Промышленный и кустарный метод анодирования алюминия

Общая информация

Многим известно, что поверхность алюминия и его сплавов склона к пассивации, на ней образуется естественная оксидная пленка, которая очень тонкая и поэтому она не способна обеспечить должной коррозионной и механической защиты металла. Для повышения свойств коррозионной стойкости и механической прочности алюминия и его сплавов, поверхность металла подвергают анодному оксидированию, иначе говоря анодированию, в растворах кислот и щелочей, что повышает данные параметры в десятки, а при определенных условиях, и в сотни раз.
Помимо повышения коррозионной стойкости, анодное оксидирование также придает поверхности алюминия и его сплавам такие свойства как твердость, износостойкость, термостойкость, каталитическую активность, декоративный вид и др.

Как и все гальванические покрытия, анодирование алюминия подразделяется на несколько групп, которые имеют производственные сокращения, все они представлены ниже:

1. Твердое

– Ан. Окс. Тв. 2.
Электроизоляционное
– Ан. Окс. Из. 3.
Защитное
– Ан. Окс. 4.
Эматаль
– Ан. Окс. Этм. 5.
Цветное
– Аноцвет 6.
Защитно – декоративное
, наполненное красителем – Ан. Окс. (цвет красителя) 7.
Наполнение в хроматном растворе
– Ан. Окс. Нхр. 8.
Эматаль, наполненное красителем
– Ан. Окс. Эмт (цвет красителя)

Отличительной особенностью твердого анодно – оксидного покрытия, является то, что покрытия должны иметь толщину не менее 40 мкм. Такая толщина покрытия придает поверхности алюминия высокую твердость, износостойкость и антифрикционные свойства. Также не менее важно, что при большой нагрузке и деформации, покрытие хоть и растрескивается, но не отслаивается.

Электроизоляционными свойствами обладают все представленные группы анодно – оксидных покрытий алюминия и его сплавов. Но электроизоляционное анодирование обладает важной особенностью: покрытие получается беспористым, толщина пленки за-за этого небольшая, до 0,4 мкм. В связи с этим, наибольшее применение данное покрытие пользуется в радиоэлектронной промышленности.

Защитные и защитно – декоративные покрытия анодирования алюминия обладают рядом характерных свойств: покрытия являются прозрачными или полупрозрачными (снежно – белого цвета), достаточно пористыми, имеют хорошие защитные свойства, твердость сравнима с твердостью корунда, жаростойкость до 2000 о С и не отслаивается от металла, также легко окрашивается, хорошо сохраняя фактуру металла и чистоту цвета красителя.

Эматаль-покрытия – это защитно – декоративные непрозрачные анодно – оксидные покрытия, имеющие молочно-эмалевый вид. Такие покрытия отличаются высокой коррозионо-, износо-, термостойкостью, обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Они коррозионностойки в пищевых средах и таких средах, как ацетон, нефтяные масла, спирты, минеральные и растительные жиры. Эматаль-покрытие легко поддается окрашиванию, несмотря на то, что имеет пористость сравнительно меньшую, чем у других анодно-оксидных покрытий.

Анодирование в хроматном растворе используется в основном при анодном оксидировании алюминиевой проволоки, тонкой ленты и т.п. Получаемое покрытие обладает малой пористостью, хорошо сохраняет блеск полированной поверхности, практически не изменяет размеры детали, также обладает высокими защитными свойствами и эластичностью. Стоит обратить внимание, что покрытие получается бесцветным, имеющее небольшую толщину, до 5-6 мкм.

Использование анодного оксидирования в качестве покрытия металлов

Анодированием или анодным окислением (оксидированием) называется процесс образования оксидной плёнки в токопроводящей среде в результате воздействия электрического тока. Анодное оксидирование применяют на производстве с 2 целями:

• Во-первых, чтобы изделие не разрушалось под воздействием коррозии.
• Во-вторых, оксидирование можно использовать для придания самых разнообразной цветов металлу.

Как происходит процесс анодирования?

Процесс анодного окисления можно разделить по этапам:

1. Перед проведением анодирования деталь подготавливают: чистят, шлифуют, обезжиривают и полируют. Для обезжиривания подойдёт любой органический растворитель (спиртовой, бензиновый, ацетоновый).
2. После этого изделие подвергается обработке щёлочью. Для этого подойдёт разогретый до температуры 80 °С нарт или едкий калий.
3. Ещё один обязательный момент — протравливание (декапирование). Он включает в себя очищение от окислов, которые образовываются на поверхности. В противном случае покрытие будет некачественным. Это были предварительные этапы подготовки поверхности металла к анодированию.
4. Ключевой этап — сам процесс анодного окисления. Металл помещается в диэлектрическую ёмкость с электролитной средой. В качестве электролита обычно используют двадцатипроцентную серную кислоту. Происходит анодная обработка поверхности металла.

После анодного окисления металлические детали:

• отлично защищены от воздействия коррозии,
• приобретают однородную поверхность,
• не имеют ранее полученных полос и царапин,
• приобретают красивые цветовые оттенки.

Зачем анодируют титан и его сплавы?

Титан, как и его сплавы, имеют ряд недостатков:

• низкая износостойкость;
• задирание и наволакивание металла в соединениях с резьбой;
• низкая устойчивость при применении в растворах соляной, серной и фосфорной кислот.

Все эти качества приводят в плохой износостойкости металла. Чтобы устранить недостатки, применяют анодное оксидирование. Благодаря тонкому оксидному покрытию, у изделия:

• увеличивается химическая стойкость;
• повышаются износостойкие свойства;
• поверхность приобретает декоративный оттенок.

Хорошая адсорбция наблюдается у плёнок с увеличенным слоем оксидов.

Для анодного окисления титанов и его сплавов подойдут такие растворы, как:

• серная кислота;
• щавелевая кислота:
• фосфорная кислота;
• щелочной раствор фосфатов;
• щелочной раствор боратов.

Появляющаяся при анодировании плёнка прозрачна с точки зрения оптики. Титан и его сплавы приобретают цветовую окраску благодаря интерференции. Цвета могут быть самыми разнообразными: синий, голубой, жёлтый, коричневый, розовый, малиновый, зелёный.

Цвет, который приобретёт поверхность титана, зависит от 2 факторов:

• напряжение оксидного окисления;
• сплав для анодирования.

Почему необходимо анодировать алюминий и его сплавы?

Алюминий в естественных условиях взаимодействует с кислородом. В результате этого на поверхности алюминиевого изделия образуется плёнка. Она защищает деталь от окисления. Но плёнка настолько тонка, что любое механическое воздействие на изделие повредит её и коррозии не избежать. Для устойчивости алюминия и его сплавов к внешним агрессивным условиям применяется анодное окисление.

Анодирование создаёт для алюминия следующие преимущества:

• увеличение защитной толщины покрытия;
• поверхность становится матовой и однородной;
• устраняются полосы и царапины, которые были до этого на детали;
• поверхность изделия приобретает декоративную окраску.

Оттенки цвета, которые чаще всего придаются металлу: жемчужный, светло-золотой, тёмно-золотой, серебряный с матовым отблеском.

Таким образом, анодное оксидирование не только увеличивает износостойкость металлов, но и придает им эстетические свойства.

Источник: metizmash.ru

Анодирование алюминия.

Особенностью алюминиевых сплавов является наличие на поверхности окисной пленки Al2O3, которая образуется на воздухе ввиду того, что алюминий обладает значительным электроотрицательным потенциалом. Эта пленка сообщает металлу некоторую пассивность, но не предохраняет от коррозии ввиду малой толщины (5-20 мкм) и высокой пористости. Лучший способ защиты алюминия от коррозии – создание на поверхности искусственных оксидных пленок значительной толщины – это оксидирование алюминия, которое может осуществляться химическим способом или электрохимическим (анодирование).

При анодировании оксидная пленка образуется в результате анодного окисления и хорошо защищает металл от атмосферной коррозии, служит грунтом под лакокрасочные покрытия, хорошо окрашивается.

При анодировании можно получать окисные покрытия с заданными свойствами: электроизоляционные, токопроводные, пористые, пластичные, твердые и др. Свойства покрытия обусловлены видом сплава, составом электролита и режимом процесса.

Анодирование алюминия проводят в сернокислом, хромовокислом, щавелевом и сульфосалициловом электролитах.

При анодировании в сернокислом электролите пленки обладают высокой адсорбцией и коррозионной стойкостью. Это наиболее экономичный и доступный электролит анодирования, но процесс требует охлаждения и кислотоупорной футеровки ванн. В серной кислоте не рекомендуется проводить анодирования деталей с узкими зазорами, клепаными соединениями, от которых трудно отмыть кислоту.

Хромовокислый электролит рекомендуется для анодирования деталей сложной формы. Его достоинство – сохранение чистоты обработки поверхности и размеров деталей при анодировании, высокая эластичность пленок, коррозионная стойкость без дополнительной обработки. Недостатки анодирования в этом электролите: высокая стоимость реактивов, необходимость нагрева, сложность контроля.

Анодирование в щавелевокислом электролите проводят для получения электроизоляционных покрытий различной степени окраски в зависимости от толщины пленки: серебристый цвет при толщине 5мкм (t = 25 0 C), желтый – при толщине 15мкм (t = 40 0 C), коричневый – 100мкм (t = 50 0 C). Содержание щавелевой кислоты при анодировании: 40 – 60 г/л, температура 15 – 25 0 С, анодная плотность тока 2,5 – 5 А/дм 2 , время выдержки 90 – 120 минут, при этом напряжение на ванне достигает 120В.

Анодирование с окраской в различные цвета

Для нанесения покрытия Ан.Окс. на алюминиевые деформируемые сплавы анодирование проводят в электролите, содержащем 170 – 200 г/л серной кислоты при температуре 15 – 23 0 С, ДА = 0,5 – 2 А/дм 2 , напряжении на ванне 10 – 20 В. Продолжительность процесса анодирования зависит от дальнейшей обработки: с уплотнением хроматами — 30 – 50 минут, с последующим окрашиванием после анодирования органическими красителями – 60 – 80 минут.

Анодирование в домашних условиях

Самостоятельное анодирование практически всегда осуществляется по холодной методике. Такой же технологии придерживается и большинство компаний, предоставляющих подобные услуги. Холодной методика называется из-за того, что в процессе создания пленки нет нужды в высоких температурах: рабочий диапазон температур колеблется между -10 и +10 градусов по Цельсию.

Достоинства холодного анодирования:

1. Поверхностный слой получается достаточно толстым благодаря тому, что скорость роста и растворения оксидной пленки с ее наружной и внутренней стороны различаются.
2. Пленка выходит очень прочной.
3. Обработанный металл отличается высокой стойкостью к коррозии.

Единственный недостаток методики состоит в сложности дальнейшей окраски металла материалами, основанными на органике. Однако металл, вне зависимости от его характеристик, в любом случае получает окраску естественным образом. Цвет может различаться от оливкового, до черного или сероватого.

Для проведения работ понадобится следующее:

• ванны (алюминиевые емкости для анодирования, а также пара стеклянных или пластиковых – для изготовления растворов);
• алюминиевые соединительные провода;
• источник напряжения на 12 Вольт;
• реостат;
• амперметр.

Приготовление раствора

Как уже говорилось выше, основной электролит для анодирования – серная кислота. Однако вне пределов производственного помещения использование такого электролита опасно. Поэтому в домашних условиях обычно используют соду.

Приготовление раствора:

1. Приготавливаем 2 раствора – содовый и соляной. Компоненты засыпаем в емкости с дистиллированной теплой водой в пропорции 1 к 9.
2. Хорошо перемешиваем раствор и даем ему настояться.
3. Сливаем раствор в другую емкость таким образом, чтобы туда не попал содовый осадок. От чистоты раствора в значительной степени зависит результат анодирования.

Анодирование

Прежде всего, нужно подготовить деталь. Задача подготовительного процесса — очистить, отшлифовать и обезжирить поверхность перед анодированием. Если на изделии не убрать видимые дефекты, полученная пленка не сможет их скрыть, так как ее толщина не превышает 1/20 миллиметра. Прямо перед анодированием смешиваем оба раствора в одной посуде.

Емкость для анодирования должна быть достаточно объемной, чтобы в нее можно было полностью погрузить деталь. Кроме того, деталь должна быть зафиксирована так, чтобы не касаться дна посуды. Для этого можно использовать стойку или любой другой вариант – на личное усмотрение. Также нужно вдумчиво подойти к вопросу крепления детали, так как после анодирования в местах фиксации останутся следы.

Ток подается, по крайней мере, 30 минут. На необходимость завершать анодирование указывает изменение цвета детали. Когда деталь готова, напряжение отключаем, а металл извлекаем из ванночки.

После изъятия тщательно промываем заготовку. Чтобы результат был качественным, на 15 минут кладем металла в марганцевый раствор. Затем вновь промываем деталь сначала в теплой, а затем в холодной воде. Далее высушиваем металл. Если технология не нарушена, изделие приобретет светло-серую тональность. На качественно проделанную работу указывают равномерный цвет поверхности, отсутствие потеков и пятен.

Завершающая стадия анодирования – закрепление пленки. Необходимо закрыть микроскопические поры, имеющиеся в пленочном покрытии. Для этого кладем металл в емкость с дистиллированной водой и кипятим в течение получаса.

По желанию можно также покрасить или отлакировать металлическую поверхность. Лакокрасочный слой наносится методом погружения.

Итак, анодирование алюминия может осуществляться разными способами. Однако лишь холодная обработка металла содовым и соляным растворами доступны в домашних условиях. Также стоит заметить, что при соблюдении технологических требований вне зависимости от вида раствора отсутствует существенная разница в качестве полученных поверхностей.

В чем различия между покрытиями Ан.Окс.хр и Ан.Окс.нхр?

За последние несколько лет мы часто встречались с вопросами от клиентов и темами на форумах «В чем разница между Ан.окс.хр и Ан.окс.нхр?»

Пользователи на форумах отвечали на этот вопрос самыми разнообразными теориями и ложными суждениями.

Вот некоторые из них (цитируем):

1) Обозначение анодного оксидирования с наполнением в хроматах Ан.окс. хр является устаревшим. В настоящее время согласно ГОСТ 9.306-85 покрытие должно обозначаться шифром Ан.окс.нхр.

2) Разница — в результатах: есть полное закрытие поры или нет

3) Ан.окс.хром.- это обычное анодирование дюралюминов типа Д16 в серной кислоте с последующим наполнением окисной пленки в растворе хромпика. Используется как декоративное и антикоррозионное покрытие.

Ан.окс.нхр — это твердое анодирование дюралюминов типа Д16 Для образования толстой твердой окисной пленки используется специальная низкотемпературная ванна. Применяется для увеличения износостойкости дюралюминевых деталей в авиации (гильзы цилиндров, шкивы клиноременные и пр.)»

4) В первом случае цель — получение СПЛОШНОЙ защитной плЁнки на поверхности. А «нхр» — насыщение поверхностного слоя с целью УВЕЛИЧЕНИЯ ТВЁРДОСТИ!

Мы от этих теорий немного подустали и решили окончательно ответить на данный вопрос!

Любые способы

Провести процесс оксидированной обработки стали в бытовых условиях можно двумя вариантами. Любой из них имеет собственные преимущества и недостатки.

Тёплый способ

Намного более не тяжелый процесс с целью проведения собственными руками. Удачно течет при температуре 20 градусов, во время использования органической краски, дает прекрасную возможность создавать необычайно прекрасные вещи. Для данной цели можно применять как готовые краски, так и аптечные красители (зеленку, йод, марганец).

Твёрдое анодирование по этой технологии получить не удастся, оксидная пенка получается хрупкая, даёт слабую защиту от ржавчины, легко повреждается. Однако, если сделать окрашивание поверхности после такой методики, то сцепление (адгезия) покрытия с основой будет слишком высокой, нитроэмали или остальные краски будут держаться прочно, не облезут, обеспечивают большую степень защиты от ржавчины.

Холодный способ

Данная методика при выполнении в бытовых условиях требует внимательного контроля за температурой, позволяя ее колебания от –10 до +10°C (комфортная температура с целью проведения электрохимической реакции согласно уравнению – 0°C). Именно при подобном режиме температур анодная и катодная поверхностная обработка течет очень полно, потихоньку создавая прочную защитную оксидную пленку. Это дает возможность домашнему мастеру собственными руками провести твёрдое анодирование, обеспечив стали самую большую защиту от ржавчины.

По данной методике можно создать гальваническое напыление, нанёсши на изделие медь, хром или золото, рассчитав силу тока по особым уравнениям. После подобной отделки повредить деталь или диски из стали очень тяжело. Защита от ржавчины эффектно действует на протяжении долгого времени даже при контакте с морской водой, может применяться для увеличения служебного срока подводного снаряжения.

Небольшим минусом служит то, что краска на данной поверхности не удерживается. Чтобы придать металлу цвета применяется метод напыления (медь, золото) или электрохимическое изменение цвета под влиянием электротока (сила тока и плотность электролита высчитываются по специализированному уравнению).

Сравнение свойств Ан.Окс.хр и Ан.Окс.нхр:

Самое главное — свойства этих видов анодирования. Оформим их для удобства в виде таблички:

Историческая справка

Первым и наиболее важным из них была разработка процесса анодирования, в результате которого алюминиевая поверхность превратилась в чрезвычайно прочный, долговечный и коррозионно-стойкий материал.

Алюминиевые сплавы высоко ценятся как материалы, не требующие особого ухода, которые, благодаря контролю высоких температур и универсальности, могут использоваться в самых разных областях, от кухонного сегмента до самолетов и космических кораблей.

Это не очень твердые материалы. Однако в отличие от чистого алюминия, они не пассивируются, поэтому более подвержены коррозии и ржавчине. Чтобы максимально использовать преимущества алюминия и повысить его долговечность, твердость, коррозионную стойкость, эти и другие отрасли промышленности прибегают к процедуре анодирования алюминия.

Назначение покрытий Ан.окс.хр и Ан.окс.нхр:

Исходя из свойств электролита, можно сделать вывод, что

• Анодно оксидирование в хроматном электролите (Ан.окс.хр) рекомендуется для деталей, имеющих клепаные и сварные соединения и деталей сложной конфигурации. Покрытия, получанные в этом растворе, имеют повышенную эластичность и плотность, однако их износостойкость и твердость ниже, чем оксидов, полученных в серной кислоте. При толщине 5 мкм пробивное напряжение составляет 200В. Вследствие малой пористости покрытия, полученные обработкой в хроматном растворе, не окрашивают органическими красителями. Рекомендуется для изделий с требованием к блеску поверхности.

• Для всех прочих деталей рекомендуется Анодирование с наполнением в хроматах (Ан.окс.нхр).

Применяемые устройства и оборудование

В промышленных масштабах для анодирования стали применяют раствор серной кислоты, который обеспечивает высокую скорость процесса и наибольшую глубину проникновения. Современные установки представляют собой полностью автоматические линии с минимальным количеством персонала, роль которого сводится к контролю над рабочим процессом.
Все оборудование можно разделить на три вида:

1. Основное. К нему относят ванну и катод. Емкость должна быть изготовлена из инертного материала, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами – в этом случае электролит не будет слишком быстро нагреваться и прослужит намного дольше. Материал катода зависит от типа обрабатываемого металла. Например, для анодирования алюминия используют свинцовый лист, размер которого должен быть вдвое больше габаритов заготовки.
2. Обслуживающее. Сюда относят узлы, которые отвечают за обеспечение работоспособности установки: приводные механизмы и устройства для передачи тока.
3. Вспомогательное. Речь идет об оборудовании, на котором осуществляются работы по подготовке заготовок к анодированию. Сюда же относят механизмы для перемещения деталей и их складирования.

В процессе выбора подходящей установки необходимо принимать во внимание следующие особенности:

1. Наиболее трудоемкими операциями являются погружение и выгрузка заготовки. Обращайте внимание на надежность и энергопотребление данных узлов.
2. Производительность зависит от мощности энергетической установки. Как показывает практика, оптимальная мощность выпрямителя – 2,5 кВт. Наличие бесступенчатой регулировки уровня напряжения будет дополнительным преимуществом, облегчающим процесс анодирования стали.

Бесступенчатая регулировка будет после формирования защитного слоя средней толщины, когда для сохранения уровня тока будет необходимо плавно увеличивать напряжение.

1. По кольцам емкости должны быть уставлены контактные площадки из гибкого материала. Лучше всего с этой задачей справятся элементы из меди.

Типичные ошибки при анодировании

Если не соблюдать все правила анодирования, то полученное покрытие не будет прочным к воздействию извне и держать краску. Кроме этого, необходимо соблюдать технику безопасности. Обязательно наличие защитной одежды, перчаток и очков.

Температура электролита

От температуры электролита зависит то, какой получится окраска детали. Если температура будет слишком низкой, то сопротивление электролита будет слишком высоким и для поддержания плотности тока трудно будет установить необходимое напряжение. Но устанавливать напряжение порядка 100 Вольт небезопасно в домашних условиях, поэтому лучше всего будет поддерживать правильную температуру – около -10°С. Если температура будет слишком высокой, то покрытие будет слабо держаться, и окрашивание будет мутного оттенка.

Анодная плотность

Процесс образования анодного покрытия идет довольно медленно. Если плотность будет слишком низкая, то слой будет хоть и относительно прочным, но мутно-белого цвета.

Оптимальной плотностью является 2-2,2 А на квадратный дециметр. Это обеспечит страховку в случае возможных ошибок. Не стоит увеличивать ток, так как на образце могут возникнуть дефекты. Увеличивать плотность тока можно только в случае, если электролит хорошо перемешивается и существует хороший отвод тепла от детали.

Катодная плотность

Катодную плотность тоже необходимо поддерживать в необходимых пределах, иначе деталь может повредиться, особенно если она больших размеров. Если размер катода будет слишком мал, то силовые линии тока будут распределяться неравномерно, и именно поэтому на детали могут появляться различные дефекты и пробоины. Поэтому используются катоды по размеру в два раза больше, чем поверхностная площадь образца.

Контакт детали с подвеской

Для достижения нужной силы тока деталь должна хорошо контактировать с подвеской. Иногда рекомендуется обматывать образец проволокой, но это ненадежно. Хороший зажим должен состоять из алюминиевой резьбовой контактной шпильки, это позволит тщательно прижать электрод к детали.