Что такое анодированный алюминий и как анодируют алюминиевый профиль

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

Покраска алюминия анилиновыми красителями

Анодированные таким способом алюминиевые детали покрываем бесцветным лаком или окрашиваем в нужный цвет. Для покраски можно использовать органические или неорганические красители. Часто используют анилиновые красители. Раствор красителя содержит 15 г/л красителя, 1 мл/л уксусной кислоты. Деталь погружают в раствор, предварительно нагретый до 70-80С и выдерживают 10-15 минут. Чем больше время выдержки, тем более интенсивный оттенок и насыщенный цвет получит деталь. Затем деталь сушат и покрывают бесцветным лаком.

В промышленных условиях для окрашивания деталей из алюминия применяют цветное анодирование, при котором применяются специальные электролиты с добавками солей никеля, кобальта или олова. Такие электролиты позволяют получать широкую гамму цветов и оттенков – от светло бронзового до черного. В домашних условиях, анодирование по описанной выше несложной схеме и использование недорогих красителей позволяет добиться высоких декоративных качеств алюминиевой детали и обеспечить ее защиту от внешнего воздействия.

Адсорбционное окрашивание алюминия

Сотни красителей

Это метод применяется для сотен различных красителей. Алюминиевое изделие с бесцветным анодным покрытием, еще не наполненным, погружают в водный (редко – спиртовый) раствор, как правило, органического красителя. Интенсивность цвета зависит от количества красителя, поглощенного анодным покрытием. Поглощение красителя производится только на 3-4 микрона в глубину пор анодного покрытия. Затем покрытие подвергают уплотнению.

Технология

Для хорошего окрашивания, а также высокой коррозионной стойкости требуется толщина анодного слоя не менее 15 мкм. Концентрация растворов красителей может составлять от 0,2-0,4 г/л для светлых тонов, до 10 г/л для насыщенных тонов. Обычно применяют горячие растворы красителей – от 55 до 75 ºС, а длительность окрашивания – от 5 до 15 минут, насыщенные цвета могут потребовать и 30 минут. Важным параметром для адсорбции красителя является рН раствора, оптимальный диапазон обычно составляет от 5 до 6.

Что такое гальваника?

Гальваника – раздел в науке «Электрохимия», изучающий процессы осаждения металла или оксида на поверхности изделий для придания им новых функциональных свойств или улучшения внешнего вида. Проще говоря, гальваника — это нанесение на металлические изделия защитной металлической пленки.

Как происходят процессы в гальванике?

В специальную ванну наливают раствор (далее — электролит) и помещают изделие, на которое необходимо нанести покрытие. В этот же раствор помещают «аноды» (куски металла, служащие «донором» для покрытия).

К анодам и изделию прикрепляют трансформатор тока (выпрямитель), аноды цепляют на «+», изделие (катод) на «-». Подается электрический ток. Анод потихоньку растворяется в растворе, а затем осаждается на изделии, тем самым образовывая покрытие.

Иногда заказчик задают вопросы «Вы можете сделать гальванику?». Говорить только «Сделать гальванику», понимая под этим какое-то конкретное покрытие, нельзя. Гальваническим способом осаждается более 30 видов металлов и оксидов, поэтому всегда нужно уточнять, какое именно покрытие требуется. Гальваника — это метод, а, например, гальваническое цинкование — это уже конкретное покрытие.

Рисунок 1 — Принципиальная схема электролизера в гальванике.

Эта технология используется на нашем научно-производственном предприятии Электрохимия. Работаем в области гальваники более 7 лет. Мы оказываем услуги по нанесению гальванических и химических покрытий промышленным предпрятиям электронной, авиационной и машиностроительной отрасли. Имеем опыт работ в рамках Гособоронзаказа.

Теория анодирования алюминия

Анодирование — это процесс электрохимического оксидирования алюминия. Анодирование один из самых распространенных методов гальванической обработки. Процесс анодирования позволяет в широких пределах изменять качество поверхности обрабатываемой детали таких как коррозионная стойкость, электропроводные свойства, твердость, износостойкость и т. д. При анодном оксидировании происходит образование оксидной пленки и ее растворение электролитом. Для получения качественных анодных пленок на алюминии подбирают электролиты и режимы электролиза при которых скорость формирования пленки выше скорости ее растворения. В качестве электролитов используются растворы серной, хромовой, щавелевой и других кислот и их смесей.

В основном используется сернокислый электролит. Защитные пленки, полученные при использовании данного электролита, обладают высокими защитными и декоративными свойствами, высокой прочностью и хорошо окрашиваются. Не целесообразно использование сернокислого электролита только для обработки деталей сложной конфигурации или мелких претензионных деталей. Такие детали, а также сопряженные (сваренные, склепанные) детали анодируют в хромоксидном электролите.

Анодирование в хромоксидном электролите более трудоемко и менее экономично по сравнению с сернокислым анодированием. Процесс требует более высокого напряжения и строгого соблюдения температурного режима.

Электрохимическое оксидирование в щавелевых электролитах позволяет получать на алюминии и его сплавах толстые пленки с повышенными электроизоляционными качествами, кроме того цвет покрытия – от светло-желтого до коричнево-желтого позволяет использовать такие электролиты для декоративной обработки изделий.

Твердое анодирование

При твердом или глубоком анодировании толщина оксидных пленок на алюминии или его сплавах составляет от 40 до 300 мкм. Такие пленки имеют повышенную твердость, износостойкость и жаропрочность. Электро- и термоизоляционные свойства обработанных материалов также значительно превышают характеристики исходного металла. Недостатком твердых анодных покрытий является хрупкость, возрастающая с ростом толщины покрытия – детали, подвергающиеся ударным нагрузкам обрабатывать таким образом нецелесообразно. Твердость пленок зависит от материала, на чистом алюминии она выше – до 15ГПа, на техническом алюминии до 5,2 ГПа, на АЛ9 – 4,8 ГПа. Твердое анодирование проводится в сернокислых электролитах (раствор 17-30%). На деталях, подвергающихся твердому (толстостенному) анодированию недопустимо наличие острых кромок, выступов, заусенцев и т. д.

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.

Для чего используется анодирование алюминия?

Преимущества анодированного алюминия, такие как устойчивость к коррозии и истиранию, в сочетании с удивительным внешним видом из огромной цветовой гаммы открывают множество областей применения. Возможности анодирования алюминия для коммерческих, промышленных и потребительских отраслей безграничны:

• Архитектурные панели;
• Витрины;
• Вентилируемые фасады;
• Кровельные системы;
• Холодильники;
• Сушильные машины;
• Телевизоры;
• Кофемашины;
• Светильники;
• Оконные рамы;
• Сантехника;
• Двери;
• Охладители;
• Сковороды;
• Грили;
• Тележки для гольфа;
• Лодки;
• Туристическое оборудование;
• Рыболовное снаряжение;
• Комплектующие для автомобилей;
• Колпаки на колеса;
• Фирменные таблички;
• Аэрокосмические панели;
• Солнечные панели;
• Электронные изделия;
• Огнетушители;
• Фотооборудование;
• Телефоны;
• Дизайн интерьера;
• Искусство.

Специфика и назначение процесса

По своей сути процесс анодирования напоминает гальваническую обработку стали. Основное отличие состоит в том, что при гальваническом способе в качестве защитного покрытия выступают составы на основе цинка или хрома. При анодировании стали не используются вспомогательные составы, а защитная пленка образуется непосредственно из материала обрабатываемой поверхности.

Существует два типа оксидных пленок, которые отличаются строением и назначением:

1. Пористая. Ее свойства были описаны выше. Такой слой получают при оксидировании в среде кислых электролитов. Данная структура является отличной основой для нанесения лакокрасочных материалов.
2. Барьерная. Является самостоятельным защитным покрытием, препятствуя контакту стали с внешними негативными факторами. Получают в нейтральных растворах.

Анодированные поверхности используют не только в качестве защитного слоя. Современные дизайнеры активно используют оксидированный алюминий в качестве отделочного элемента интерьера. Существует возможность изменения оттенка защитного слоя: от жемчужного до золотистого в зависимости от применяемых материалов и уровня напряжения.

Резюме

Если вы гордый обладатель спортивного горного велосипеда, скорее всего на нем установлена вилка, имеющая ноги с анодированным покрытием. Это хорошо, она легкая, долговечная и отзывчивая в работе. Следите за ней, вовремя меняйте масло, не кладите велосипед на ноги, проверяйте башинги и по возможности делайте регулярное ТО, особенно после эксплуатации велосипеда в жестких условиях с обилием грязи и пыли. И тогда ваш велосипед принесет вам много положительных эмоций.

Для читателей нашего блога действует скидка 10% по промокоду blog-BB30 на все товары, представленные в нашем магазине

Достоинства и недостатки гальваники. Сравнение с горячим методом.

Как мы уже знаем, металл на поверхность можно наносить разными способами. Например, самый распространенный — горячий метод. Это когда изделие погружают в огромный бассейн расплавленного металла. Сравним его с гальваникой.

Достоинства гальваники:

1)Можно максимально точно задавать толщину покрытия (точность до 1 мкм). В то время как у горячего метода толщина 200-400 мкм

Это особенно важно для высокоточных изделий. Будет неприятно, если из-за толстого покрытия Ваше изделие не пройдет в сборку по допускам

2)Множество покрытий. Гальванически можно нанести более 40 различных металлов, горячим методом не более 10.

3)Настройка процесса. В гальванике можно корректировать раствор для получения покрытия с разными свойствами (например, блестящее или матовое хромирование).

4)Равномерность покрытия. Часто в изделиях с большим количеством внутренних полостей горячим методом невозможно достичь равномерную прокрываемость полостей, иногда полости остаются без покрытия вообще. В гальванике все относительно равномерно.

Недостатки гальваники:

1)Низкая производительность. Относительно горячего метода, которым можно покрывать сотни тонн изделий в сутки. Гальванику дольше настраивают.

2)Высокая цена. Исходя из низкой производительности. Гальваника всегда дороже горячего метода, просто потому что требования к покрытию выше.

3)Требования к техническому заданию. Если Вы хотите качественное нанесение покрытия – максимально подробно опишите требования. Если не знать, что ты хочешь – получишь точно не то.

4)Редко подходит для особо-крупных изделий. Если у изделия большая площадь – на покрытие потребуется огромное количество тока. Мало предприятий в России имеют такие производственные мощности.

Сущность анодирования алюминия

Почему? Что такого особенного в этом незамысловатом с точки зрения химии процессе? А главное в чем его экономическая выгода? Давайте разбираться.

Как известно, алюминий самый распространенный металл на Земле, а кроме того еще и самый востребованный. Химические и физические свойства алюминия позволяют использовать его практически повсеместно: в машиностроении, авиации, космической промышленности, электро- и теплотехнике и пр. Алюминий на открытом воздухе быстро окисляется и образует на поверхности защитную микропленку, которая делает металлоизделия из алюминия химически более инертными. Однако эта естественная защита слишком мала, поэтому алюминий и его всевозможные сплавы не вечны: со временем они легко подвергаются коррозии.

Защитить изделия из алюминия, сделать их более твердыми и долговечными можно двумя способами: окрасить их с помощью порошковых красок или оксидировать, т.е. искусственно создать на его поверхности толстую пленку. Оксидирование в свою очередь подразделяется на два подвида: химическое оксидирование в растворах хрома и собственно анодирование с помощью анодной поляризации изделия в электролите.

Преимущества окрашивания в том, что готовые изделия внешне более эффектны: получаемый цвет ровнее, ярче, возможных оттенков окрашивания больше, легче получить нужную текстуру. Однако анодирование гораздо менее зависимо от качества поставляемых материалов, да и производственные линии устроены проще. Кроме того, спектр цветов и оттенков анодированных металлоизделий становится с каждым годом все больше и больше. Сейчас доступно даже радужное анодирование с созданием на поверхности изделия переливающегося блестящего покрытия.

Это интересно: Технологии литья металлов — под давлением, по выплавляемым моделям и другие

Толщина анодного покрытия

Рост анодного покрытия

Толщина анодного покрытия увеличивается с увеличением длительности анодирования. Однако степень роста толщины зависит от нескольких факторов, таких как тип электролита, плотность тока, длительность обработки и т.д. Вначале происходит быстрое и постоянное увеличение фактической толщины, а затем начинается уменьшение скорости роста толщины, пока не наступит стадия, при которой толщина остается приблизительно постоянной, не смотря на продолжающуюся подачу электрического тока. Это связано с тем, что в ходе анодирования происходит как непрерывный рост толщины покрытия, так и его растворениепод воздействием электролита (раствора серной кислоты).

Закон Фарадея

Фактическая толщина вычисляется как теоретическая толщина покрытия минус растворенная толщина оксида алюминия (рисунок 3). Теоретическая толщина является пропорциональной времени анодирования при постоянной плотности тока и определяется законом Фарадея, который говорит, что количество образовавшегося оксида пропорционально электрическому заряду, который прошел через анод.

Рисунок 3

3 способа анодирования металла

Защищать металлические изделия от агрессивного воздействия внешней среды можно по-разному. В том числе покрытием красками на масляной, глифталевой, пентафталевой, полиэфирной и эпоксидной основе – с разной степенью адгезии и разной долговечностью. Но ничто не сравнится с анодированием — таким методом защиты, как создании с помощью электрохимического процесса защитной оксидной плёнки. Анодирование также называют — анодным оксидированием.

Оксидировать можно практически все металлы и сплавы, кроме чистых железа и меди. Связано это с тем, что эти два металла образуют сразу два оксидных соединения на своей поверхности. Как бы конкурирующих друг с другом, и потому это плохо сказывается и на прочности самой оксидной плёнки, и на её адгезии (то есть связанностью) с поверхностью.

Анодирование

4.1. Типичной технологией является анодирование алюминия в сернокислом электролите без добавок или с добавками щавелевой кислоты.

4.2. Сернокислые электролиты

Концентрация свободной серной кислоты: не более 200 г/л, отклонение от заданной величины ± 10 г/л.

Содержание алюминия: не более 20 г/л, предпочтительно – от 5 до 15 г/л.

Содержание хлоридов: не более 100 мг/л.

Концентрация кислоты является критическим параметром только при высокой температуре анодирования. Высокая концентрация кислоты снижает требуемое анодное напряжение (около 0,04 В на 1 г/л H₂SO₄), но также приводит к повышенному выносу кислоты и к увеличению ее расхода. Низкое содержание алюминия увеличивает чувствительность покрытия к повышенной температуре ванны. Чем выше содержание алюминия, тем более высокое напряжение требуется для анодирования (около 0,2 В на 1 г/л алюминия). Присутствие хлоридов в анодном электролите может приводить к точечной коррозии при анодировании, а также неблагоприятно влияет на сопротивление покрытия климатическим воздействиям.

Температура ванны должна держаться в интервале ± 1,5 ºС от заданной величины независимо от размера садки. Разность температур электролита вблизи поверхности изделия должна быть не более 2 ºС. Температура ванны для классов толщин покрытия 5-10 мкм должна быть не выше 21 ºС, а для классов 15-20-25 мкм – не выше 20 ºС.

4.3. Сернокислые электролиты с добавками щавелевой кислоты

Концентрация свободной H₂SO₄ должна быть не более 200 г/л, отклонение от заданной величины ± 10 г/л.

Концентрация щавелевой кислоты должна быть не меньше 7 г/л. Повышение концентрации выше 10 г/л не оказывает практически никакого влияния на процесс. Концентрация 5 г/л является слишком низкой, чтобы оказывать влияние на качество анодного покрытия. Концентрация щавелевой кислоты более 15 г/л не оказывает никакого положительного влияния, но увеличивает производственные расходы.

Содержание алюминия: не более 20 г/л, предпочтительно – от 5 до 15 г/л.

4.4. Плотность тока при анодировании алюминия

Для сернокислого анодирования средняя плотность тока должна составлять:

1,2 – 2,0 А/дм2 для классов 5 и 10 мкм
1,4 – 2,0 А/дм2 для класса 15 мкм
1,5 – 2,0 А/дм2 для классов 20 и 25 мкм.

Применение низкой плотности тока для получения толстого покрытия (классы 20 и 25 мкм) является рискованным для качества покрытия. Высокая плотность тока требует хорошего контакта и хорошего перемешивания электролита, но имеет меньше проблем с качеством.

4.5. Площадь катодов

Отношение площади рабочих поверхностей катода к аноду должно быть в интервале от 1 : 1,5 до 1 : 2,5.

Рекомендуется применять алюминиевые катоды

У катодов, располагаемых на бортах ванны, принимается во внимание только одна их сторона, у центральних катодов – обе стороны

Высокое отношении площади катода к площади анода может приводить к проблемам с однородностью толщины покрытия. Алюминиевые электроды требуют самого низкого рабочего напряжения.

Расстояние между катодом и анодом должно быть не менее 150 мм.

4.6. Передача изделий после анодирования

После завершения цикла анодирования изделия должны как можно быстрее передаваться из ванны анодирования в ванну промывки. Изделия никогда не должны оставаться в ванне анодирования без подачи тока. Это является одной из причин, которые могут приводить к коррозии анодного покрытия и снижению его качества.

1. QUALANOD Specifications, Edition 01.07.2010.

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.

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.

Преимущества анодированных поверхностей

• Выдающиеся антикоррозийные свойства. Оксидная плёнка надёжно защищает от обычной влаги и от большинства агрессивных сред.
• Прочность оксидной плёнки. Оксиды по своим прочностным физическим характеристикам в большинстве случаев прочнее металла, на котором они образованы.
• Непроводимость тока. Парадоксальным образом образованная на металле и из металла оксидная плёнка практически является диэлектриком – что находит своё применение в создании электролитических (оксидных) конденсаторов.
• Экологический аспект: при производстве посуды нанесённая на неё оксидная плёнка не даёт ионам металла переходить в пищу, не даёт ей подгорать, стенки и дно посуды приобретают устойчивость к большим перепадам температуры.
• Широкое использование анодированных поверхностей металла в дизайне. Применение в растворах электролита некоторых солей позволяет получать глубокие и насыщенные оттенки.

Главные плюсы анодированного металла

Анодированная сталь выгодно отличается от незащищенных изделий следующими качествами:

1. Стойкость к коррозии. Барьерная пленка препятствует контакту металла с влагой, а также химически активными соединениями.
2. Высокая прочность. Защитный слой обладает высокой устойчивостью к механическим повреждениям.
3. Диэлектрические свойства. Оксидная пленка практически не проводит ток.
4. Экологичность. Обработанная посуда приобретает устойчивость к интенсивным перепадам температур. В процессе приготовления пища не подгорает.
5. Декоративные свойства. Некоторые металлы подвергают обработке для изменения визуальных качеств. В основном, для этих целей используют алюминий как обладающий хорошим соединением с кислородом. Добавление определенных солей в раствор электролита позволит поменять исходный цвет, придавая окрашенным изделиям ровные и глубокие оттенки.

Оксидирование также позволяет скрыть незначительные дефекты поверхности, такие как царапины или потертости.