Мир современных материалов — Анодирование металлов

   Анодирование металла — это процесс электрохимического наращивания оксидной пленки путем анодного окисления.

 Оксидная плёнка, полученная путем анодирования, прочно держится на поверхности своего металла. Возможно формирование оксидной пленки на поверхности металла другим способом — за счет повышения температуры. Но данный процесс возможен только до некоторой толщины, выше которой оксидная пленка трескается, ломается и отслаивается. При анодировании можно получать более толстые оксидные пленки, сохраняющие защитные свойства и прекрасную адгезию к субстрату.

  Анодирование возможно практически для любого металла. Однако при анодировании есть ряд требований к росту пленки и ее адгезии. Во-первых, анодируемый металл должен образовывать только один устойчивый оксид. Образование двух различных оксидов ухудшает адгезию и повышает вероятность растрескивания пленки. По этой причине анодирование железа и меди крайне затруднительно. Во-вторых, при хорошей адгезии к металлу оксидная плёнка должна вместе с тем оставаться пористой, чтобы обеспечить беспрепятственный доступ электролита к поверхности металла для лучшего окисления и ее более быстрого роста. Этим требованием удовлетворяет очень мало металлов. Фактически, анодированию подвергают только алюминий, титан и тантал. Наиболее широко распространено анодирование алюминия.

 Окисление алюминия на аноде сопровождается выделением кислорода. Наиболее распространёнными являются ванны с серной кислотой. В особых случаях применяют ванны с хромовой или щавелевой кислотой. Разряжаемый кислород частично реагирует с алюминием анода, а частично теряется в виде газа. По этой причине образующаяся оксидная плёнка содержит массу микроканалов, через которые к поверхности металла может поступать электролит. В результате толщина оксидной плёнки может достигать довольно больших значений. Данный механизм иллюстрирует рис. 1.

 

 

 

1 — гидратированный Al₂O₃; 2.- Al₂O₃; 3 — основной металл алюминий; 4 — микроканалы внутри плёнки; 5 — электролит (присутствует и внутри микроканалов)

 Рис. 1. Механизм роста оксидной пленки алюминия.

 В начале анодирования толщина пленки мала, ее сопротивление невелико и для поддержания необходимой плотности тока требуется небольшое напряжение. По мере роста толщины пленки и возрастания ее сопротивления, ток падает. При слишком большой толщине пленки она даже может начать растворяться. По закону Фарадея скорость образования пленки зависит от тока. Поэтому необходимо поддерживать требуемую плотность тока на протяжении всего процесса анодирования. Этого можно достичь постепенно увеличивая прикладываемое напряжение по мере анодирования.

 Другой способ состоит в использовании менее крепкой кислоты. Однако ниже определенного значения крепость кислоты уменьшать нельзя. Поскольку в процессе анодирования кислота расходуется, при этом она должна обладать достаточной электропроводностью, иначе повышение прикладываемого напряжения вызовет ее разогрев.

 Рабочие параметры процесса анодирования металлов приведены в табл. 1.

 Таблица 1. Рабочие параметры процесса анодирования металлов.

Рабочие параметры	Ванна на основе хромовой кислоты	Ванна на основе серной кислоты	Ванна на основе щавелевой кислоты
Крепость	3%	10-30%	3-8%
Температура, °С	40-45	20-25	25-30
Напряжение, В	0-40	10-20	50-100
Плотность тока, мА/см2	3-10	4-15	50
Описание плёнки	Полупрозрачная	Прозрачная	Прозрачная
Растворимость плёнки	Слабо растворима	Умеренно растворима	Практически нерастворима
Рассеивающая способность	Почти 100%	Меньше	Ещё меньше
Время процесса, мин	10-30	10-120	~40

 

Ванна не должна содержать более 1% хлоридов. Превышение этого порога повышает риск питтингообразования. По мере протекания процесса нарастает концентрация ионов алюминия. Считается, что эта величина не должна превышать 20 г/л, так как повышение содержания ионов алюминия повышает вязкость. Анод н катод должны отстоять друг or друга как можно дальше. Обычно катод размещают вблизи стенки ванны, а анод — по центру. Получаемая в процессе анодирования оксидная плёнка алюминия пористая, внутри пор накапливаются гидратированные гидроксид и сульфат алюминия, вода и некоторое количество свободной кислоты. После извлечения изделия из кислотной ванны его следует тщательно промыть, чтобы на его поверхности не осталось свободной кислоты.

 Важно, чтобы поры в оксидной плёнке оказались в итоге заполненными. Оксидная плёнка алюминия способна поглотить самые разные вещества, которые могут придать ей тот или иной цвет. Заполнение пустот выполняется в водяной ванне при температуре около 80°С в течение нескольких минут в ванну добавляют около 1% карбоната натрия, который должен нейтрализовать свободную кислоту, если она осталась внутри пленки после промывки. Если не требуется дополнительного окрашивания, то анодированную поверхность обрабатывают ацетатом никеля. Он гидролизуется внутри пор пленки, давая осадок белого цвета.

 В случае дополнительного окрашивания, после завершения требуется заполнить поры пленок. Состав ванн для окрашивания приведен в табл. 2.

 Таблица. 2. Красители, применяемые для окрашивания оксидных плёнок

Первый раствор	Второй раствор	Образующийся краситель	Внешний вид получающейся плёнки
Вода (деионизованная)	—	—	Прозрачная
Аммоний-железа оксалат	—	Fe304	Золотистая
Оксалат хрома	—	Сr20 3	Зелёная
Ацетат кобальта	КМn04	СоО	Бронзового цвета
Ацетат свинца	Аммония гидросульфат	PbS	Коричнево-чёрная

 

 Эффективность полученных защитных покрытий чаще всего проверяют испытанием в соляном тумане.

 Толщина оксидной пленки зависит от цели применения анодированного алюминия:

 Архитектурное применение          2-5 мкм

 Автомобильное применение         8-10 мкм

 Внешние поверхности без регулярного ухода 20 мкм

 Твердое анодирование       50 мкм

 

Литература:

Р. Ангал. Коррозия и защита от коррозии. Изд-во «Интеллект», 2013. – 344 с.
Source: http://worldofmaterials.ru/spravochnik/tests/148-korrozionnye-ispytaniya-obshchie-svedeniya

 

Вас также может заинтересовать:

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.

Компания «ГалСервис» 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.

Фирма «ГалСервис» 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 фирме «ГалСервис», Вы обеспечите долгую и надежную службу металлических изделий.

Анодированный алюминий — что это такое? Как анодировать профиль?

Алюминий сам по себе в обычных атмосферных условиях покрывается оксидной пленкой. Это естественный процесс под влиянием кислорода. Практически использовать его невозможно, так как пленка слишком тонка, почти виртуальна. Но было замечено, что она обладает кое-какими замечательными свойствами, которые заинтересовали инженеров и ученых. Позже они смогли получать анодированный алюминий химическим способом.

Оксидная пленка тверже самого алюминия, а значит, защищает его от внешних воздействий. Износостойкость у деталей из алюминия с оксидной пленкой значительно выше. Кроме того, на покрытую поверхность гораздо лучше ложатся органические красители, следовательно, она имеет более пористую структуру, что повышает адгезию. А это очень важно для изделий с последующей декоративной обработкой.

Так, инженерные исследования и опыты привели к изобретению способа электрохимического образования оксидной пленки на поверхности алюминия и его сплавов, который получил название анодное оксидирование алюминия, – это ответ на вопрос «что такое анодирование».

Анодированный алюминий очень широко применяется в различных областях. Галантерейные изделия с декоративными покрытиями, металлические оконные и дверные рамы, детали морских кораблей и подводных аппаратов, авиационная промышленность, кухонная посуда, автомобильный тюнинг, строительные изделия из алюминиевого профиля – далеко не полный перечень.

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.

Время зависит от размеров покрываемых деталей. Мелкие получают слой пленки 4–5 микрон уже через 15–20 минут, а более крупные висят в ванне до 1 часа.

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.

Применение других электролитов для получения анодированного алюминия

Есть и другие электролиты для получения оксидной пленки на алюминии, основы процесса анодирования остаются те же, меняются лишь режимы тока, время процесса и свойства покрытия.

• Щавелевокислый электролит. Это раствор щавелевой кислоты 40–60 г/л. В результате анодирования пленка выходит желтоватого цвета, имеет достаточную прочность и отличную пластичность. При изгибании покрытой поверхности слышен характерный треск пленки, но свойства она от этого не теряет. Недостатком является слабая пористость и ухудшенная адгезия по сравнению с сернокислым электролитом.
• Ортофосфорный электролит. Раствор ортофосфорной кислоты 350–550 г/л. Получаемая пленка очень плохо окрашивается, зато отлично растворяется в никелевом и кислом медном электролите при осаждении этих металлов, то есть применяется в основном как промежуточный этап перед омеднением или никелированием.
• Хромовый электролит. Раствор хромового ангидрида 30–35 г/л и борной кислоты 1–2 г/л. Полученная пленка имеет красивый серо-голубой цвет и похожа на эмалированную поверхность, процесс получил отсюда название эматалирования. В настоящее время эматалирование очень широко применяется и имеет ряд других вариантов состава электролита, на основе других кислот.
• Смешанный органический электролит. Раствор содержит щавелевую, серную и сульфосалициловую кислоты. Цвет пленки отличается в зависимости от марки сплава анода, характеристики покрытия по прочности и износостойкости очень хорошие. Анодировать в данном электролите можно не менее успешно алюминиевые детали любого назначения.

Преимущества применения алюминиевого анодированного профиля

Анодированный алюминиевый профиль применяется для изготовления навесных вентилируемых фасадов, монтажных лестниц, поручней. Защитная пленка не только защищает сам металл, но и ваши руки от серой алюминиевой пыли. Женщинам интересно будет узнать, что алюминиевые вязальные спицы тоже анодируют, чтобы не пачкались ручки мастерицы. Но и в строительстве анодированный алюминий получил свое применение.

Анодирование алюминиевого профиля используют при монтаже навесных вентилируемых фасадов в высоко- агрессивных средах. Высоко- агрессивные среды- это приморские районы ( из-за высокого содержания солей в воздухе) или территории вблизи заводов. Города миллионники редко имеют высоко- агрессивную среду, чаще средне- агрессивную. Присвоение класса агрессивности происходит на уровне специальных служб сан-эпидемического надзора по согласованию с администрацией города – нужно искать в их постановлениях.

Еще одно важное преимущество – окраска анодированной поверхности. Наверное, это основной плюс описанного процесса. Появилась возможность декоративной обработки изготовленных алюминиевых изделий, что сразу принесло к большому распространению его применения.

Высокая износостойкость анодной пленки способствовала увеличению содержания анодированных алюминиевых деталей в общем объеме судостроительных и авиастроительных предприятий.

Фасады многих Олимпийских объектов в Сочи выполнены с помощью технологии Навесной Вентилируемый Фасад на алюминиевых анодированных системах.

Похожие статьи

Что такое анодированный алюминий — твойдомстройсервис.рф

Новогодняя Акция Заказывая сруб дома из бревна, Вы получаете бревенчатую баню 3*3 метра в подарок. Срок Акции ограничен, Поторопись!

На сегодняшний день алюминий остается очень важным и востребованным материалом для изготовления всевозможных деталей, подделок и прочее. Можно перечислить массу его преимуществ, например, небольшой вес, достаточная прочность, не подвергается коррозии, его легко обрабатывать для дальнейшего использования. Но при всем этом, многих не привлекает его внешний вид. Если вы хоть раз пробовали красить алюминий, то ваши попытки могли заканчиваться безуспешно, ведь краска держится на алюминии очень плохо. Если его использовать без краски, то очень скоро он покроется темными пятнами. Чтобы все это не допустить, была разработана технология анодирования алюминия. Предлагаем вам рассмотреть вопрос о том, что такое анодированный алюминий, какие существуют его разновидности, в каких сферах используется анодированный алюминий и можно ли анодировать этот материал своими руками.

Анодирование – что это

Под анодированием подразумевается анодное оксидирование. То есть это процесс, в результате которого на поверхности алюминия образуется или появляется оксидное покрытие. Вследствие этого процесса происходит окисление металла. В результате алюминий становится неуязвимым для негативного воздействия извне. То есть окисленное место становится намного прочнее.

Зачем анодировать

Как уже говорилось выше, при взаимодействии алюминия с кислородом, на его поверхности образуется пленка. Она предотвращает окисление. Но здесь есть важный нюанс, эта пленка из природного оксида очень тонкая. Как следствие она может прорываться. И чтобы исключить это, было решено анодировать алюминий. Как следствие, металл приобретает намного лучшие технические характеристики.

Так, анодированный алюминий не подвергается коррозии. Образующаяся пленка устойчива к износу. Спустя время, это покрытие не будет даже отслаиваться. Здесь важно понимать еще один нюанс, почему это стало возможным. Некоторые металлы покрывают хромом или цинком. В случае алюминия его ничем не покрывают. Эта пленка образуется непосредственно на самом металле сама по себе.

Так, к этой процедуре прибегают с целью, придать металлу более декоративный внешний вид, например, тот или иной оттенок. Примечательно то, что цвет анодирования можно изменять. Для этого следует применять анилиновые красители, которые используются при покраске одежды.

Если говорить за промышленные технологии, то там анодируют алюминий в растворе серной кислоты 20 процентов. Что касается домашних условий, то данная технология небезопасна, поэтому необходимо использовать другую методику.

Применение анодированного алюминия

Существует множество сфер использования для достижения абсолютно разных целей. Сейчас рассмотрим их:

Основа для окраски. Защищенное покрытие способно удерживать слой краски продолжительное время. Для этого осуществляется соединение органического покрытия с хромовым анодным. Даже если слой краски повредится, его легко восстановить, а самому изделию не грозит коррозия и прочее. Данная технология эффективна при нанесении органических красок.

Защита от коррозии. Эта защита способна справляться с воздействием даже соленой воды.

В дизайне. Использование специальных красителей можно придавать алюминию абсолютно разные цвета. Благодаря этому изделиям можно придавать красивый внешний вид.

Чистые руки. Нередко алюминий используется для создания перил, рукояток, поручней и прочее. Если он будет без анодного покрытия, то на руках могут оставаться следы. Чтобы это исключить все эти детали анодируют, что позволяет держать руки в чистоте. Для достижения таких результатов поры анодного покрытия наполняются.

Отражение в проекторах. Технология сернокислого анодирования используется для защиты отражателей прожекторов. Это отражение будет сохраняться годами. А если необходимо почистить его поверхность, то для этого нет никаких проблем.

В тепловых отражателях. Используется анодированный алюминий в нагревательных рефлекторах. Поверхность легка к любому очищения. Может использовать в помещениях с повышенной влажностью. Толщина покрытия составляет 1 микрон.

Эффективная борьба с износом и трением. За счет более твердого покрытия значительно снижается износ. В этом случае анодное покрытие может достигать до 60 микрон.

Электрический изолятор. В некоторых типах трансформаторов сегодня принято использовать алюминиевую ленту, в обязательном порядке анодированную. Такое покрытие прекрасно сопротивляется воздействию тепловой энергии.

Методики анодирования

Анодировать алюминий можно разными способами, по крайней мере, мы упомянем о двух:

Теплое анодирование.

Холодное анодирование.

Рассмотрим важные особенности каждой технологии.

Теплое анодирование

Выполняется эта работа при комнатной температуре от 15 до 20 градусов по Цельсию. Процедура известна как легкоповторяемая. При простых манипуляциях можно получить красивый результат. Однако, данный способ не позволяет достигать прекрасной антикоррозийной защиты. При контакте материала с агрессивной средой, коррозия может проявиться. Также заготовка не будет отличаться хорошей механической защитой. Например, покрытый материал легко поцарапать даже иголкой, а иногда можно стереть и рукой.

Но с другой стороны, это покрытие служит прекрасным основанием для дальнейшей обработки материала. Процесс анодирования проходит в такой последовательности:

Заготовка обезжиривается.

Изделие крепится в подвеске.

В ванне необходимо анодировать заготовку до молочно-мутного оттенка.

После в холодной воде осуществляется процесс промывки.

Далее происходит процесс окраски заготовки. Для этого используется горячий раствор анилинового красителя.

На протяжении 30 минут происходит заключительный этап – закрепление всех слоев.

Холодное анодирование

Под этим подразумевается то, что процесс анодирования происходит при температуре от -10 до +10 градусов по Цельсию. Благодаря этому можно достичь намного лучшего качества, твердости и прочности анодного покрытия. Холодный процесс прекрасно демонстрирует небольшую скорость растворения внешней пленки. Как следствие, образуется толстый слой. Совсем обратная ситуация при теплом процессе.

Итак, для достижения таких результатов необходимо создать условия принудительного охлаждения. Без этого создать красивое и износоустойчивое покрытие создать будет невозможно. Если говорить о минусе этой технологии, то она заключается в следующем: поверхность нельзя окрасить органическими красителями.

Технологический процесс того, как происходит холодное анодирование алюминия выглядит так:

• Поверхность тщательно обезжиривается.
• Заготовка крепится в подвеске.
• В ванне происходит процесс анодирования до образования плотного оттенка.
• Осуществляется промывка в холодной и горячей воде.
• Далее происходит процесс варки заготовки в дистиллированной воде. Также изделие выдерживается на пару. Эти действия позволяют закрепить все образовавшиеся слоя.

Думайте о безопасности

Итак, выполнить этот процесс в домашних условиях можно, но для этого следует быть крайне предусмотрительным и соблюдать технику безопасности. Лучше всего делать это на открытом воздухе. Ведь кислота является очень опасным веществом. И это даже несмотря на то, что вы будете использовать большой концентрат кислоты.

Важно! Если она попадет на кожу, то вы испытаете неприятный зуд. Но если случайно попадет в глаза, то это может привести к серьезным последствиям.

Итак, для работы следует использовать защитную одежду, перчатки и очки. Плюс ко всему, всегда иметь рядом раствор соды или ведро чистой воды.

Заключение

Итак, вот мы и узнали с вами, что такое анодированный алюминий. Мы рассмотрели сферы его использования и варианты того, как выполнить подобную работу самостоятельно. В дополнении ко всему, предлагаем просмотр видео, которое закрепит все полученные знания из этой статьи о том, как анодировать алюминий своими руками. Мы уверены в том, что вы справитесь со всеми работами самостоятельно без посторонней помощи.

• Утеплитель фольгированный

• Как утеплить дом пенопластом снаружи своими руками

• Пленка для мебели

• Плинтус для ванны

Для чего нужно анодирование — ОКСИ Про

Алюминий имеет свойство в естественной среде соединяться с кислородом, таким образом образуя защитную плёнку на своей поверхности. Именно этот слой позволяет металлу не окисляться. Этот природный оксид подвержен повреждению, так как представляет собой довольно тонкий слой. Специальный процесс анодирования может решить этот вопрос, сделав металл более прочным и устойчивым к внешним факторам. После анодирования коррозия не грозит алюминию. Кроме того, образовавшаяся в результате анодирования плёнка обладает большой износостойкостью, так как она не отслаивается от обработанной детали со временем.

К преимуществам анодирования относятся следующие факторы:

• защитные свойства, приобретённые после процесса;
• матовость и однородность поверхности металла;
• устранение всех возможных повреждений вроде царапин или полос, которые могут образоваться в результате повреждения;
• отличные декоративные качества;
• требуемая толщина защитного покрытия алюминия;

Также большой популярностью пользуется декоративное анодирование металла. Такой вид анодирования может проводиться с механической обработкой или вовсе без неё. Этот момент зависит от характеристик качества, которые предъявляют к уже готовой детали. Основная функция этого вида анодирования – придание металлу необходимый оттенок.  Обычно ими бывают следующие оттенки: жемчуг, светлое или тёмное золото, серебро с матовым отблеском.

Этапы анодирования

Каждый определённый этап анодирования алюминиевой детали придаёт профилю очередное преимущество. Например, подготовка к самому процессу заключается в погружении детали в специальный щелочной раствор, результатом которого является полное очищение металла от масел и других видов загрязнений.

После промывки, которая производится в растворе из каустической соды, удаляется тонкий слой алюминия, который мог бы мешать важному процессу анодирования. Сам процесс анодирования придает алюминиевой детали более плотную поверхность, которая обеспечивается слоем оксидной плёнки. Дополнительные декоративные моменты анодирования придают изделию некоторый блеск и цвет. А процесс уплотнения в свою очередь помогает закрыть поры профилю, имеющему достаточно пористую структуру.

В целом можно сделать вывод, что анодирование необходимо алюминиевому профилю, если вы хотите защитить его от коррозии и других повреждений. Кроме того, анодирование придаст изделию приятный эстетический вид.

В последние годы преимуществ анодирования становится больше и больше, поэтому спрос на него заметно повышается. Также в некоторых случаях вы можете совершить процесс анодирования в домашних условиях, соблюдая необходимые правила.

Наиболее распространён процесс анодирования в сфере строительства и архитектуры.

Анодирование

 

Термины и понятия

Сначала о терминологии

Для краткости будем применять вместо «гостовских» эквивалентных наименований «анодное окисление» и «анодное оксидирование» более короткий, но с тем же смыслом, термин «анодирование», а вместо «гостовского» «анодно-окисное покрытие» – более простое и популярное «анодное покрытие». 

Что такое анодирование

Анодирование – это метод повышения коррозионной стойкости металлического изделия путем формирования слоя оксида на его поверхности. Изделие, которое обрабатывается, является в этом электролитическом процессе анодом. Анодирование повышает стойкость поверхности изделия к  коррозии и износу, а также обеспечивает более высокую адгезию для красок и клеящих веществ, чем просто «голый» алюминий.

Анодные покрытия могут также применяться как декоративные покрытия или в виде пористого покрытия, которое может впитывать различные красители, или в виде прозрачных покрытий, которые дают интерференционные эффекты при отражении света. Такие интерференционные покрытия применяют, например, на велосипедах или одежде велосипедистов, чтобы их можно было хорошо видеть ночью.

Как происходит анодирование

Процесс создания этого защитного оксидного покрытия происходит электролитически. Металлическое изделие, на котором нужно получить анодное покрытие (обычно алюминий) погружают в ванну с электролитическим раствором. В этой же ванне установлены катоды, обычно вдоль бортов ванны. Когда электрический ток проходит через раствор кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Это приводит к тому, что на аноде – алюминиевом изделии – начинает расти оксидная пленка.

В зависимости от назначения анодного покрытия и применяемого процесса анодирования можно получать анодное покрытие с различными характеристиками. Анодное покрытие, которое  может вырастать на алюминиевом изделии,   способно иметь толщину в 100 раз больше, чем оксидное покрытие, которое образуется на алюминии естественным путем.

Поскольку металлическое изделие является «анодом» в этом электролитическом процессе, то весь этот процесс называют «анодированием».

 Анодирование металлов

Хотя на различных металлах, включая титан, гафний, цинк и магний, также могут формироваться анодное покрытие, обычно под анодированием подразумевают анодирование алюминия и его сплавов.

Зачем анодировать алюминий?

Популярность алюминия во многом связана с его хорошей естественной коррозионной стойкостью. Она достигается из-за высокого химического сродства алюминия к кислороду, то есть их большого взаимного стремления вступать друг с другом в реакцию с образованием оксида алюминия. Эта очень тонкая оксидная пленка мгновенно покрывает любую свежую поверхность алюминия сразу после ее контакта с воздухом. Однако в некоторых случаях необходимо иметь более высокую степень защиты (коррозионной или химической), модифицировать внешний вид поверхности (цвет, текстуру и т.п.) или создать заданные физические свойства поверхности (повышенная твердость, износостойкость или адгезия). В таких случаях прибегают к анодированию алюминия и алюминиевых сплавов.

Рисунок 1 – Схема процесса анодирования

Виды анодирования

Организация QUALANOD подразделяет анодирование алюминия на четыре основных типа с различными требованиями к их характеристикам и свойствам:

• архитектурное (строительное) анодирование
• декоративное анодирование
• промышленное анодирование
• твердое анодирование.

Анодные покрытия подразделяется на классы по их толщине:

• минимально допустимая средняя толщина и
• минимально допустимая локальная толщина.

Например, класс АА20 означает, что средняя толщина покрытия должна быть не менее 20 микрометров. Минимальная локальная толщина покрытия обычно должна быть не менее 80 % от минимальной средней толщины. Для класса АА20 это составляет 16 мкм.

Архитектурное анодирование

Это анодирование для производства архитектурной отделки изделий, которые постоянно находятся в наружных условиях и в стационарном состоянии. Самыми важными характеристиками анодированного изделия считается  внешний вид и длительный срок службы.

Для анодированного алюминия степень защиты от точечной (питтинговой) коррозии алюминия возрастает с увеличением толщины анодного  покрытия. Следовательно, срок службы архитектурного или строительного элементы в значительной степени от толщины анодного покрытия. Однако для получения более толстого анодного покрытия требуется значительно большие затраты электрической энергии. Поэтому так называемое «переанодирование» не рекомендуется.

Архитектурное анодирование имеет следующие классы:

• АА10
• АА15
• АА20
• АА25

Выбор толщины анодного покрытия для наружных алюминиевых конструкций зависит от агрессивности атмосферы и обычно устанавливается в национальных нормах. Кроме того, применение некоторых красящих составов требует класса толщины 20 мкм или выше. Это нужно для достижения хорошего заполнения пор красителем и повышенной стойкости окрашенного покрытия к солнечному свету.

Декоративное

Этот тип анодирования алюминия предназначен для производства декоративной отделки изделий. Главным критерием качества является однородный или эстетически привлекательный внешний вид.

Декоративное анодирование имеет следующие стандартные классы толщины:

• АА03
• АА05
• АА10
• АА15

Промышленное и твердое

Промышленное анодирование алюминия применяют для производства функциональной отделки поверхности изделий, когда внешний вид является второстепенной характеристикой. Целью твердого анодирования является получение покрытие с высокой износостойкостью или высокой микротвердостью.

Очень часто, например, в автомобилестроении или медицинском оборудовании, внешний вид изделия не имеет значения, но наиболее важной характеристикой является стойкость к износу и/или способность подвергаться эффективной чистке и иметь высокие гигиенические требования. В таких случаях именно эти свойства анодированного алюминия являются главными.

Если главным свойством является высокая износостойкость, применяют особый вид анодирования – твердое анодирование. Оно производится при пониженных, часто отрицательных, температурах электролита

Толщина промышленного и твердого анодного покрытия обычно составляет от 15 до 150 мкм. Резьбы и шлицы могут иметь покрытие до 25 мкм. Для получения высокой электрической изоляции часто требуется толщина анодного покрытия от 15 до 80 мкм. Покрытия толщиной 150 мкм применяют для ремонта деталей.

Технология

Электрохимия

Анодирование алюминия относится к электрохимическим процессам формирования стабильных оксидных покрытий (пленок) на поверхности металлов. Анодирование алюминия и алюминиевых сплавов может происходить с участием разнообразных электролитов с применением источников прямого или переменного тока или их комбинаций. При этом алюминиевое изделие (далее для определенности – профиль) всегда является анодом, то есть его подключают к положительному полюсу источника тока, а другой подходящий металл или сплав – катодом и его подключают к отрицательному полюсу (рисунок 1).

Анодные покрытия различают по типам электролитов, которые применяют при их получении. Покрытия бывают  пористыми, например, в фосфорном и сернокислом электролитах, а также так называемыми «барьерными» – совсем без пор. Барьерные анодные покрытия обладают высоким электрическим сопротивлением и их применяют, например, при изготовлении электрических конденсаторов.

Сернокислое анодирование

Обычным, наиболее популярным и широко применяемым для алюминиевых профилей в строительных конструкциях является сернокислое анодирование алюминия. Этот вид анодирования отличается высокой технологичностью и позволяет получать покрытия в широком интервале толщин. Сернокислое анодное покрытие применяют как без дополнительного окрашивания – его называют бесцветным, так и с последующим окрашиванием по одному из нескольких известных способов – его называют цветным анодированием. Заключительной операцией обычно всегда является операция наполнения (или уплотнения) пор.

Анодирование или окраска алюминия

Сернокислое анодное покрытие образуется в результате «реакции» алюминия с ионами раствора серной кислоты. Оно занимает больший объем, чем исходный  алюминий и поэтому в результате анодирования происходит увеличение толщины изделия. При сернокислом анодировании это увеличение составляет приблизительно одну треть от общей толщины покрытия. В этом заключается коренное отличие анодного покрытия от, например, порошкового (рисунок 2):

• анодное покрытие формируется из поверхностного слоя алюминия,
• порошковое покрытие – на поверхности алюминия.  

Рисунок 2 – Изменение толщины изделия при анодировании и
порошковом окрашивании 

Способы анодирования алюминия

Конкретный способ анодирования зависит от вида изделия. Например, небольшие изделия или детали, могут анодировать «насыпью» в барабанах или корзинах. Профили длиной до 7 м, иногда до 10 м, анодируют на специальных навесках. Эти навески обычно представляют собой несколько токопроводящих стержней, рамок или каркасов, к которым прочно и достаточно жестко крепятся профили (см. рисунок 1). Прочное крепление профилей необходимо как для того, чтобы они, не свалились с навесок и прошли все циклы «окунания» и «полоскания» в ваннах, в том числе при интенсивном перемешивании растворов и промывочных вод (барботировании)/ Кроме того, что еще важнее, прочное крепление изделий к навескам должно обеспечивать постоянный и надежный электрический контакт профилей с положительным полюсом источника тока непосредственно в процессе анодирования.

Подготовка поверхности алюминия

Типичная линия анодирования алюминиевых профилей показана на рисунке 3.

На линию анодирования алюминиевые профили подают или прямо после прессования, или после предварительной механической подготовки поверхности (обработки стальными щетками, обработки дробью, полирования, шлифования и т.п.).

• Первой операцией процесса анодирования является навешивание профилей на навески. Навеска с алюминиевыми профилями обычно сначала проходит  щелочное обезжиривание, а затем щелочное травление для удаления с поверхности профилей различных загрязнений: масел, твердых частиц и оксидной пленки.
• После щелочного травления проводят обработку навески в ванне осветления (desmutting), чаще всего – сернокислой (80-100 г/л), для удаления с поверхности темных продуктов щелочного травления.
• Обработка в ваннах с рабочими растворами сопровождается тщательной промывкой изделий в воде, последняя промывка перед анодированием – в деминерализованной. После этого изделие, в принципе, готово к анодированию.

Рисунок 3 – Типичная линия ванн для анодирования алюминиевых профилей [1]

Матовое анодирование

При особых требованиях к анодированной поверхности проводят дополнительную обработку поверхности профилей: матовое травление, а также химическое или электрохимическое осветление. Матовое травление обычно проводят в щелочных ваннах специального химического состава. При этом поверхностный слой алюминия заданной толщины удаляется вместе с различными поверхностными дефектами, а поверхность становится матовой (рисунок 4).

 
Рисунок 4- Матовая и блестящая поверхность анодированного алюминия [3]

Матовая поверхность максимально рассеивает свет и делает «невидимыми» оставшиеся дефекты поверхности. Если готовая продукция должна иметь блестящую или зеркальную поверхность, то перед анодированием изделия подвергают химическому или электрохимическому осветлению. При этой процедуре с поверхности изделия удаляется алюминий и образуется очень гладкая поверхность с очень большой отражательной способностью.

Наполнение анодного покрытия

После анодирования профили или отправляют дальше по линии на окрашивание, или сразу направляют на наполнение пор, если это бесцветное анодирование. Операцию наполнения (или уплотнения) после бесцветного анодирования или цветного анодирования проводят затем, чтобы «закрыть», «закупорить» поры анодного покрытия. Эта операция является очень важной для обеспечения длительного сохранения внешнего вида анодированного изделия. После операции наполнения изделия при необходимости подвергают сушке, снимают с навесок и отправляют на приемку и упаковку.

Рисунок 5 – Гидротермическое наполнение анодного покрытия [2]

Контроль качества

Контроль толщины анодного покрытия

Обычно для приемо-сдаточного контроля качества анодированных алюминиевых профилей достаточно контроля внешнего вида, толщины анодного покрытия и качества наполнения. Толщина покрытия является одним из самых важных параметров и есть много методов ее измерения. Обычно толщину покрытия измеряют прибором, работающим на принципе вихревых токов. В спорных случаях применяют металлографические исследования поперечного сечения изделия.

Контроль наполнения анодного покрытия

Метод капли

Для быстрого контроля качества наполнения часто применяют один из вариантов так называемого «метода капли». В качестве контрольного или арбитражного испытания применяют методы потери массы образцов изделий.

Сущность неразрушающего «метода капли» заключается в оценке степени поглощения красителей анодированной поверхностью после того, как она была обработана соответствующим химическим реагентом. Различные варианты метода капли с предварительной кислотной обработкой поверхности устанавливают  стандарты ISO 2143:2010 (он же – EN ISO 2143:2010 и он же – бывший EN 12373-4) и ГОСТ 9.302-88.

Метод капли по ISO 2143:2010

Стандарт Qualonod [1] считает приемлемым степени (рейтинга) интенсивности пятна не ниже 2 (рисунок 6). Если рейтинг составляет 2, то стандарт требует выполнить испытания на потерю массы или выполнить повторное наполнение.

Рисунок 6 – Критерии качества наполнения по методу капли согласно ISO 2143:2010

Метод капли по ГОСТ 9.031-74

Вариант метода капли без предварительной кислотной обработки c двумя вариантами материала капли – красителя или масла – дает ГОСТ 9.031-74.

Метод потери массы

Испытание на потерю массы основано на установленном факте, что не наполненное или недостаточно наполненное анодное покрытие быстро растворяется в кислотной среде, тогда как хорошо наполненное покрытие выдерживает длительное погружение без заметного воздействия на него. Варианты метода изложены в стандартах ISO 3210:2010 (он же – EN ISO 3210:2010 и он же – бывший EN 12373-7), а также ГОСТ 9.302-88 и ГОСТ 9.031-74.

Источники:

1. Стандарт Qualanod (01.01.2018)
2. TALAT 5203.
3. Tom Hauge, Hydro Aluminium, IHAA Symposium, 2014, New York.

холодный и теплый метод, домашняя обработка

Анодированием металла называют электрохимическую обработку, в результате которой на поверхности объекта обработки образуется оксидная пленка. Барьерное покрытие прекрасно предохраняет изделие из титана от окислов и ржавчин, а также имеет декоративный внешний вид. Процедуру анодирования металлических сплавов можно осуществить самостоятельно, используя подручные средства.

Цель анодирования титана

В процессе анодирования изделие из титана покрывается оксидной пленкой, которая образуется из самого металла в результате электрохимической реакции.

Анодирование изделий из титана также называют анодным оксидированием. Если сравнивать анодирование в условиях промышленного производства с применением специального оборудования и самостоятельное покрытие оксидной пленкой, то, конечно, второй способ несколько уступает качеством результата. Но тем не менее металл, обработанный в домашних условиях, приобретает ряд неоспоримых преимуществ:

1. Оксидная пленка выполняет защитные функции, не позволяя влаге проникнуть к металлической основе изделия. Барьер предотвращает образование коррозии, что продлевает сроки эксплуатации предметов быта из титанового сплава.
2. Анодирование титана укрепляет поверхность изделия и делает его более устойчивым к различным видам внешних повреждений.
3. Металлические изделия после анодного оксидирования частично или полностью теряют способность проводить электрический ток.
4. Посуда с оксидным покрытием выдерживает длительный нагрев, обладает антипригарными свойствами и не выделяет токсичных веществ во время приготовлении пищи.
5. Если изделие из титана прошло оксидную обработку, это не является препятствием к другим видам обработки посредством гальванизации.
6. Регуляция силы тока и составляющих электролитической жидкости позволяют сделать оксидное покрытие не только более прочным, но и красивым. Применение красителей позволит придать изделию привлекательный внешний вид.

Анодирование титана в условиях производства позволяет провести более глубокую обработку деталей, однако даже в домашних условиях можно добиться повышения износостойкости металлических изделий.

Способы и методы

В домашних условиях обработку титана осуществляют с использованием холодной или теплой технологий.

Холодный метод

Согласно уравнению оптимальная температура, при которой необходимо осуществлять процессы анодирования по данной технологии, – 0 °C. Однако допустимы колебания от –10 до +10 °C. Именно при таких температурных нормах происходит образование прочной и целостной оксидной пленки на поверхности детали из титанового сплава. Холодный метод позволяет в домашних условиях провести процедуру твердого анодного оксидирования.

При правильной регулировке силы тока можно осуществить напыление с помощью гальваники, используя в качестве материала золото, медь или хром. Такое барьерное покрытие защитит изделия из титана от окислов и ржавчин, что продлевает срок его службы до нескольких десятков лет.

Главный недостаток такой технологии анодирования – невозможность дальнейшей покраски объекта обработки.

Теплый метод

Самый доступный метод для реализации в домашних условиях. Анодирование можно проводить при комнатной температуре воздуха.

Технология предусматривает использование органических красителей, благодаря которым металлу можно придать удивительно красивый декоративный вид. Подойдут как готовые красящие составы, так и подручные красители из домашней аптечки: йод, зеленка, марганцовка, йодинол и прочее.

К сожалению, такая технология не рассчитана на проведение твердого анодирования. Барьерные свойства оксидной пленки очень слабые, как и защита от механических повреждений. Однако при дальнейшем окрашивании оксидное покрытие проявляет высокие адгезивные способности. Эмалевые краски прекрасно сцепляются с таким покрытием, и в свою очередь обеспечивают изделию из титана надежную защиту от коррозии.

Анодирование титана в домашних условиях

В домашних условиях анодирование осуществляется по следующей схеме:

1. В контейнер, который не обладает электропроводимостью (стекло или пластмасса), помещают электролит.
2. Собирается электрическая цепь, где источником электрического тока с постоянным напряжением может выступать блок питания (аккумулятор).
3. Изделие из титана, которое нужно обработать, подключается зажимом к положительному заряду, после чего помещается в резервуар с электролитическим раствором.
4. К отрицательному заряду крепятся пластины из нержавеющей стали из свинца, после чего также погружаются в электролит.

Если деталей, подключенных к «-», несколько, их необходимо расположить на одинаковом расстоянии от титанового сплава.

5. Цепь активируется с помощью источника электрического тока, после чего деталь из титана начинает выделять кислород, способствующий образованию оксидного покрытия.

Не стоит забывать о предварительной подготовке изделия из титанового сплава к процедуре анодирования. Детали необходимо очистить от загрязнений и элементов ржавчины, после чего отполировать и промыть чистой водой. Титановый сплав должен несколько часов провести в щелочном растворе, после чего поверхность изделия тщательно обезжиривается.

Только после вышеперечисленных подготовительных мер титан можно погружать в электролит и приступать к анодированию.

Если у вас есть опыт проведения процедуры анодирования титана в домашних условиях, вы можете поделиться им в комментариях.