Технология анодирования алюминия и преимущества процедуры

Процесс анодирования

Перед конкретно анодированием алюминий должен проследовать по следующему технологическому процессу:

1. Очистка .

   Анодируемую деталь необходимо сначала очистить, чтобы удалить все включения масел, полирующих составов и других примесей. Это делается путем погружения в водный раствор, который содержит мягкие кислоты или щелочи вместе с различными моющими средствами.

2. Предварительная обработка .

   Этот этап в основном для эстетических целей, он улучшает внешний вид поверхности перед этапом анодирования. Самая распространенная предварительная обработка это травление, при котором поверхность приобретает атласный или яркий оттенок, что дает яркий блестящий оттенок.

3. Анодирование .

   Анодирование алюминия – это электрохимический процесс. Проще говоря, он включает извлечение алюминиевого сплава и погружение его в большой резервуар, заполненный раствором электролита. Чаще всего это раствор на основе серной кислоты и дистиллированной воды. Хотя точный тип используемой кислоты зависит от области применения. Электрический ток проходит через алюминиевую часть, в этом случае алюминий действует как анод. Катод производят из алюминия или свинца и также помещают в гальваническую ванну. Вода расщепляется, высвобождая кислород на поверхности алюминия, а затем объединяется, образуя покрытие, тонкий прозрачный слой оксида алюминия. Толщина этого покрытия определяется уровнем электрического тока, а также количеством времени, в течение которого он подается.

Почему алюминий не ржавеет?

Следующие факторы замедляют и даже полностью приостанавливают процесс порчи металла:

1. Для сохранения антикоррозионных свойств алюминия значение имеет кислотно-щелочной баланс (pH) в диапазоне от 6 до 8 единиц.

2. Металл без примесей лучше справляется с агрессивной средой. Согласно экспериментам, сплав, состоящий на 90% из чистого алюминия, в 80 раз быстрее подвергается коррозии, чем сплав, который состоит на 99% чистого металла.

3. Дополнительный защитный слой помимо естественного сохраняет структуру металла даже в агрессивных средах. Для этого используют анодирование защитного слоя, покрытие специальными красками и полимерными составами.

4. Предотвратить появление ржавчины помогает добавление марганца на 3% в процессе производства алюминия.

Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия — 660 °C.

Плотность алюминия — 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!

Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.

Способы анодирования алюминия

Наиболее распространенным методом анодирования выступает метод химического оксидирования, когда посредством специального электролита на поверхность алюминия осаживают пленку. Применяют при этом растворы на базе кислот:

• хромовой;
• сульфосалициловой;
• серной;
• щавелевой.

Кроме химического, анодирование бывает интегральным, микродуговым, интерферентным, также используют цветное оксидирование. При добавлении красителя можно получить любой цвет пленки, например черный.

Теплое анодирование

Применяют этот способ анодирования алюминия тогда, когда после необходимо красить изделие. Пленка имеет пористую структуру, что является положительным моментом для адгезии покрытия с эпоксидным красителем. Серьезным минусом можно считать недостаточную прочность механического и коррозионного характера. Активные металлы и морская вода способны легко разрушить покрытие. Такой способ анодирования можно использовать дома.

Нет четко установленной температуры, при которой создают условия образования кристаллического оксида по теплому методу анодирования алюминия. Известно, что он должен протекать в помещении, где поддерживается комфортная для организма температура либо она повышена, но не более чем до 50 °C. Процесс протекает в растворе электролита под воздействием напряжения.

Холодная технология

Холодное анодирование предполагает тот же процесс создания кристаллического оксида, как и при теплой технологии, но температура раствора при этом не должна превышать 5 °C. Особенностью метода является ускоренный рост анодного покрытия со стороны алюминия относительно его же растворения со стороны электролита.

Что происходит при анодировании холодным способом:

1. Емкость наполняют электролитом.
2. В электролит опускают деталь, подвешивая ее, и соединяют с анодом.
3. Катодную пластину также опускают в раствор и подают постоянное напряжение 12 В с плотностью тока 4–1,6 А/дм².
4. При покрытии маленьких изделий ждут 30 минут, крупных – 60 минут, после чего снимают напряжение с электродов.

Преимущество холодного способа: получается высокопрочная оксидная пленка, стойкая к любым видам воздействия. Недостаток – плохая адгезия с красителями.

Оптические свойства анодных пленок

Для того, чтобы дать оценку оптическим свойствам анодных покрытий сравним их со свойствами различных гальванических покрытий и полированной нержавеющей стали. Регламентируют три характеристики отражающей способности – полная, зеркальная (измеряются в % отражения падающего света) и диффузная.

Полная отражающая способность анодной пленки на алюминии после полирования достигает 90%, что ниже только данного значения у посеребренной латуни (98%), но выше чем у хромированной латуни (65%) и полированной нержавеющей стали (60%). С увеличением толщины анодной пленки полная отражающая способность снижается, поэтому в производстве регламентируют толщину пленки, с учетом необходимой защитной способности.

Производство зеркальных покрытий —  это отдельное направление и там на отражающую способность влияет прежде всего чистота сплава – получение максимальной отражающей способности (99,9%) возможно при использовании сплавов наивысшей чистоты (99,9% Al), покрытия толщиной до 2 мкм и зеркальной полировки. При этом диффузная отражающая способность имеет минимальные значения.

Если в результате обработки планируется получить матовую поверхность (пленку с диффузной отражающей способностью), в качестве электролита используют раствор фосфорной и серной кислот для яркого травления.

Блестящие анодированные покрытия на алюминии получили широкое распространение при изготовлении автомобильных деталей. Поверхность анодированного алюминиевого сплава, после глянцевания по своим декоративным качествам схожа с поверхностью деталей после гальванического хромирования. Например, алюминиевые автомобильные диски с помощью анодирования могут быть не только окрашены в различные цвета, но и приобрести внешний вид хромированных, что наряду с повышением функциональных качеств обеспечивает исключительные декоративные свойства.

Анодирование до изменения цвета

Весь процесс анодирования в домашних условиях можно подразделить на несколько этапов. Но прежде хотелось бы остановиться на процессе промышленного холодного анодирования, который протекает с использованием раствора серной кислоты. В результате данного процесса происходит активное газовыделение, причем летучие газы обладают взрывоопасностью. Именно поэтому не рекомендуют в домашних условиях проводить подобный процесс.

Технология домашнего анодирования более безопасная. Поговорим об основных ее этапах подробнее.

1. Готовим необходимые растворы Для твердого анодирования готовится два вида раствора в разных емкостях: один солевой, второй – содовый, основой для которых служит питьевая дистиллированная вода средней температуры (40-50 градусов). Содового раствора нужно будет в девять раз больше, чем солевого, а потому емкость под него выбирается соответствующая.В теплую воду при постоянном помешивании добавляется соль (в другую сода). Готовятся насыщенные растворы, т.е. соль и сода добавляются до тех пор, пока не начнет выпадать осадок. После этого растворы необходимо процедить несколько раз. Помните, что от качества растворов (их прозрачности и чистоты) зависит качество анодирования.Перед самим процессом твердого анодирования растворы смешиваются в соотношении 1 часть солевого и 9 частей содового.
2. Готовим к анодированию заготовку.Ну здесь все просто. Необходимо заготовку тщательно отшлифовать и обезжирить.
3. Анодируем.Итак, приступаем к анодированию. Детали необходимо разместить в ванночке так, чтобы они были полностью погружены в раствор, а также не касались дна или стенок ванночки.Затем подается электрический ток: на ванночку «минус», на заготовку «плюс». Под воздействием напряжения в ванночке заготовки находятся до тех пор, пока не изменят свой цвет. Затем ток отключается, заготовки вынимаются и тщательно промываются в проточной воде. После деталь помещают в раствор марганца, где происходит окончательное удаление следов соляно-содового раствора с поверхности детали. Затем снова промываем.Вы не видите пятен и разводов на заготовке? Значит все прошло успешно.
4. Закрепляем поверхностный слой. В результате анодирования образовалась пленка с большим количеством пор, которые нужно закрыть. Осуществляется это путем обычного кипячения в дист.воде в течение получаса.
5. Лакируем или окрашиваем. Для этого анодированную заготовку помещаем в емкость с лаком или краской анилиновой (10%). Все, деталь готова.

Как видите, процесс анодирования в домашних условиях несложен и доступен каждому.

Сущностью процесса анодирования является наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и его сплавах выполняет защитную функцию от воздействий среды. Другое название – анодное оксидирование. Кроме того, оксидирование применяют для повышения эстетичности внешнего вида изделий.

Анодирование алюминия в домашних условиях пользуется большой популярностью у домашних умельцев. В изделиях, подвергнутых анодному оксидированию, повышается стойкость защитного покрытия.

Подготовка электролита

Растворы кислот считаются небезопасными реактивами, поэтому для проведения анодирования алюминия в домашних условиях прибегают к другому типу раствора. Для его приготовления используют соль и соду, которые всегда есть под рукой.

Для приготовления электролита берут две пластмассовые емкости. В них наводят солевой и содовый составы, соблюдая пропорцию: на порцию соли или соды 9 порций дистиллированной воды.

Анодирование в домашних условиях

После растворения компонентов раствор выдерживается с целью оседания не растворившихся частиц на дно. При переливании в емкость для анодирования его необходимо процедить.

Анодирование как способ защиты алюминия

Чтобы не приходилось постоянно чистить изделия из алюминия, можно защитить поверхность, применив технологию анодирования. Так, на деталях формируют плёнку из оксидов, а также окрашивают внешний слой. Сначала деталь чистят от налета, для этого ее шкурят, погружают в щавелевую кислоту и промывают водой.

Затем готовят специальный раствор — электролит. Для этого нужно в пластиковую емкость подходящего размера налить дистиллированную воду и серную кислоту в пропорции 1:1. В качестве последней подойдет электролит для свинцового аккумулятора, который можно приобрести в автомагазине.

Дальнейшая обработка будет проводиться электрохимическим методом. Для этого источник питания подключается таким образом: плюсовой провод идет на обрабатываемое изделие, а минусовой контакт — на ванну с электролитом. То есть через раствор пропускают электричество, а на алюминиевой детали начнет оседать оксидная пленка. Время процедуры — примерно 30 минут, после чего деталь достается из емкости и тщательно промывается.

С помощью оксидирования создается надежная защита. Деталь, покрытая такой пленкой, также будет иметь привлекательный внешний вид. Нанести ущерб данному покрытию достаточно сложно, а значит, защита будет максимально долговечной.

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!

Что такое анодирование

Как анодировать алюминий? Анодирование- это такой процесс, при котором получают слой оксидной пленки на поверхности алюминиевой детали. В электрохимическом процессе покрываемая деталь играет роль анода, поэтому процесс и называется анодированием. Самый распространенный и простой способ – в разбавленной серной кислоте под воздействием электрического тока. Концентрация кислоты до 20 %, сила постоянного тока 1,0 – 2,5 А/дм 2, переменного – 3,0 А/дм 2, температура раствора 20 — 22 °С.

Раз есть анод, должен быть катод. В специальной гальванической ванне, где происходит процесс анодирования, детали-аноды закреплены или подвешены посредине. По краям ванны размещаются катоды – пластины свинца или химически чистого алюминия, причем площадь поверхностей анодов должна примерно соответствовать площади катодов. Между катодами и анодами должен обязательно находиться свободный довольно широкий слой электролита.

Подвески, на которых крепятся покрываемые детали, желательно выполнять из того же материала, из которого изготовлены аноды. Не всегда это возможно, поэтому допускаются алюминиевые или дюралевые сплавы. В местах крепления анодов должен быть обеспечен плотный контакт. Места креплений остаются непокрытыми, поэтому для декоративных изделий эти места необходимо выбирать и оговаривать в технологическом процессе. Подвески не снимаются при промывке и последующем хроматировании, они так и остаются на деталях до окончания всего процесса.

После извлечения из анодной ванны детали промывают в проточной воде, затем нейтрализуют в отдельной ванне с 5-процентным раствором аммиака и снова промывают в водопроводной воде.

Пленка станет более прочной, если провести дополнительно финишную обработку. Лучше всего это сделать в растворе бихромата калия (хромпик) концентрацией примерно 40 г/л при температуре около 95 °С, в течение 10–30 минут. Детали в конце приобретают оригинальный зеленовато-желтый оттенок. Таким образом достигается анодная защита от коррозии.

Теплая разновидность покрытия

Этот способ является довольно простым. Всю работу можно выполнить даже самостоятельно. Процедура осуществляется при комнатной температуре. Посредством теплого анодирования можно сделать привлекательное покрытие разных цветов, воспользовавшись дополнительными органическими красителями. Если постараться, то на одном и том же элементе можно добиться сразу нескольких оттенков.

Вспомните советские ружья, характеризующиеся зеленой расцветкой. Это результат анодирования алюминиевого сплава. А в качестве красящего вещества была использована обыкновенная зеленка, которую можно отыскать в любой аптеке.

У технологии есть свои достоинства, но не обошлось и без недостатков.

1. Алюминий, прошедший анодирование, не обладает по-настоящему высоким уровнем антикоррозийной защиты.
2. Следы коррозии на его поверхности могут появляться при взаимодействии с агрессивными металлами и в морской воде.
3. Эта обработка также не обеспечивает эффективную механическую защиту — металлическая поверхность может оцарапаться даже обычной иглой. Если же не была соблюдена технология, то покрытие можно стереть рукой.

Производится же теплое анодирование крайне просто. Для начала все элементы тщательно обезжириваются и фиксируются в подвесе. Анодирование производится до тех пор, пока на поверхности не появится молочный оттенок, затем изделие промывают прохладной водой. Красят же изделие горячим раствором. Окрашенное покрытие закрепляется в течение одного часа.

Оптимальный режим обработки

Оптимальный температурный режим для оксидирования находится в диапазоне от -10 до 10 °C. Выход за эти пределы предполагает определенные риски с точки зрения получения качественного цветного покрытия. Так, низкая температура не позволит домашней электротехнической системе поддерживать достаточную для обработки силу тока. И напротив, увеличение теплоты даст возможность сформироваться плотному слою, но пленка может получиться не столь выразительной в своем оттенке. Впрочем, анодирование алюминия в домашних условиях в черный или светло-серый цвета вполне может выполняться и в повышенном термо-режиме. Другое дело, что уже механическое состояние поверхностной структуры заготовки будет отличаться на разных участках. Это происходит из-за того, что имеет место неравномерность распределения тепла по всему объему электролита

Уделять внимание также следует и плотности тока на аноде. Рекомендуется поддерживать величину в пределах 1,6 — 4 Ампер на 1 дм2

При такой подаче тока можно получить плотно окрашенный долговечный защитный слой. Понижение этого показателя обеспечит тонкий слой, а повышение будет способствовать растравлению изделия.

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.

Закрепление детали

Перед началом процесса анодирования деталь должна быть прочно зафиксирована на подвесных приспособлениях для более плотного электрического контакта. В качестве подвесных устройств рекомендуется использовать алюминиевые конструкции или сплавы на основе титана с дюралем. Само крепление может производиться с помощью винтовых или пружинных зажимных механизмов. Для дополнительной страховки нередко применяют и алюминиевую тугую проволоку. Участки конструкции, которые не будут участвовать в контакте, необходимо изолировать. Это можно сделать или посредством ленты из полиэтилена, или с помощью кислотостойкого лака

Второй метод требует дополнительной осторожности, поскольку цветное анодирование алюминия в домашних условиях предусматривает максимальное исключение факторов стороннего влияния на поверхности заготовки. То есть обработка лаком должна быть произведена заблаговременно с полным просыханием поверхности

Также следует учитывать, что неплотный контакт подвесной системы с целевым материалом может вызвать перегрев последнего. Данный эффект, в свою очередь, приведет к разрушению оксидного покрытия и снижению прочности нанесенной пленки.

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.

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!

Рейтинг: /5 — голосов