Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Окисные покрытия на алюминии применяют для защиты деталей от коррозии и исти­рания; для декоративной отделки по­лированных или окрашенных поверх­ностей; в качестве грунта для лако­красочных покрытий и других органи­ческих пленок; как подслой для элект­ролитических покрытий; для специаль­ных целей, связанных с особыми свой­ствами (электрическая и тепловая изо­ляция, большая пористость и высокая степень адсорбции и др.). Окисные электроизоляционные покрытия, полу­чаемые из сернокислых электролитов, обладают значительной износостой­костью (особенно при отрицательной температуре). Обычно наносят их на алюминиевые сплавы, содержащие бо­лее 5% тяжелых металлов.

Из хромовокислых электролитов ок­сидные пленки наносят на литые детали, клепаные конструкции или детали с соедине­ниями внахлестку и углублениями. Та­кие покрытия не обладают высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью и применяются для за­щиты алюминиевых легких сплавов. Анодные покрытия из щаве­левокислых электролитов наносят на различные детали. Они обла­дают большой пластичностью, тол­щина их 60 мкм и более. Окисное твердое покрытие применяют для деталей, ра­ботающих на трение, а эматаль покрытие — для обеспечения красивого внешнего вида и коррозионной стойкости деталей, изготовленных из де­формируемых сплавов типа АВ, АМЦ, АМг и др.

Защитно-декоративное анодное покрытие может быть бесцветным или серым в зависимости от хими­ческого состава обрабатываемого спла­ва. Покрытие характеризуется хоро­шими защитными свойствами, окраши­вается органическими красителями в различные цвета и используется в ка­честве грунта для лакокрасочных по­крытий.

Цвет износостойкого (глубокого) по­крытия изменяется от темно-серого до черного. Покрытие характеризуется высокой стойкостью к истиранию, осо­бенно после пропитки его смазочными маслами. Рекомендуемая толщина 50 — 60 мкм. Твердость покрытия зависит от режима анодирования и состава покрываемого сплава. Так, на чистом алюминии твердость пленки состав­ляет 1000 кгс/мм2, на техническом алюминии

600 кгс/мм2, на алюми­ниевых сплавах

195 — 385 кгс/мм2.

Цвет электроизоляционного покры­тия изменяется от серого до темно-серого. Толщина покрытия 15 — 120 мкм. Оно характеризуется хрупкостью, высоким электрическим сопротивлени­ем. Для сплавов АМг, АМц и АД1 при толщине пленки 60 -100 мкм про­бивное напряжение составляет 350 — 600 В, а для сплавов Д16 и В95 (при толщине покрытия 40 — 60 мкм) -300-400 В.
Эматаль-покрытия в зависимости от состава электролита могут быть декоративными, защитными и износостой­кими. Микротвердость их равна 150 — 200 кгс/мм2 при толщине 5 — 7 мкм и 650 — 700 кгс/мм2 при толщине 10-14 мкм.

Цвет анодизационно-оксидированно-го и хроматированного покрытия из­меняется от светло-зеленого до желто-зеленого. Цвет окрашенного покрытия соответствует цвету красителя или эта­лона. На плакированном материале оттенок не нормируется. После про-масливания покрытие блестящее.

На покрытии допускаются разнотон­ность цвета на деталях с нарушенным плакировочным слоем; рисунок мра­мора, являющийся результатом выяв­ления структуры металла; темные по­лосы и пятна в направлении проката, в местах сварки, притирки, наклепа, в местах отсутствия плакировочного слоя.

При анодировании размеры деталей увеличиваются примерно на 0,15 тол­щины покрытия (на сторону). Качество анодного покрытия повыша­ется с улучшением чистоты обработки поверхности деталей. Отражательная способность полированного и анодиро­ванного алюминия (его сплавов) умень­шается в следующем порядке: А99, А97, А7, АД1, AMrl, АД31. Детали с твердыми анодными по­крытиями можно подвергать механи­ческой обработке. При температуре выше 100°С или деформациях анодные покрытия склонны к рас­трескиванию. Для деталей из сплавов, содержащих более 5% меди, не реко­мендуется применять твердые анодные покрытия или покрытия из хромово­кислого электролита. На детали из сплавов, содержащих более 3% меди, наносить эматаль-покрытие не реко­мендуется.

При электроизоляционном анодиро­вании следует применять щавелево­кислый электролит с последующим нанесением специальных лаков. При сернокислом анодировании шерохова­тость поверхности значительно увеличивается (при остальных — в мень­шей степени). Диаметр деталей после нанесения эматаль-покрытия увеличи­вается примерно на 0,01 мм.

Обозначение шифров окисных по­крытий: окисное электроизоляционное наполнение в хроматном растворе — ан. Окс. хр; окисное твердое — ан. Окс. тв; окисное, наполненное в растворе красного красителя — ан. Окс. крас­ный; окисное эматаль-покрытие — ан. Окс. эмт.

Все окисные покрытия с лакокрасоч­ными покрытиями можно применять при любых условиях эксплуатации.

Для хроматного наполнения пленок рекомендуются растворы, содержащие бихроматы натрия или калия. Цвет окисной пленки после наполнения от светло-зеленого до серо-зеленого в зависимости от мари материала

Помимо хроматных растворов для наполнения окисных покрытий при­меняют водные растворы анилиновых красителей.
Температура раствора 60°С, время выдержки устанавливают в зависи­мости от требуемого оттенка. Детали перед анодированием полируют. Наи­более применимым для получения окисного окрашенного покрытия явля­ется алюминий АО, АОО и АМ25 с содержанием кремния не более 0,1%. После наполнения покрытия красите­лем детали промывают в холодной проточной воде.
Существенным недостатком покры­тий, наполненных красителем, является их выцветание под действием дневного света.

Свет­лые тона дает только чистый алюми­ний или дюралюминий Д16. Силумины можно окрашивать только в темные тона (черный и коричневый), так как окисная пленка на них имеет темную окраску.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Оксидирование алюминия и его сплавов широко применяется для защиты от коррозии. Искусственные окисные пленки служат прекрасной грунтовкой, хорошо адсорбируют красители и в ряде случаев окрашиваются в красивые цвета для декоративных целей. Окисные пленки алюминия, гидратированные в большей или меньшей степени, имеют микропористую структуру. Толщина пленки обычно составляет 3—20 мкм; такая пленка надежно защищает от коррозии, особенно после пропитки ее наполнителями; жаростойкость пленки достигает 1500 °С, а теплопроводность 0,001—0,003 кал/(см-сек-град). Оксидная пленка обладает большой твердостью и высокими электроизоляционными свойствами,

Оксидирование алюминия и его сплавов проводят электролитическим и химическим способами.

При анодировании алюминия требуется тщательное обезжиривание изделий в одном из растворов. Детали с точными размерами обезжиривают в органических растворителях. Сильно загрязненные детали неплакированного дуралюмина травят в 5%-ном растворе гидроокиси натрия при 50— 60 °С.

После промывки в горячей и холодной воде изделия осветляют в 50%-ной азотной кислоте или в смеси кислот—хромовой (100 г/л) и концентрированной серной (10 г/л) при комнатной температуре для удаления медьсодержащих составляющих сплава. Кремнистые сплавы (например, Ал 2, Ак), а также сплавы А1—Си—Mg осветляют в растворе состава (в объемн. %): HN03—50, HF (40 % -ный) —2—3, Н20—48.

Кремнистые и кремнистоцннковые алюминиевые сплавы осветляют в растворе172, содержащем следующие компоненты (в г/л): НN03—4004-600; H2S04—200-=-300; NH4F—100^200.

Детали выдерживают в растворе без подогрева в течение 10—15 сек, затем после осветления промывают холодной проточной водой и переносят в ванну для оксидирования. Этот раствор отличается высоким качеством осветления и устойчивостью в эксплуатации.

Анодное оксидирование алюминия и его сплавов производится в сернокислых, хромовокислых и щавелевокислых электролитах.

Сернокислый электролит применяется почти для всех алюминиевых сплавов, имеющих промышленное значение, при анодировании для защиты от коррозии, для декоративной отделки, для получения толстых окисных пленок, обладающих твердостью и высокими термо- и электроизоляционными свойствами.

Для защиты от коррозии с последующим хроматным наполнением и для окрашивания используют 20%-ную H0SO4. Изделия оксидируют с применением постоянного тока, подвешивая их в качестве анодов в стальные ванны, облицованные изнутри свинцом; катодом служат свинцовые пластины. Если оксидирование имеет защитно-декоративное назначение, его проводят при рабочей температуре 20±5 °С, анодной плотности тока 1,0.

Наиболее простым и экономичным способом повышения коррозионной стойкости является пассивирование пленки в 10%-ном растворе хромовокислого калия К2СГ2О7 при температуре кипения в течение 15—20 мин. При этой обработке пленка окрашивается в характерный лимонно-желтый цвет.

Для декоративного окрашивания ализариновыми красителями наиболее пригодны оксидные пленки, полученные из сернокислых электролитов. Для окраски изделия погружают в 1%-ный водный раствор красителя, применяющегося для крашения шерстяных тканей, при 70—80 °С на 2—3 мин.

После пассивирования или пропитки красителем на изделия наносят прозрачные лаки.

Помимо широко распространенного электрохимического процесса оксидирования, искусственные окисные пленки получают при погружении изделий в соответствующие растворы без подвода электрического тока.

Пленки, полученные химическим путем, значительно уступают анодным пленкам по механическим, защитным, адгезионным и, в особенности, электрическим и оптическим свойствам. Главное преимущество химического метода оксидирования заключается в возможности одновременной обработки большого количества деталей без подключения к источнику тока; при этом методе отпадает необходимость в специальном оборудовании и снижается потребность в электрической энергии.

Читать еще:  Фрезерный станок из ручного фрезера своими руками

Химическая обработка алюминия и его сплавов в кислой среде, содержащей шестивалентный хром и ионы фтора называется хроматированием.

В зарубежной практике хроматирование широко применяют при подготовке поверхности алюминия к окраске. Пленки, полученные при хроматированнн, состоят из окиси алюминия с включениями хромата алюминия; толщина слоя колеблется от 0,1 до 1 мкм. Полученные пленки отличаются высокой прочностью к истиранию, при деформации не растрескиваются, обладают незначительным электрическим сопротивлением и поэтому не препятствуют сварке.

В отечественной промышленности168 при подготовке поверхности алюминия и его сплавов под окраску нашли применение хроматно-фосфатные и хроматно-содовые растворы. Пленки, полученные из этих растворов, характеризуются низкой степенью кристалличности, поэтому их считают аморфными.

Для нейтрализации щелочи, оставшейся в порах пленки, и для заполнения пор пассиватором оксидированные изделия обрабатывают в 2%-ном растворе Сг03 при комнатной температуре в течение 2—5 сек.

При химическом оксидировании образуется мягкая пленка толщиной 2—3 мкм, обладающая хорошей адгезией к металлу.

Для проверки толщины оксидной пленки на поверхность изделия наносят одну каплю раствора следующего состава: бихромат калия — 3 г; соляная кислота (плотность 1,19 г/см3) —25 мл вода —75 мл.

Позеленение капли указывает на разрушение оксидной пленки. Время до начала позеленения при температуре 15—20 °С не должно быть менее 2 мин.

Для испытания электроизоляционных свойств пленки деталь подсоединяют к сети переменного тока. Напряжение в сети должно соответствовать минимальному пробивному напряжению, допустимому при эксплуатации.

Бракованные детали травят в щелочном растворе и повторно оксидируют.

Анодирование алюминия в домашних условиях

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.

Устраняются поверхностные дефекты– небольшие царапины, мелкие сколы. Можно имитировать покрытие драгоценными металлами или повысить адгезивные свойства. Покрытие можно наносить не только на производстве, но и дома.

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

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.

Подготовительный процесс

Для получения гладкой поверхности на стадии подготовки необходимо заготовку отполировать. С помощью войлочного или другого полировального круга устраняются царапины, затягиваются большие поры. Отсутствие микронеровностей снижает вероятность появления прогаров. Анодная пленка не способна скрыть внешние дефекты.

Перед анодированием алюминия необходимо определиться с размерами обрабатываемых деталей. Получаемый слой имеет толщину 50 микрон, поэтому на обработанную резьбу невозможно будет накрутить гайку. Если же детали соединяются с помощью посадки, то не стоит забывать, что после анодирования детали шлифовке не подлежат.

Проведение анодирования в домашних условиях

Для проведения процесса необходимы емкости. Емкости для анодирования должны соответствовать размерам деталей, быть чуть больше. В связи с чем обычно пользуются несколькими ваннами. Материал емкостей – алюминий. Но если изделия небольшого размера, то подойдут пластиковые контейнеры. Только на дно и вдоль стенок необходимо уложить алюминиевые листы. Это необходимо, чтобы создать ток равномерной плотности по всему объему.

Электролит нуждается в изоляции от внешнего воздействия тепла. При нагревании его придется менять. Для исключения нагрева емкости снаружи покрываются слоем теплоизоляции. Ее можно обклеить пенопластом до 50 мм толщиной или, поместив в короб, заполнить свободное пространство монтажной пеной.

Раствор серной кислоты получают путем разбавления электролита для автомобильных аккумуляторов дистиллированной водой в пропорциях один к одному. Купив канистру емкостью 5 литров, раствора можно получить 10 литров.

Смешивание, когда в кислоту добавляется вода, сопровождается обильным тепловыделением, и она буквально вскипает разбрызгиваясь. Поэтому в целях безопасности серную кислоту вливают в емкость с водой.

Перед началом анодирования алюминия его подвергают химической подготовке. Химическая подготовка – процесс обезжиривания. В промышленных условиях обработку проводят едким натром или калием. Но в домашних условиях лучше пользоваться хозяйственным мылом. Зубной щеткой и мыльным раствором с поверхности хорошо удаляются загрязнения. После чего сначала заготовки промываются теплой водой, а затем — холодной.

Альтернативой хозяйственному мылу служит стиральный порошок. Растворив его в закрытом пластиковом контейнере и поместив туда обрабатываемые детали, необходимо интенсивно встряхнуть. Затем детали промываются и просушиваются потоком горячего воздуха. Активный кислород, содержащийся в стиральном порошке, защищает обезжиренные изделия, даже если их взять голыми руками.

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.

Способы анодирования алюминия

Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:

Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.

Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.

Технология твердого анодирования алюминия

Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:

  • микродуговое;
  • цветное:
    1. адсорбцией;
    2. опусканием в электролит;
    3. опусканием в красящий раствор;
    4. гальваникой;
  • интерферентное;
  • интегральное.

Теплое анодирование

Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.

Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.

Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.

Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.

Методы цветного анодировния алюминия

Холодная технология

Для проведения анодирования алюминия необходимы:

  • источник питания 12 В (АКБ, стабилизатор);
  • алюминиевые провода;
  • реостат;
  • амперметр;
  • емкости для растворов.

Холодная технология отличается тем, что рост анодированного покрытия со стороны металла протекает с большей скоростью, чем его растворение с внешней стороны.

Вначале проводятся подготовительные работы, описанные выше. Затем детали необходимо закрепить. Не следует забывать, что под крепежным элементом пленка не образуется. А подвешенные заготовки при опускании в емкость не должны касаться стенок и дна.

К деталям от источника питания подключается анод, соответственно к емкости катод. Плотность тока подбирается в пределах 1,6-4 А/дм2. Рекомендуемые значения 2-2,2 А/дм2. При малых значениях процесс будет протекать медленнее, а при больших может возникнуть пробой цепи и покрытие начнет разрушаться.

Не рекомендуется, чтобы температура электролита поднималась выше 5°С. При анодировании электролит нагревается не равномерно. В центре он теплее, чем в углах емкости, поэтому необходимо постоянное перемешивание.

Продолжительность анодирования при холодном способе составляет около получаса для небольших элементов. Для крупных деталей продолжительность может составлять 60-90 минут. На окончание процесса указывает измененный цвет на поверхности алюминиевого изделия. После отсоединения проводов деталь промывается.

Читать еще:  Сварка титана полуавтоматом

Закрепление результата

Качество анодирования алюминия зависит от завершающего этапа – закрепления покрытия. Для этого после нанесения покрытия и промывки детали помещают на четверть часа в раствор марганца. После выемки необходимо детали промыть под горячей и холодной водой для удаления из пор остатков раствора.

Перед окрашиванием необходимо закупорить микроскопические поры на пленке. Для чего изделия кипятят в дистиллированной воде в течение 30-40 минут.

Анодированный алюминий

Современные приспособления, изготовленные из металла, очень сильно отличаются от тех, что делались 30-50 лет тому назад. Они стали лёгкими, устойчивыми к вредным воздействиям, минимально опасными для жизни. Анодированный алюминий занимает одно из ведущих мест среди металлов, которые применяются для изготовления таких приспособлений.

Анодированный алюминий давно и прочно занял место стали и чугуна там, где кроме прочности и устойчивости к внешним воздействиям требуются другие главные качества – лёгкость и пластичность. Он значительно легче стали, поэтому с успехом заменил её в десятках тысяч единиц продукции, используемых в самых разных областях – промышленности, медицине, туризме, спорте.

С появлением технологии анодирования к замечательным свойствам алюминия добавились результаты химической модификации – высокая коррозионная стойкость и сопротивляемость к механическим воздействиям.

Что такое анодирование

Процессом анодирования называется электролитическая химическая реакция металла с окислителем. Тонкий слой оксида наносится на металлическую поверхность, которая в процессе реакции исполняет роль анода. За счёт поляризации в электролитической проводящей среде тонкой оксидной плёнкой можно покрывать как чистые металлы, так и различные сплавы. Оксидный слой эффективно защищает от коррозии и выгорания при воздействии прямых солнечных лучей. Наиболее востребованы в промышленности подвергшиеся анодированию сплавы алюминия и магния.

Конечной целью анодирования является создание на поверхности листа алюминия так называемой АОП – анодной оксидной плёнки. Она выполняет две основные функции:

  1. Защита от внешних воздействий;
  2. Украшение.

Во втором случае в проводящую среду добавляются красители различных цветов со строго определённым химическим составом.

Первыми внедрили в производство промышленное анодирование алюминия инженеры из Великобритании. Созданный таким способом лёгкий и прочный металл начали применять в авиационной промышленности. Позже появился стандарт анодирования металла, который успешно применяется в современном авиастроении. Он имеет номенклатурную маркировку DEF STAN 03-24/3.

В состав покрытия входят два компонента:

Краска, нанесённая в соответствии со стандартом, очень устойчива к истиранию и другим механическимповреждениям.

Технология анодирования

На сегодняшний день наибольшее распространение получил процесс сернокислого анодирования алюминия. Его суть в следующем:

  1. Деталь и катод, изготовленный из свинца, помещаются для очистки от примесей и масел в ванну с электролитом – серной кислотой H2 SO4. Показатели физических величин: плотность раствора – 1 200-1 300 г/л; плотность тока в процессе анодирования – 10-50 мА/см²; напряжение источника – 50-100 В.; температура электролита – 20-30 °C (при последующем окрашивании – не более 20 °C).
  2. Производится окончательная промывка в растворе каустика.
  3. На поверхности детали из алюминия создаётся тончайший оксидный слой.

Скорость роста анодного слоя на поверхности металла неравномерна и очень невысока. Оптимальное количество окрашенного окисла наносится по достижении плотности тока 1,5-1,6 А/дм². При меньших показателях слой получается практически бесцветным. Большие значения катодной плотности (отношения размера катода к величине обрабатываемой поверхности) вызывают затруднения при обработке массивных деталей – появление прогаров и растравливание. Оптимальная площадь катода – х2 по отношению к размеру обрабатываемой детали.

Также очень важно контролировать зажим и электрический контакт детали с подвеской.

Кроме серной кислоты в качестве электролита при анодировании могут использоваться другие вещества и соединения:

  • щавелевая кислота;
  • органические соединения и смеси;
  • ортофосфорная кислота.
  • хромовый ангидрид.

Технология процесса при этом не изменяется. Конечной целью при выборе электролитической среды является получение слоя с определёнными физическими характеристиками перед повторным окрашиванием.

Тёплое анодирование

Процесс тёплого анодирования осуществляется при температуре окружающей среды 15-20 °C. У деталей, обработанных таким способом, есть две отрицательные особенности:

  1. Не очень высокий показатель антикоррозионной стойкости. Контактируя с химически агрессивной средой или металлом, анодированный слой подвергается воздействию кислорода.
  2. Невысокая степень защиты от механических воздействий. Острым наконечником вполне реально нанести анодированному слою механическое повреждение.

Процесс тёплого анодирования состоит из шести этапов:

  • очистка поверхности детали от жира.
  • закрепление на подвеске.
  • анодирование до появления оттенка светло-молочного цвета.
  • промывка холодной водой.
  • окрашивание горячим раствором анилиновой краски.
  • выдержка анодированного металла после окраски в течение 30 минут.

Слои плёнки, полученной методом теплого анодирования, получаются исключительно красивыми. Такой алюминий лучше использовать в конструкциях, не подвергающихся резким внешним воздействиям. Кроме того, анодированный слой является отличной основой для повторного окрашивания из-за высочайшего показателя адгезии красителей. Нанесённая краска будет держаться очень долго.

Холодное анодирование

Технология холодного нанесения анодного слоя предусматривает обработку алюминия при температуре от -10 до +10 °C. Качество металла, обработанного таким образом, несравненно выше, чем при тёплом анодировании.

Алюминий получает отличные физические характеристики:

  • высокую прочность.
  • малую скорость растворения слоя.
  • большую толщину плёнки.

При холодном анодировании нужно обязательно осуществить следующие процедуры:

  • обезжиривание обрабатываемой поверхности.
  • помещение детали на подвеску.
  • анодирование до получения плотного оттенка.
  • промывка в воде с любой температурой.
  • закрепление анодного слоя на пару или в горячей дистиллированной воде.

Отличительной особенностью процесса является большое время принудительного охлаждения. После этого слой анодированного алюминия становится абсолютно невосприимчивым к воздействию агрессивных сред. Только титан спустя несколько десятков лет способен незначительно снизить физические характеристики полученного холодным способом анодированного алюминия.

Покрытие характеризуется исключительной красотой и износостойкостью. У технологии есть только один минус: при повторной окраске можно пользоваться только неорганическими соединениями.

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.

Способность анодной плёнки отлично впитывать красители различного химического состава делают обработанный таким способом алюминий отличным декоративным материалом. Он широко применяется для внешней отделки интерьеров зданий и сооружений.

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!

Оксидирование

Оксидирование – процесс формирования оксидных пленок на поверхности металла. Оксидирование применяется для нанесения оксидных слоев, как в целях защиты, так и для придания металлическому изделию декоративных свойств.

Оксидирование металла можно проводить несколькими способами:

— анодное оксидирование (электрохимическое);

— пламенные методы (микродуговое оксидирование и др.).

Химическое оксидирование

Химическое оксидирование осуществляют обработкой изделия в растворах (расплавах) окислителей (хроматы, нитраты и др.). С помощью данного метода поверхность изделия пассивируют либо нанося защитные и декоративные слои. Для черных металлов химическое оксидирование проводится при температуре от 30 до 100 °С в щелочных либо кислотных составах. Для кислотного оксидирования используют, в основном, смесь нескольких кислот, например, азотная (или ортофосфорная) и соляная кислоты с некоторыми добавками (Ca(NO3)2, соединения Mn). Щелочное оксидирование проводится при температурах немного выше, около 30 – 180 °С. В состав вводят окислители. После нанесения оксидного слоя металлические изделия хорошо промываются и сушатся. Иногда готовое покрытие промасливают или дополнительно обрабатывают в окислительных растворах.

Защитные слои, полученные с применением химического оксидирования, обладают менее защитными свойствами, чем пленки, полученные анодированием.

Термическое оксидирование

Термическое оксидирование – процесс образования оксидной пленки на металле при повышенных температурах и в кислородсодержащих (может быть водяной пар) атмосферах. Термическое оксидирование проводят в нагревательных печах. При термическом оксидировании низколегированных сталей либо железа (операция называется воронение) температуру поднимают до 300 – 350 °С. Для легированных сталей термическое оксидирование проводится при более высоких температурах ( до 700 °С). Продолжительность процесса – около 60 минут. Очень часто термическое оксидирование применяют для создания оксидного слоя на поверхности изделий из кремния. Такой процесс проводится при высоких температурах (800 – 1200 °С). Применяются оксидированные кремниевые изделия в электронике.

Читать еще:  Как согнуть оцинкованный лист своими руками

Анодирование (электрохимическое или анодное оксидирование)

Анодирование — один из способов получения оксидной пленки. Анодирование проводят в жидких либо твердых электролитах. При анодировании поверхность металла, который окисляется, имеет положительный потенциал. Анодирование применяют для получения защитных и декоративных слоев на поверхностях различных металлов и сплавов.

Анодирование наиболее часто применяют для получения покрытия на алюминии и его сплавах. На алюминии получают слои с защитными, изоляционными, износостойкими, декоративными свойствами.

Плазменные методы нанесения оксидных слоев

Плазменное оксидирование проводят при низких температурах в плазме, которая содержит кислород. Плазма для данного вида оксидирования образуется при помощи разрядов постоянного тока, СВЧ, ВЧ разрядов.

Плазменное оксидирование применяют для получения оксидных слоев на различных полупроводниковых соединениях, поверхности кремния. Плазменным оксидированием можно повысить светочувствительность секребряно-цезиевых фотокатодов.

Микродуговое оксидирование

Микродуговое оксидирование (МДО) – метод получения многофункциональных оксидных слоев. Микродуговое оксидирование – походная от анодирования. Позволяет наносить слои с высокими защитными, коррозионными, теплостойкими, изоляционными, декоративными свойствами. По внешнему виду покрытие, полученное микродуговым способом, очень напоминает керамику.

Сейчас это один из самых перспективных и востребованных способов нанесения оксидных слоев, т.к. позволяет наносить сверхпрочные покрытия с уникальными характеристиками.

Процесс микродугового оксидирования ведется, в большинстве случаев, в слабощелочных электролитах при подаче импульсного либо переменного тока. Перед нанесением покрытия не требуется особой подготовки поверхности. Особенностью процесса является то. Что используется энергия от электрических микроразрядов, которые хаотично передвигаются по обрабатываемой поверхности. Эти микроразряды оказывают на покрытие и электролит плазмохимическое и термическое воздействие. Оксидный слой приблизительно на 70 % формируется вглубь основного металла. Только 30 % покрытия находится полностью снаружи изделия.

Толщина покрытий, полученных микродуговым способом, составляет около 200 – 250 мкм (достаточно толстое). Температура электролита может колебаться от 15 до 400 °С, и это не оказывает на процесс особого влияния.

Применяемые электролиты не оказывают вредного влияния на окружающую среду и их срок службы очень долгий. Оборудование – компактное, не занимает много места и просто в эксплуатации.

Рассеивающая способность используемых электролитов высока, что позволяет получать покрытия даже на сложнорельефных деталях.

Микродуговое оксидирование применяется для формирования покрытий в основном на магниевых и алюминиевых сплавах.

Оксидирование алюминия и алюминиевых сплавов

Для эффективной защиты алюминия от коррозии наилучшим способом является создание на его поверхности оксидных слоев. Для этого применяют химическое, электрохимическое либо микродуговое оксидирование.

Анодирование (анодное оксидирование) алюминия

Покрытие может применяться как самостоятельная защита от атмосферной коррозии алюминия и его сплавов, или же, как основа под покраску. Оксидная пленка легок растворима в щелочах, но обладает достаточно высокой стойкостью в некоторым минеральным кислотам и воде.

Состав защитного слоя на алюминии: аморфный оксид алюминия, кристаллическая γ-модификация Al2O3.

Твердость оксидного слоя: на техническом алюминии — порядка 5000 – 6000 МПа, на сплавах алюминиевых от 2000 до 5000 МПа.

Слои, полученные методом оксидировании, отличаются хорошими электроизоляционными свойствами. Удельное электросопротивление составляет 1014 – 1015 Ом·м.

Анодированием можно получать на алюминии слои с различными заранее заданными свойствами. Можно получать твердые и мягкие защитные слои, безпористые, пористые, эластичные, хрупкие. Различные свойства получают при варьировании составом электролита и режимами электролиза.

При оксидировании алюминия в нейтральных или кислых электролитах (в большинстве растворов) поверхность алюминия почти моментально покрывается толстым слоем оксидов.

При электрохимическом оксидировании сначала образуется тонкий слой окислов, а потом кислород, проникает сквозь этот слой, упрочняя и утолщая его. Окисный слой достигает толщины около 0,01 – 0,1 мкм и прекращает свой рост. Этот слой называется барьерным. Для продолжения роста окислов необходимо увеличить напряжение на ванне.

Некоторые электролиты способны растворять оксид алюминия. Если электролит не растворяет оксидную пленку – она достигает толщины, отвечающей заданному напряжению. Это около 1 — 2 мкм. Такие пленки используются при производстве электрических конденсаторов, т.к. они не имеют пор, обладают хорошими электроизоляционными свойствами.

При использовании электролитов, способных растворять оксидный слой, утолщение пленки зависит от двух процессов, которые протекают на аноде:

— растворения пленки под воздействием электролита;

— электрохимического окисления металла у основания пор.

Если скорость окисления алюминия выше скорости растворения окислов, то происходит утолщение окисного слоя. В начале процесса оксидирования скорость окисления больше, скорости растворения, но с течением процесса увеличивается скорость растворения оксидов. Рост пленки прекращается, когда эти две скорости уравниваются.

Толщина оксидной пленки, полученной при анодировании алюминия, зависит от растворяющей способности электролита. А она, в свою очередь, определяется концентрацией кислоты, температурой и другими факторами.

Толщина оксидного покрытия зависит также от состава алюминия и его сплавов. Химически чистый алюминий легче анодировать, чем его сплавы. С увеличение в составе сплава различных добавок труднее получить пленки с хорошими характеристиками. На алюминиевых сплавах, содержащих марганец, медь, железо, магний, покрытие получается шероховатым, неровным. Это объясняется высокой скоростью растворения интерметаллических соединений, в виде которых эти металлы присутствуют в алюминиевом сплаве.

Оксидные пленки на алюминии, полученные методом анодирования, состоят из двух слоев: первый слой, на границе с металлом, беспористый барьерный в толщину от 0,01 до 0,1 мкм; второй слой пористый и достаточно толстый (от 1 мкм до нескольких сотен мкм.). Рост окисного слоя происходит за счет утолщения внешнего слоя.

Химическое оксидирование алюминия

Химическое оксидирование алюминия – самый доступный, дешевый и простой способ получить оксидные пленки на алюминии и его сплавах. Метод химического оксидирования не требует подвода электрического тока. Процесс проводится в растворах хроматов и позволяет оксидировать большое количество деталей одновременно. По качеству полученные пленки уступают слоям, полученным методами, с использованием тока. Толщина оксидных слоев – около 2 – 3 мкм.

В связи с невысокими защитными свойствами окисных слоев, полученных химическим оксидированием, метод не нашел широкого применения (используется довольно редко).

Очень важно при химическом оксидировании алюминия и его сплавов постоянно контролировать температуру и состав электролита. При уменьшении концентрации щелочи в растворе для химического оксидирования – пленки получаются тонкие, а при увеличении и высокой температуре раствора — имеют рыхлую структуру.

Конечная обработка анодно-окисных слоев

Очень часто полученные защитные оксидные пленки подвергаются дополнительной обработке: окрашивание, уплотнение.

Уплотнение анодно-оксидных пленок на алюминии применяют для придания окисным слоям светостойкости, высокой коррозионной стойкости и повышения диэлектрических свойств. Процесс уплотнения основан на способности оксидных слоев впитывать влагу. Во время уплотнения часть оксидов превращается в гидроксиды, которые заполняют полые поры, тем самым уплотняя пленку. На производствах очень часто применяют для уплотнения горячую воду (температура порядка 100 °С). Качество уплотненных окисных слоев зависит от продолжительности обработки, температуры, характеристик самой пленки. Для того чтоб ускорить процесс, в воду добавляют ПАВ и соли. Полученная пленка может быть от светло-серого до темно-серого цвета.

Еще один способ уплотнения оксидных слоев на алюминии – обработка в растворе бихромата калия (около 40 г/л) при температуре 90 – 95 °С. Продолжительность – 20 – 25 минут. На вид пленка зеленого цвета (светлый или с желтоватым отливом).

Защитные свойства оксидных слоев, уплотненных различными способами, примерно одинаковы.

Окрашивание анодно-оксидных пленок на алюминии проводят для придания изделию декоративных свойств.

Окрашивание проводится в различного типа красителях. Оксиды алюминия очень хорошо впитывают и удерживают органические и неорганические красители.

Перед окрашиванием пленку необходимо тщательно промыть от остатков электролита. Процесс пигментации проводят методом окунания в ванну с красящими веществами. Интенсивность и насыщенность цвета зависит от пористости и толщины оксидного слоя.

При использовании органических красителей можно получить большую гамму цветов, но их светостойкость низкая. Чтобы повысить светостойкость уже окрашенные слои дополнительно обрабатывают в уксуснокислых растворах никеля, кобальта и борной кислоты.

При окрашивании с использованием органических красителей процесс ведет в два этапа. Алюминиевое изделие с готовой оксидной пленкой поочередно погружают в раствор одной, а потом другой соли. Между погружениями следует промывка. Процесс ведется при комнатной температуре. В каждом растворе обработка длится 5 – 10 минут.

Если окрашенная пленка должна эксплуатироваться в агрессивной коррозионной среде – ее дополнительно пропитывают парафином либо бесцветным лаком.

Уплотнение окисной пленки на алюминии при окрашивании не происходит.

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector