительно красивыми. Такой алюминий лучше использовать в конструкциях, не подвергающихся резким внешним воздействиям. Кроме того, анодированный слой является отличной основой для повторного окрашивания из-за высочайшего показателя адгезии красителей. Нанесённая краска будет держаться очень долго.

Холодное анодирование

Технология холодного нанесения анодного слоя предусматривает обработку алюминия при температуре от -10 до +10 °C. Качество металла, обработанного таким образом, несравненно выше, чем при тёплом анодировании.

Алюминий получает отличные физические характеристики:

  • высокую прочность.
  • малую скорость растворения слоя.
  • большую толщину плёнки.

При холодном анодировании нужно обязательно осуществить следующие процедуры:

  • обезжиривание обрабатываемой поверхности.
  • помещение детали на подвеску.
  • анодирование до получения плотного оттенка.
  • промывка в воде с любой температурой.
  • закрепление анодного слоя на пару или в горячей дистиллированной воде.

Отличительной особенностью процесса является большое время принудительного охлаждения. После этого слой анодированного алюминия становится абсолютно невосприимчивым к воздействию агрессивных сред. Только титан спустя несколько десятков лет способен незначительно снизить физические характеристики полученного холодным способом анодированного алюминия.

Покрытие характеризуется исключительной красотой и износостойкостью. У технологии есть только один минус: при повторной окраске можно пользоваться только неорганическими соединениями.

Для чего анодируют алюминий и как его применяют

Главная цель анодирования деталей, изготовленных из алюминия – повышение срока эксплуатации в условиях воздействия различных агрессивных сред.

Учитывая, что чистый алюминий обладает высоким сродством к кислороду, его коррозионная стойкость выше, чем у многих других лёгких металлов конструкционного назначения. Естественное окисление алюминия происходит при первом контакте с воздухом. Процесс же анодной обработки ещё больше увеличивает стремление обеих химических элементов создавать окислы, вступая в реакцию между собой.

Способность анодной плёнки отлично впитывать красители различного химического состава делают обработанный таким способом алюминий отличным декоративным материалом. Он широко применяется для внешней отделки интерьеров зданий и сооружений.

Незаменимы алюминиевые конструкции при создании:

  • рекламных конструкций для культурно-спортивных мероприятий, выставок и шоу.
  • информационных стендов для массовых акций, митингов, собраний.

Прекрасная светоотражающая способность анодированного алюминия сделала его незаменимым материалом при изготовлении дорожных знаков. Благодаря интерференции информация, нанесённая на знак при анодировании прекрасно видна автомобилистам в ночное время суток.

Рамы любительских велосипедов также изготавливаются из анодированных сплавов алюминия. На специальную одежду, которой пользуются велосипедисты в тёмное время суток, наносится тончайшая плёнка оксида алюминия. Благодаря этому силуэт легко разглядеть в темноте на почтительном расстоянии. С той же целью анодированный металл применяется при изготовлении отражающего слоя в прожекторных установках.

Отличные свойства анодированного алюминия позволяют использовать его для изготовления самого широкого круга номенклатуры деталей и узлов, применяемых в самых разных областях. Можно смело сказать: если принято решение изготовить что-то из обработанного таким способом металла, прочность и лёгкость конструкции не будет вызывать никаких сомнений!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector