Анодирование алюминия: каким бывает и какие результаты дает

Анодирование металла в домашних условиях – методы
Сущность процесса анодирования металла в домашних условиях будет наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и сплавах будет играть функцию защиты от воздействий среды. Другим названием буде анодное оксидирование. Более того, оксидирование используют для повышения красоты внешнего вида изделий.

Обратите внимание, что будут устранены поверхностные дефекты – маленькие царапины, сколы. Можно также имитировать покрытие драгоценными металлами или повышать свойства адгезии. Покрытие можно будет нанести не только при производственном процессе, но еще и в домашних условиях.

Обработка алюминия в домашних условиях пользуется огромной популярностью у домашних мастеров. В изделиях, которые подвергнуты анодному оксидированию, повышается устойчивость защитного покрытия.

Что такое анодированная металлическая поверхность

Название анодирования носит процесс, протекающий при использовании электролита и электрического тока различной величины и позволяющий получить на изделии прочную оксидную пенку, которая повышает прочность стали и обеспечивает защиту от коррозии. Прочностные и механические характеристики меняются в зависимости от состава металла, плотности и вида электролита, величины анодного и катодного воздействия, рассчитываемых по специальным уравнениям.

Собственно защитное покрытие не наносится, а образуется из самого железа в процессе электрохимической реакции. Технология, используемая в домашних условиях, схематично выглядит так:

Схема процесса анодирования в домашних условиях

1. В диэлектрическую (не проводящую ток) емкость заливается электролит.
2. Берется блок питания, способный обеспечить необходимое напряжение постоянного тока на выходе (это может быть аккумулятор или несколько батареек, соединенных в электронные цепи).
3. К обрабатываемому предмету подключается зажим «+», и предмет погружается в емкость с раствором.
4. Зажим «–» крепится на пластинку из свинца или нержавеющей стали и тоже опускается в жидкость.
5. Подключается электрический ток нужной величины, согласно электрохимическому уравнению. Благодаря ему на поверхности изделия начинает выделяться кислород, способствующий образованию прочной защитной пленки.

Что называют анодированием и зачем его применяют

По внешнему виду алюминий – металл серебристо-белого цвета. Но он легко окисляется на воздухе, реагируя с кислородом, и поэтому в жизни выглядит серым. Образующаяся на поверхности оксидная пленка слишком тонкая и непрочная, чтобы по-настоящему защитить алюминиевое изделие от воздействия внешней среды.

Поэтому была разработана технология анодирования – это процесс, в результате которого образуется оксидная пленка Al2O3. Она более плотная и прочная, чем та, что получается естественным путем; природная модификация оксида – корунд, минерал, уступающий по твердости только алмазу.

Чтобы получить защитный слой, металл погружают в раствор кислого электролита и пропускают через систему постоянный ток. Процесс называется анодированием (по-другому, анодным оксидированием или анодным окислением) так как алюминий выступает в роли анода. Технологию применяют, когда важно выполнение следующих задач:

• Сохранение целостности и равномерности покрытия в процессе эксплуатации (срок службы покрытия составляет 20 лет).

Покрытию можно придать любой оттенок Источник twimg.com

• Сопротивление коррозийным процессам на высоком уровне.
• Сохранение внешней эстетики. Покрытие выравнивает царапины, вмятины и другие незначительные дефекты металлической поверхности.

Преимущества анодированного металла

Анодное оксидирование (анодирование) различных металлов, проведенное в домашних условиях, конечно, сильно уступает тому, что проводится с применением промышленного оборудования. Но, все же, оно способно обеспечить изделию ряд преимуществ:

1. Повысить устойчивость к коррозии — благодаря тому, что оксидная пленка препятствует проникновению влаги к металлической основе, обеспечивая надежную защиту. Применение такого процесса на быстро ржавеющих предметах обихода или дисках и деталях бытовой техники способно значительно продлить срок их службы.
2. Увеличить прочность металла и стали: оксидированное покрытие намного устойчивее к механическим и химическим повреждениям.
3. Обработанная таким образом посуда нетоксична, устойчива к длительному нагреву, пища на ней не пригорает.

4. Металлические изделия после анодированной обработки приобретают диэлектрические свойства (совсем или почти не проводят ток).
5. Возможность провести гальваническое напыление другого металла (хромовое, титановое). Выполненное своими руками, оно способно значительно увеличить прочностно-механические характеристики или повысить декоративные качества (напыление под золото).

Кроме того, процесс дает возможность декорирования. Можно сделать цветное анодное оксидирование. Такой результат можно получить, изменяя уравнения силы подаваемого тока и плотности электролита (это возможно, когда проводится анодирование титана и других твердых материалов) или с использованием краски (чаще для алюминия и других мягких металлов, но этот процесс применяется и на твердых основах). Окрашенные таким образом предметы имеют более ровный и глубокий цвет.

Промышленный метод дает более высокую прочность покрытия, возможность провести глубокое анодирование с одновременным нанесением катодной электрохимической пенки, дающей дополнительную защиту от коррозии. Но, даже проведенная в домашних условиях анодно-катодная обработка поможет сделать диски или другие детали движущихся механизмов более прочными, износостойкими.

Технология анодирования металла и ее особенности

Привлекательный внешний вид и повышенные свойства прочности металлической поверхности можно достигнуть путем применения специальных электрохимических реакций. Одним из таких способов является анодирование металла, в процессе которого на плоскости образуется защитная оксидная пленка, наделяющая материал дополнительными качествами.

Особенности анодированных

Данная процедура широко применяется в промышленных масштабах, кроме того, осуществить самостоятельное оксидирование стали, алюминия или меди можно и в домашних условиях. Последний вариант будет отличаться от профессионального процесса, однако он удобен для обработки небольших деталей.

Изделия, которые на своей поверхности имеют образовавшуюся после анодирования пленку, обладают следующими характеристиками:

• повышенная устойчивость к коррозии;
• увеличивается прочность таких материалов как сталь и алюминий;
• изделие становится нетоксичным;
• отсутствие возможности проведения тока;
• подготовленная поверхность подходит под дальнейшую обработку с помощью гальванического покрытия.

Процедура анодирования металла применяется для производства посуды – обработанные таким методом изделия не пригорают на плите и безопасны для приготовления пищи. Материалы с оксидной пленкой используют при изготовлении некоторых инструментов, строительных материалов, светотехнических приборов, предметов домашнего обихода. Кроме того, обработке подвергаются изделия из серебра.

Широко распространено цветное анодирование, которое позволяет придать деталям разнообразный декор. Окрашенные таким способом изделия имеют более ровный и глубокий цвет.

Обработанные анодированием поверхности инструментов и приспособлений не растрескиваются при эксплуатации, сохраняя первозданный вид на долгий срок. Кроме того, плоскость становится более крепкой, что позволяет ей выдерживать повышенные нагрузки и механическое воздействие.

Как происходит процесс анодирования?

Вся процедура состоит из трех этапов работы: подготовки металла, его химической обработки и закреплении покрытия на поверхности. Предлагаем подробнее рассмотреть каждую из указанных фаз на примере обработки такого материала как алюминий:

1. Подготовительный этап. Профиль из металла очищается механическим путем, после чего шлифуется и обезжиривается. Сделать это необходимо для того, чтоб покрытие крепко зафиксировалось на основе. Далее в действие вступает применение щелочей. Деталь помещают в раствор на некоторое время для травления, после чего перекладывают в кислотную жидкость, где алюминий осветляется. Завершающей стадией анодной подготовки является полная промывка деталей от остатков щелочи и кислоты.
2. Химическая реакция. Заготовленное изделие кладут в электролит. Он представляет собой раствор из кислоты, к которому подключено воздействие тока. Анодируемый материал чаще всего обрабатывают с помощью серной кислоты, а для достижения расцветки применяют щавелевый ее аналог. Успешный результат достигается при правильных показателях температуры и плотности тока. Твердое анодирование предполагает использование низких температур, если же цель – получить мягкую и пористую пленку – показатели повышают.
3. Этап фиксирования покрытия. Полученные алюминиевые детали с образовавшейся на них пленкой имеют пористый вид, поэтому их необходимо упрочнить. Для этого применяется несколько методов: окунание изделия в горячую воду, обработка паром или холодным раствором.

При дальнейшей цветной окраске изделия нет необходимости производить закрепление анодирования. Существующие лакокрасочные материалы отлично ложатся на пористую поверхность, образуя прекрасное сцепление с ней.

Стоит отметить, что таким анодированием покрывают металлы на промышленных предприятиях. Особо прочный тип покрытия реально получить при твердом типе процедуры. Данный материал применяется в автопроизводстве, строении самолетов и строительстве.

Методика процедуры в домашних условиях

Приступая к самостоятельному анодированию в домашних условиях, необходимо предварительно подготовить все инструменты:

• контейнер для помещения изделия;
• батареи емкостью в 9 в (несколько штук, в зависимости от желаемого результата);
• алюминиевая фольга;
• кабель с хорошей изоляцией;
• раствор электролита;
• клещи.

В качестве экспериментального опыта можно попробовать обработать болты. Толщина готового покрытия – приблизительно 0,05 мм. Изделия необходимо предварительно подготовить. Если были выбраны элементы из нержавеющей стали, заранее обезжирьте их и зашлифуйте.

Приготовьте электролитический раствор. Для этого понадобится серная кислота и дистиллированная вода. Приобрести кислоту для электролита можно в автомагазинах, специализирующихся на ремонте аккумуляторов. Пропорции воды и кислоты должны быть одинаковыми, однако не стоит использовать неразбавленное вещество.

Для того, чтобы получить черный цвет металла, понадобится больше времени, чем для светлого или бронзового результата.

Для начала протравите деталь в щелочи для ее подготовки. После этого поместите деталь в раствор с электролитом и подключите ток. Важно использовать термометр для контроля температуры и следить за тем, чтоб показатели не снижались. Когда уровень достигнет нижних отметок, необходимо закончить процесс.

На видео: анодирование в растворе щелочи.

Меры предосторожности и технические советы

Для получения анодной пленки самостоятельно важно соблюдать некоторые меры безопасности, которые помогут сохранить здоровье и осуществить процедуру правильно:

1. При работе используйте индивидуальные средства защиты кожи – перчатки, маску. Закрывайте глаза защитными очками при необходимости: в процессе получения анодированного металла происходит большая отдача тепла, и раствор может брызгать, попадая на тело.
2. Подбирайте контейнер для обработки правильно: это может быть пластиковая емкость или старая эмалированная ванна без сколов.
3. После травления изделия, поместите его в чистую воду для того, чтоб успеть подготовиться к следующему этапу.
4. Используйте алюминиевые токопроводы для работы: серебро, сталь или детали из меди необходимо подвешивать на специальную планку для того, чтоб вынимать изделия было легче.
5. Толщина кабеля должна соответствовать силе тока. Если показатели были подобраны неправильно, твердая вариация процедуры пройдет безуспешно, вследствие чего металл просто растворится.
6. Для достижения чёрного цвета стали используют нитрат натрия, детали в растворе выдерживают при температуре от 100 до 140 градусов.

Чтобы получить различные цвета металлов также применяют соляную кислоту, гидросернистый натрий, азотную кислоту, этиловый спирт. При данном анодировании образуется не только оксидная пленка, но и достигается определенная цветовая гамма.

Осуществление процедуры в домашних условиях рекомендуется проводить только после изучения техники безопасности по работе с кислотами. Анодированные поверхности имеют долгий срок эксплуатации и отличаются прочностью и стойкостью к повреждениям.

Источник: https://GidPoKraske.ru/spetsialnye-materialy/obrabotka-metallicheskih-predmetov/anodirovanie-metalla.html

Разные способы

Провести процесс оксидированной обработки стали в домашних условиях можно двумя способами. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества.

Теплый метод

Наиболее легкий процесс для проведения своими руками. Успешно протекает при комнатной температуре, при использовании органической краски, позволяет создавать удивительно красивые вещи. Для этой цели можно использовать как готовые краски, так и аптечные красители (зеленку, йод, марганец).

Твердое анодирование по такой технологии получить не удастся, оксидная пенка получается непрочная, дает слабую защиту от коррозии, легко повреждается. Но, если сделать окрашивание поверхности после такой методики, то сцепление (адгезия) покрытия с основой будет очень высокой, нитроэмали или другие краски будут держаться прочно, не облезут, обеспечат высокую степень защиты от коррозии.

Холодный метод

Эта методика при проведении в домашних условиях требует внимательного контроля за температурой, допуская ее колебания от –10 до +10°C (оптимальная температура для проведения электрохимической реакции согласно уравнению – 0°C). Именно при таком температурном режиме анодная и катодная обработка поверхности протекает наиболее полно, медленно создавая прочную защитную оксидную пленку. Это позволяет домашнему умельцу своими руками провести твердое анодирование, обеспечив стали максимальную защиту от коррозии.

По этой методике можно сделать гальваническое напыление, нанеся на изделие медь, хром или золото, рассчитав силу тока по специальным уравнениям. После такой обработки повредить деталь или диски из стали очень сложно. Защита от коррозии эффективно действует на протяжении многих лет даже при контакте с морской водой, может использоваться для продления срока службы подводного снаряжения.

Маленьким минусом служит то, что краска на такой поверхности не держится. Для придания металлу цвета используется метод напыления (медь, золото) или электрохимическое изменение цвета под воздействием электрического тока (сила тока и плотность электролита высчитываются по специальному уравнению).

Анодирование нержавеющей стали — Справочник металлиста

Одной из важных задач по сохранению металлических конструкций является борьба с вредным воздействием окружающей среды. Повышенная влажность, наличие в воздухе химически активных элементов, способных разрушать целостность металла, особенно стали, приводит к ухудшению таких показателей как надёжность и прочность.

Для решения этой задачи готовые изделия покрывают различными видами защитных покрытий.

Оксидирование стали

Существуют различные методы повышения поверхностной устойчивости и антикоррозийности.

Одним из таких методов является создание на поверхности стали защитной плёнки, используя специальные способы обработки.

Понимание сущности назначения этого процесса требует ответа на вопрос — что такое оксидирование?

Сущность заключается в использовании свойств окислительно — восстановительной реакции, в результате чего на поверхности стали образуется защитная плёнка. Так же производится оксидирование стали.

Этот процесс позволяет решить следующие задачи:

• Защитить стальные конструкции от образования коррозии (особенно это актуально в современном строительстве, где применяются металлические конструкции).
• Ограничить воздействие агрессивных составляющих внешней среды (растворов кислот, щелочей, химических элементов, разрушающих целостность стали).
• Создать поверхностный слой, обладающий хорошими электроизоляционными характеристиками.
• Придать деталям, отдельным элементам, конструкции в целом оригинальные декоративные и эстетические свойства.

Оксидирование металла производится следующими методами:

1. С применением химических реакций (химическое оксидирование стали).
2. Использование электрохимических процессов (анодное оксидирование).
3. Проведением термической обработки (термический метод).
4. Создание низкотемпературной плазмы (плазменный метод).
5. Лазерным (применяются специальные лазерные установки).

Анодированная сталь

Рассмотрим каждый метод подробнее.

Химическое оксидирование

Этот процесс предполагает обработку металлов растворами, смесями, расплавами химических элементов (такие окислы как окислы хрома). Данное оксидирование позволяет провести так называемую пассивацию поверхности металла. Он предполагает создание в близком к поверхности слое металла неактивного (пассивного) образования. Создаётся тонкий поверхностный слой, защищающий основную часть конструкции.

Технологически этот процесс реализовывается посредством опускания подготовленной металлической детали в раствор щёлочи или кислоты, заданного процентного соотношения.

Выдерживают его там определённое время, которое позволяет полностью провести окислительно — восстановительную реакцию. Затем деталь тщательно промывают, подвергают естественной сушке, окончательной обработке.

Химическое оксидирование стали

Для создания кислотной ванны применяют три вида химически активных кислот: соляную, азотную, ортофосорную. Ускорение протекания химической реакции стимулируют добавлением в раствор кислоты соединений марганца, калия, хрома. Реакция окисления протекает при температуре раствора в интервале от 30 °С до 100 °С.

Применение растворов на основе щелочных соединений позволяет использовать добавки соединений нитрата натрия и диоксида марганца. В этом случае температура раствора необходимо повышать до 180 °С, а с добавками и до 300 °С.

После проведенной процедуры деталь промывают и просушивают. Иногда для закрепления процесса химической реакции применяют бихромат калия. Для увеличения срока сохранения образованной плёнки проводят химическое оксидирование с промасливанием. Иногда такой процесс называют химоксидирование. При окончательном покрытии маслом получается надёжное покрытие от коррозии, обладающее эффектным высоко декоративным чёрным цветом.

Анодное оксидирование

Такой вид называется – электрохимическое оксидирование стали. Иногда его называют и анодное оксидирование стали. Также применяют термин анодирование. В его основу заложен химический процесс электролиза. Его можно проводить как в твёрдых, так и в жидких электролитах. Подготовленную заготовку помещают в ёмкость с оксидным раствором.

Протекание реакции электролиза возможно при создании разности потенциалов между двумя элементами.

Поверхность окисляемого изделия характеризуется положительным потенциалом. Из раствора выделяют химически активные элементы с отрицательным потенциалом. Взаимодействие разнополярных элементов и называется реакцией электролиза (в нашем случае анодирования).

Анодное оксидирование

Протекание реакции анодирования можно выполнить в домашних условиях. Требуется чётко выполнять условия техники безопасности. В реакции участвуют вредные реактивные жидкости и небезопасное напряжение.

Применение анодного оксидирования позволяет создавать защитные плёнки различной толщины. Создание толстых плёнок возможно благодаря применению раствора серной кислоты.

Тонкие плёнки получают в растворах борной или ортофосфорной кислоты. С помощью анодирования можно придать поверхностному слою металла красивые декоративные оттенки. С этой целью процесс проводят в органических кислотах. В качестве таких растворов применяют щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую

Специальным процессом анодирования считается микродуговое оксидирование. Оно позволяет получать покрытия, обладающие высокими физическими и механическими характеристиками. К ним относятся: защитные, изоляционные, декоративные, теплостойкие и антикоррозийные свойства. В этом случае оксидирование производится под действием переменного или импульсного тока в специальных ваннах заполненных электролитом. Такими электролитами являются слабощелочные составы.

Анодное оксидирование в домашних условиях

Анодирование позволяет получить поверхностный слой, обладающий следующими свойствами:

• надёжное антикоррозионное покрытие;
• хорошие электрические изоляторы;
• тонкий, но стойкий поверхностный слой;
• оригинальную цветовую гамму.

К анодированию нержавеющей стали требуется специальный подход. Это связано с тем, что такая сталь считается нейтральным (инертным) сплавом. Поэтому на производстве при анодировании большого количества деталей применяют двух этапную процедуру.

На первом этапе анодирование нержавеющей стали производят совместно с другим, более подходящим для этого процесса металлом. Это может быть никель, медь, другой металл или сплав.

На втором этапе производят оксидирование непосредственно самой нержавеющей стали. Для упрощения процесса оксидирования сегодня ведутся разработки специальных добавок, так называемых пассивирующих паст. Эти составы ускоряют процесс реакции нержавеющей стали.

Термическое оксидирование

Согласно термину оксидирование происходит при относительно высоких температурах. Величина этого показателя зависит от марки стали. Например, процесс термического оксидирование обычной стали происходит в специальных печах. Внутри создаётся температура, близкая к 350 °С. Класс легированных сталей подвергаются термическому оксидированию при более высоких температурах. Необходимо разогреть заготовку до 700 °С. Обработка продолжается в течение одного часа. Этот процесс получил название воронение стали.

Воронение сталиСтальной пистолет после воронения

Плазменное оксидирование

Такое оксидирование проводят в среде с высокой концентрацией кислорода с помощью низкотемпературной плазмы. Плазма создаётся благодаря разрядам, возникающим при подаче токов высокой или сверхвысокой частоты.

Плазменное оксидирование используют для формирования оксидированных плёнок на достаточно небольших поверхностях.

В основном его применяют в электронике и микроэлектронике. С его помощью образуют слои на поверхности полупроводниковых соединений, так называемых p-n переходах. Такие плёнки используют в транзисторах, диодах (в том числе в туннельных диодах), интегральных микросхемах. Кроме этого она используется для повышения светочувствительного эффекта в фотокатодах.

Плазменное оксидирование

Разновидностью плазменного оксидирования является оксидирование с применением высокотемпературной плазмы. Иногда её заменяют на дуговой разряд с повышением температуры до 430 °С и выше. Применение этой технологии позволяет значительно повысить качество образуемых покрытий.

Лазерное оксидирование

Эта технология достаточно сложна и требует специального оборудования. Для проведения оксидирования используют:

• импульсное лазерное излучение;
• непрерывное излучение.

Технология анодного оксидирования

Весь процесс, проводимый своими руками, можно разделить на этапы:

1. Поверхности дисков и других деталей из металла хорошо очищаются от загрязнений, моются, шлифуются.
2. Проводится обезжиривание Уайт-спиритом или ацетоном.

3. Выдерживается необходимое время в щелочном растворе (оно рассчитывается по уравнению, исходя из структуры материала).
4. После этого диски или другие металлические изделия погружаются в электролит, где проводится анодная и катодная реакция наращивания оксидной пленки.
5. Если проводилось холодное обрабатывание изделия, то после извлечения его из емкости следует тщательно промыть от кислоты, просушить. После завершения этого процесса ему обеспечена долгая надежная защита от коррозии.
6. При тепловом процессе пленка будет пористая, мягкая, требующая дополнительного закрепления, проводимого путем окунания в чистую кипящую воду или посредством воздействия горячего пара. Потом ее нужно хорошо промыть.

Процесс анодирования

Технология анодирования различных видов металлов является несложной. Главное только иметь под рукой все необходимое для ее осуществления.

Она осуществляется в несколько этапов:

• Подготовка металлов к образованию оксидной пленки.

На данном этапе проводятся подготовительные работы для анодирования. Они заключаются в том, чтобы тщательным образом очистить и отмыть поверхность металла. Сначала удаляются все загрязнения и налеты. Затем при помощи воды или специальных растворов проводится промывка материала. После этой процедуры его необходимо высушить.

• Подготовка раствора

На данном этапе осуществляется подготовка раствора с кислой или любой другой средой и подключают к положительному плюсу источника тока.

• Покрытие поверхности металлов или их сплавов оксидной пленкой.

На данном этапе осуществляется погружения металла или изделии я из него в приготовленный раствор.

Разновидности электролитов

В домашних условиях применяют не только промышленные химические кислотные растворы, но и простые средства, которые можно найти на любой кухне:

1. Проводя анодирования титана, можно брать натрия хлорид, серную или ортофосфорную кислоты.
2. Для алюминия применяют щавелевую, хромовую или серную кислоты.
3. Вместо кислот для анодной и катодной обработки дисков или других предметов из стали можно использовать поваренную соль с пищевой содой. Сделать необходимый электролит можно, смешав 9 частей концентрированного содового раствора с одной частью солевого.

Время выдержки дисков, пластин, других металлических предметов в электролитной емкости под током рассчитывается по уравнению, исходя из физико-химических параметров.

Опасные моменты

При использовании кислот в качестве электролита необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Пренебрежение ими может привести к несчастным случаям:

1. При попадании на кожу из-за того, что используется разбавленный препарат, возможны небольшие ожоги. Но для глаз такая концентрация опасна, поэтому не следует пренебрегать защитными очками и перчатками.
2. Под воздействием тока выделяются кислородные и водородные пары, которые при смешивании образуют гремучий газ. Работая в плохо вентилируемом помещении, можно получить взрыв от любой искры, который может привести к смертельному исходу.

Соблюдая технику безопасности и этапы технологической обработки, можно получать прочные красивые вещи: хромировать автомобильные диски, создавать ювелирные украшения «под золото», добавлять прочности деталям бытовых механизмов в зависимости от применяемых технологий.