Способы анодирования алюминия в промышленности и быту

Характеристики анодирования

Анодирование представляет собой процедуру образования на поверхности различных металлов оксидной пленки путем анодного окисления. Наращивание оксидной пленки осуществляется в проводящей среде. На поверхности металла такая пленка держится достаточно хорошо.

Наращивание оксидной пленки может осуществлять и благодаря методу повышения температурного режима. Однако при этом она получается низкой по прочности и не держится длительное время. Благодаря электрохимическому способу образования оксидной пленки она получается оптимальной толщины и отлично держится на поверхности материала.

Анодированию можно подвергать разные виды металлов. Основным требованием является то, что они должны иметь возможность образовывать только один оксид. Он должен обладать максимальным уровнем устойчивости. Если металл обладает способностью образовывать сразу несколько оксидов, это может привести к тому, что пленка просто начнет трескаться и не появится защитного эффекта. Именно по этой причине только на редких промышленных объектах встречаются случаи анодирования железа или меди.

Кроме того оксидная пленка на поверхности металлов должна обладать пористой структурой. Это необходимо для того, чтобы электролиты лучше в нее проникали. В результате получается, что лишь небольшая часть всех имеющихся на земле металлов способны удовлетворять данным параметрам. К ним относятся алюминий, тантал, титан. В промышленной и бытовой сфере чаще всего встречается обработка при помощи анодирования алюминиевого материала.

Общие сведения о технологии анодирования

Технология анодирования алюминия схожа с гальванической обработкой. Оседание ионов оксидов раствора на заготовке происходит в жидком электролите при высоких или низких температурах. Использование нагретого раствора возможно в промышленных установках, где есть возможность тщательного контроля и регулирования напряжения и силы тока в автоматическом режиме.

В домашних условиях обычно пользуются холодным методом. Данный способ достаточно прост, не требует постоянного контроля, а оборудование и расходные материалы — доступны. Для приготовления раствора можно использовать электролит, применяемый в свинцовых автомобильных аккумуляторах. Он продается в каждом автомагазине.

Высокая прочность защитной оксидной пленки зависит от ее толщины, которая в домашних условиях получается при обработке в холодном растворе. Наращивание производится ступенчатым регулированием рабочего тока.

Оксидирование алюминия в черный цвет относится к цветному анодированию. Черный цвет получают в два этапа. Вначале наносится бесцветная пленка электролитическим способом, а затем заготовку помещают солевой раствор кислот. В зависимости от кислоты цвет может быть от бледной латуни до насыщенного черного. Черный алюминий широко используется в строительстве и отделке.

Алюминий и его сплавы.

Алюминий — один из основных видов конструкционных материалов, широко применяемый в электротехнике, приборо-, машино- и авиастроении. Алюминий легок и коррозионно-устойчив в атмосфере за счет присутствующей на его поверхности тончайшей пассивной пленки в несколько нанометров. Алюмииний хорошо проводит электричество и тепло. Цена алюминия ниже, чем других цветных металлов, а природные запасы огромны. Однако алюминий имеет и ряд недостатков. Он паяется хуже, чем олово, не обладает износостойкостью, его практически невозможно заполировать до зеркального блеска. В солевой среде, щелочах, соляной кислоте и ряде других реагентов алюминий активно корродирует. При контакте с медными деталями или нержавеющей сталью алюминий образует коррозионно-активную гальванопару. Поэтому поверхность алюминия часто требуется модифицировать гальваническими или химическими покрытиями.

Среди покрытий на алюминии можно выделить две группы: оксидные и металлические. Химическое и анодное оксидирование алюминия не представляет больших трудностей при отработанной технологии производства. В то же время нанесение металлических покрытий требует серьезной подготовки поверхности и обязательного нанесения одного-двух технологических подслоев. Это связано (как и в случае с нержавеющей сталью или титаном) со способностью алюминия почти мгновенно пассивироваться. Пассивная пленка легко восстанавливается на влажной детали после травления и препятствует дальнейшему сцеплению покрытия и основы. Более того, при плохой подготовке алюминия после металлизации могут образовываться скрытые дефекты и покрытие может «вспузыриться» при хранении даже через несколько месяцев или при пайке. По этой причине все металлические покрытия на алюминии должны в 100% случаев проверяться на адгезию как минимум двумя методами по ГОСТ.

Разделение алюминиевых сплавов на деформируемые и литейные обусловлено особенностями формовки из них полуфабрикатов и готовых изделий.

Деформируемые сплавы алюминия предназначены в первую очередь для последующей токарной, фрезерной обработки, экструзии и т.п. Они отличаются по составу от литейных отсутствием или незначительным содержанием в них кремния. При травлении деформируемых сплавов на их поверхности образуется шлам из легирующих добавок и интерметаллидов, который во время последующей обязательной операции осветления легко удаляется обычной азотной кислотой и не препятствует покрытию. В процессе анодирования такой шлам растворяется в электролите и также не скапливается на поверхности. Присутствие кремния в алюминиевом сплаве (а как следствие — в травильном шламе) сделало бы процессы оксидирования и металлизации алюминия гораздо более сложными. Таким образом, покрытие деформируемых сплавов алюминия проще, чем литейных.

Литейные сплавы алюминия- одни из основных конструкционных материалов, широко применяемых в электротехнике, приборо- и авиастроении. Литейные сплавы алюминия отличаются высоким содержанием кремния, что сопряжено с высокой сложностью подготовки их поверхности перед покрытиями. Любое покрытие литейного алюминия — сложный процесс, ввиду присутствия на его поверхности оксидной пленки и образовании на поверхности порошка кремния при травлении. Все это препятствует прочному сцеплению покрытия с основой. Данная проблема решается применением специальных операций предварительной подготовки.

Хромирование авто

Прежде, чем продолжить, нужно уяснить, в автотюнинге термин «хромирование» упоминается как окрашивание краской. Блестящей краской на основе серебра, выглядит она как хром, но ничего общего с настоящим металлическим хромом не имеет.

Дело в том, что настоящий хром обладает огромным количеством полезных свойств, не присущих краске. А для людей, занимающихся реставрацией авто важную роль играет цена покрытия. Нанести краску более чем в 10 раз дешевле, чем металлический хром. Вот её и наносят. Ни о какой износо- и термостойкости здесь речи быть не может.

Если вам тюнинговое ателье предлагает вам хромирование отражателей или дисков, уточните, как они наносят покрытие. Скорей всего, это будет распыление из баллончика или шланга. Выглядит правда круто, но имейте в виду, это просто краска. Любой другой метод (вакуумное, гальваническое, диффузионное) – это уже другое дело, здесь пахнет качеством! 

Вот статьи про реставрацию авто хромом:

Материалы для анодирования

Сегодня для анодирования используются различные металлические материалы.В настоящее время выделяются такие виды анодирования в зависимости от используемых материалов, как:

Анодирование алюминия

Данный процесс сегодня встречается чаще всего. Он заключается в покрытии оксидной пленкой алюминиевого материала. Алюминий в процессе опускается в кислую среду, и к нему проводится положительный плюс источника тока. В результате на материале появляется тонкая оксидная пленка.

Анодирование титана

Всем известно, что титан относится к категории металлов, которые нашли широкое применение в промышленности, но они обладают низким уровнем износостойкости. Для придания ему прочности и устойчивости к разным условиям окружающей среды применяется процедура анодирования. При этом вся анодная обработка металла осуществляется в кислой среде при температуре от 40 до 50 градусов Цельсия.

Анодирование стали

Анодирование стали является сложным процессом. Для этого используется либо щелочная среда, либо кислая. В результате образуется оксидная пленка, которая придает высокий уровень прочности.

Анодирование меди

Медь является достаточно гибким видом металла. Для придания ей прочности используются различные методы. Одним из них является анодирование. Благодаря помещению медного материала в кислую среду, на поверхности образуется плотная пленка оксида, которая придает материалу большое количество полезных характеристик.

Таблица. Таблица совместимости металлов и сплавов

Полезное про анодирование стали

Есть много современных способов обеспечить сохранность металлических конструкций. К наиболее популярным методам относится анодирование стали. Этот процесс так же называют электрохимическим или анодным оксидированием. Его наиболее часто применяют при обработке деталей из алюминия или титана. Плохо нанесению оксидной пленки поддается медь.

Обработанные детали становятся гладкими на ощупь и приобретают светлый оттенок серого цвета. После просушки адгезионные свойства металла улучшаются, и изделие без труда можно покрыть бесцветным лаком или краской нужного цвета.

предоставит полный спектр услуг по анодированию алюминия. Большой опыт специалистов, а главное и наличие технической базы проводить анодирование крупных изделий — весом до 1 тонны и максимальными размерами: 2800х700х1300мм.

Стоит отметить, что анодирование по своей технологии отличается от процессов гальванического цинкования или хромирования. В данном случае защитная пленка не наносится на поверхность метиза, а формируется из самого металла. Поэтому анодное покрытие по истечению длительного срока эксплуатации не отслаивается и не стирается, в связи с чем изоляционные и декоративные свойства не ухудшаются. Существует два различных по структуре и предназначению вида оксидных пленок – это барьерная и пористая. Первая образуется в нейтральных растворах и может служить в качестве самостоятельного защитного покрытия. Вторую получают в кислых электролитах. Она является хорошей основой под лакокрасочные материалы.

Процесс анодирования стали, помимо обеспечения надежной и стойкой защиты изделий, отличается относительно простой технологией исполнения. Электролитический раствор для небольших деталей можно приготовить даже в домашних условиях, используя питьевую соду и поваренную соль. В качестве источника тока отлично подойдет автомобильный аккумулятор. По времени оксидирование занимает от пятнадцати минут до полутора часов. Но работу с конструкциями больших размеров лучше доверить профессионалам своего дела, компаниям, занимающимся гальваническими покрытиями.

рада предложить своим клиентам услуги по анодированию металлов, а так же другие защитные виды обработки. Все гальванические операции происходят с применением современного оборудования и специализированных препаратов. Вы гарантированно получите отличный результат.

В промышленных масштабах анодирование производится с применением 20% раствора серной кислоты, обеспечивающей высшую степень окисления среды. Этот процесс требует строгого соблюдения мер безопасности и технологического процесса. Перед окунанием в раствор, металл нужно очистить от загрязнений и обезжирить специальным средством на основе щелочи. Плотность тока, необходимого для протекания реакции, должна составлять от 10 до 50 мА/см², а подведенное напряжение – примерно 50-100 В. В зависимости от технологического процесса и времени воздействия раствора на изделие, можно получить пленку толщиной от 1 до 200 мкм. После покрытия металлических конструкций защитным слоем, их необходимо осветлить, отполировать и придать презентабельный вид.

Металлические изделия, прошедшие процесс анодного оксидирования могут без нареканий прослужить долгие годы. Защитные свойства нанесенной оксидной пленки позволяют изделиям стойко переносить самые агрессивные внешние воздействия среды. Именно поэтому анодирование получило широкую популярность в автомобилестроении и военной промышленности, в производстве авиалайнеров и многих отраслях строительства.

Заказав услуги по нанесению различных гальванических покрытий в , Вы обеспечите долгую и надежную службу металлических изделий.

Теплостойкость

Теплостойкость анодных покрытий характеризуется температурой плавления оксида алюминия, которая составляет 2050С, что значительно превосходит температуру плавления чистого алюминия или его сплавов. При повышении температуры оксидные пленки не отслаиваются, но при повышении температуры до 100С возможно растрескивание покрытия, что связано с тем, что коэффициент теплового расширения оксидной пленки около 20% от коэффициента расширения основного металла. Растрескивание оксидной пленки оказывает негативное влияние на коррозионно-защитные свойства покрытий и в некоторой степени ухудшает декоративные качества. Растрескивание покрытий, полученных при использовании хромового электролита значительно ниже, чем покрытий, полученных в серной кислоте. При повышении температуры до 400С начинается процесс дегидратации уплотненных покрытий.

Такие характеристики как тепловое излучение и отражательная способность также находятся в прямой зависимости от характеристик оксидного слоя. Способность излучать тепло для чистого алюминия незначительная, возрастает по мере увеличения толщины оксидного слоя, и при 400С алюминий с толстым оксидным слоем способен излучать тепло с интенсивностью более 70% от излучения абсолютно черного тела, а при рабочей температуре водных и паровых реакторов данная характеристика приближается к 100%. Для увеличения способности алюминиевого изделия отражать тепло толщина оксидной пленки должна быть минимальной и в тоже время в достаточной степени обеспечивать защиту поверхности детали от потускнения. При толщине 0,85 мкм оксидная пленка практически не задерживает ИК излучение и полированная поверхность основного металла отражает до 95% излучения. Очевидно, что отражательная способность в значительной степени зависит от чистоты поверхности материала до анодирования – полированная поверхность с высоким классом чистоты будет отражать тепло эффективнее.

Толщина анодно-оксидных покрытий

Все анодно-окисные пленки на алюминии имеют тонкий и твердый барьерный слой, примыкающий к основному металлу. Адгезионные свойства пленки не рассматриваются, т. к. окисные пленки на алюминии образуются из основного металла. При использовании нерастворяющих электролитов, содержащих борную кислоту, виннокислый аммоний, борат аммония (так называемых электролитов барьерного типа) образуется только этот барьерный слой, который имеет толщину в нанометрах, которая ориентировочно равна напряжению при анодировании с коэффициентом 1,4. Если используются электролиты, растворяющие алюминий, то толщина пленки значительно больше и может достигать 0,38 мм. При использовании обычного режима оксидирования в серной кислоте толщина покрытий максимально 25 мкм, обычный режим и хромовый электролит позволяют получать пленки до 5 мкм.

Анодирование в сернокислом электролите

Анодирование в серной кислоте позволяет получить полупрозрачные, бесцветные покрытия толщиной около 35 мк. Если процессу анодирования предшествует процесс глянцевания поверхности деталей, покрытия получают высокие декоративные качества (блестящее анодирование). В серной кислоте получают также пластичные анодные пленки, которые не разрушаются при формовке изделий.

Концентрация серной кислоты и температура электролита

Концентрация серной кислоты для анодирования в промышленных условиях принимается в диапазоне 8-35% (по массе). В концентрированном растворе анодная пленка получается мягкой и пористой, эластичность пленки высокая. Классической является концентрация 15% (по массе). Температуру в процессе анодирования задают в пределах от 18С до 25С. В большинстве случаев принимается температура в 20С. С применением серной кислоты получают также твердые анодные пленки, в этом случае процесс анодирования проводится при низких значениях температур (от -5 до +5 С).

Контроль температуры в процессе анодирования является обязательным, от температуры зависит плотность тока и скорость растворения пленки, что в свою очередь оказывает прямое влияние на качество и характеристики покрытия. Для того, чтобы избежать локального перегрева раствора электролита используют специальные перемешивающие устройства.

Напряжение и плотность тока

При анодировании в серной кислоте используется стандартный выпрямитель с выходным напряжением до 24 вольта. При стандартном режиме сила тока составляет 16 вольт при плотности тока 1,5 а/дм2. Для получения коррозионностойких пленок большой толщины напряжение силу тока поднимают до 18 вольт, а при обработке сплавов алюминия с кремнием до 22 вольт. В отдельных случаях, например, при анодировании рулонного материала или проволоки используется переменный ток. Использование пониженной плотности тока позволяет получать тонкие, прозрачные окисные пленки, превосходящие по прозрачности пленки аналогичной толщины, полученные при стандартных значениях плотности тока.

Длительность процесса

Продолжительность процесса анодирования зависит от требуемых значений толщины пленки, а также используемой плотности тока. Для чистого алюминия это соотношение можно предложить в виде:

Толщина пленки, мк. = (Плотность тока, а/дм2 Х Время, мин.)/3

Соотношение является приблизительным, т. к. на продолжительность процесса может зависеть от типа сплава и режима обработки.

Рабочий процесс

Технологический процесс анодирования отличается от процессов нанесения гальванических покрытий прежде всего тем, что рассеивающая способность электролитов анодирования значительно выше, чем у электролитов, использующихся при процессах хромирования, меднения, цинкования или никелирования металла. Эффективная рассеивающая способность при активном перемешивании позволяет получать равномерные по толщине пленки на всей поверхности изделий, включая внутренние поверхности отверстий и пазов.

В остальном технологический процесс анодирования аналогичен процессам электрохимического нанесения покрытий – изделия погружают в предварительно нагретый электролит на подвесах или зажимах, детали не соприкасаются друг с другом, расстояние до катода должно быть не менее 15 см. (для габаритных изделий значения выше). Затем включается перемешивание раствора и подается ток. В обычных условиях площадь катода должна быть равна площади анода, сечение катода должно быть достаточным для обеспечения требуемой плотности тока.

По окончании процесса прекращают подачу тока и незамедлительно извлекают изделия из гальванической ванны. Изделия промывают в проточной воде и сушат.

Другие растворы анодирования

В некоторых случаях используются электролиты, в которых оксидная пленка алюминия не растворяется – так называемые электролиты барьерного типа. С использованием растворов анодирования содержащих борную кислоту, виннокислый аммоний, борат аммония получают покрытия на деталях, использующихся в электроприборах (электролитических конденсаторах). Например, при обработке в растворе с боратом аммония получают пленки, имеющие пробивное напряжение 550 вольт. Также, данные виды электролитов используются при анодировании алюминия, осажденного в вакууме.

Алюминиевые детали, обработка которых подразумевает нанесение гальванического покрытия после анодирования обрабатывают в растворе, содержащем 25-30% фосфорной кислоты. Получаемые пленки имеют толщину до 6 мк., что связано с высокой растворимостью алюминия в фосфорной кислоте. Процесс проводят при цеховой температуре, плотности тока 10-20 а/мм2 и напряжении 30-60 вольт в течение 10-15 минут.

Твердые пленки золотистого, коричневого или черного цветов получают при использовании раствора, содержащего 40-100 г/л сульфосалициловой кислоты и 30-60 г/л серной кислоты при температуре 30С, плотности тока 2,5-3,5 а/дм2 и напряжении до 80 вольт.

Дефекты анодирования

Дефекты бесцветного анодирования алюминиевых профилей подразделяются на четыре основных типа: – Тип 1 – Полосчатость, связанная с технологией прессования и качеством слитков – Тип 2 –Полосчатость, связанная с механической подготовкой поверхности алюминиевых профилей перед анодированием, например, шлифовкой или полировкой. – Тип 3 – Коррозионные дефекты – дефекты анодирования алюминиевых профилей от воздействия различных видов коррозии: трения, общей, щелочной, кислотной, гальванической, хлоридной. – Тип 4 – Неоднородность внешнего вида анодированных алюминиевых профилей, отличная от «полосчатости» и «коррозионных дефектов».

Каждый дефект имеет одного или двух «виновников» их возникновения – литейщика, прессовщика или анодировщика

Для каждого дефекта важно знать, на каком из производственных этапов он зарождается и на каком однозначно проявляется

Причины возникновения и способы устранения дефектов при анодировании алюминиевых сплавов

Типовой технологический процесс анодирования проводят на автоматиче­ских линиях с программным управлением. Детали и изделия загружаются на подвески и перемешиваются с помощью операторов или манипуляторов. Для получения толстых оксидных пленок поддерживают низкую температуру элек­тролита и применяют внутреннее охлаждение деталей. Для получения оксидных пленок толщиной 40-60 мкм достаточно интенсивного перемещения, охлажде­ния или циркуляции электролита.

Сложнопрофилированные детали анодируют с дополнительными катода­ми, которые располагают так, чтобы не допускать воздушных мешков при за­грузке и накоплении газов при анодировании. Мелкие детали (заклепки, винты, гайки, болты, фурнитура) при анодировании насыпают в специальные алюми­ниевые стаканы (корзины). В корзину с мелкими деталями для улучшения кон­такта загружают алюминиевую стружку, а для улучшения качества оксидных пленок корзины охлаждают.

Процесс анодирования сопровождается увеличением напряжения тока по мере повышения толщины оксидной пленки. Падение напряжения свидетельствует о плохом контакте детали при подводе тока или «пробое» анодной оксидной плен­ки. С бракованных деталей снимают оксид в растворе (температура раствора 90 °С), содержащем 35 мл/дм 3 H ₃ SO ₄ плотность 1,7 г/см З ) и 20 г/дм 3 СО₃, после чего подвергают их повторному анодированию. В табл. 20 приведены причины возник­новения и способы устранения дефектов при анодировании алюминиевых сплавов.

20. Причины возникновения и способы устранения дефектов при анодировании алюминиевых сплавов

Пятна,затеки на поверхности деталей

Плохое обезжиривание, большое содержание алюминия в электролите

Провести качественное обезжиривание,удалить Al из электролита

Отсутствие пленки на отдельных участках

Плохая подготовка деталей

Загрязнение аксидируемой поверхности маслом, лаком или краской

Соблюдать технологические условия нанесения лака, краски

Растрескивание оксидной пленки

Плохое перемешивание электролита

Применить интенсивное перемешивание и охлаждение электролита

Прожог металла, искрение, темные пятна

Короткое замыкание анодом и катодом

Локальное повышение тока — «пробой»

Применить движение электролита, снять искрение

Местное растравливание, отсутствие пленки на сложном профиле

Недостаточная промывка деталей после анодирования. Наличие газовых пузырей

Увеличить время промывки в проточной воде. Устранить газовые пузыри

Источник