Что такое анодированный алюминий? Применение, методики анодирования

Анодирование – технология обработки алюминия, в результате которой на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка. Она имеет большую прочность и предотвращает дальнейшее окисление металла, поэтому анодированные алюминиевые детали служат значительно дольше. Образование защитной пленки электрохимическим методом широко применяется для самых разных изделий, от бытовых предметов до деталей самолетов и автомобилей.

Как проводится анодирование?

Чтобы получить анодированный алюминий, металлическое изделие помещают в гальваническую ванну с 20-22% раствором серной кислоты. По краям емкости устанавливаются пластины, изготовленные из свинца или из химически чистого алюминия. Покрываемые детали в электрохимическом процессе играют роль анода, поэтому он получил такое название. Они закрепляются или подвешиваются в гальванической емкости, при этом между катодом и анодом должен присутствовать большой слой электролита – кислотного раствора.

На детали подается электрический ток со следующими параметрами: постоянный ток силой 1,0 – 2,5 А/дм2, переменный — 3,0 А/дм2. Продолжительность обработки зависит от размеров деталей. Мелкие предметы получают необходимый слой оксидной пленки толщиной 4-5 микрон уже за несколько минут, более крупные изделия необходимо держать под действием электрического тока в течение часа.

После завершения процесса детали извлекают из гальванической ванны и промывают под проточной водой, после этого они проходят нейтрализацию. Их погружают в отдельную емкость с 5%-ным аммиачным раствором. Дополнительно может быть проведена финишная обработка путем погружения в раствор бихромата калия. Он придает изделиям характерный зеленоватый оттенок и обеспечивает повышенную стойкость к коррозии.

Что дает анодирование алюминия?

В результате электрохимической обработки металл приобретает особые свойства и преимущества:

• Неподверженность коррозии. Обработанные изделия приобретают высокую стойкость к агрессивным воздействиям внешней среды.
• Долговечность. Пленки из хрома или цинка способны отслаиваться со временем, а оксидная пленка образуется непосредственно из самого металла, поэтому она не может отслоиться.
• Улучшение декоративных качеств. Металл долгое время сохраняет приятный блеск, на нем не появляются темные пятна. В процессе могут участвовать различные красители, благодаря чему покрытию придаются самые разнообразные оттенки.
• Пригодность для вторичной переработки. При анодировании не применяются дополнительные наслоения металлов и других химических веществ, поэтому детали можно перерабатывать и использовать вновь.

Все эти плюсы обеспечили методу широкое применение. Анодирование используется повсеместно для обеспечения долговечности металлических изделий и предотвращения коррозии. Метод считается относительно недорогим, поэтому он лишь незначительно увеличивает стоимость готовых изделий.

Возможности применения анодированного алюминия

Анодированные детали используются в самых разнообразных сферах. Этим способом обрабатываются предметы интерьера, посуда, поручни и другие изделия, которые используются каждый день. Также этот процесс используют для навесных алюминиевых фасадов – они приобретают повышенную стойкость к внешним атмосферным воздействиям.

Анодирование применяют для защиты от коррозии деталей различной техники. Это комплектующие автомобилей, самолетов, судов, всевозможных летательных аппаратов. Обработка увеличивает прочность и обеспечивает повышенную стойкость к нагрузкам.

что это и где применяется

Алюминий — это металл, который легко окисляется на воздухе. Процесс окисления создает на поверхности алюминиевого изделия оксидную пленку. Она оберегает металл от дальнейшего окисления, но не способна полноценно защитить алюминий от коррозии в силу своих небольших размеров. На основе этих свойств металла был разработан метод защиты алюминиевых деталей — анодирование. Методика предусматривает создание более прочного слоя пленки, чем при натуральном процессе, что положительно сказывается на свойствах товара.

Важным является то, что не любой сплав алюминия можно подвергнуть анодированию. Серия сплава может повлиять на конечные свойства продукта, поэтому к процессу подходят с особой внимательностью. Некоторые сплавы не подходят под данный процесс, так как образуют ненадежный слой или непривлекательный цвет. Лучше всего для создания надежного оксидного слоя подходят марки 5-7.

Материалы, защищенные от коррозии методом анодирования, приобретают ряд преимуществ:

• повышенная стойкость к действиям окружающей среды, позволяющая применять материал для конструирования судов и опор мостов;
• привлекательный внешний вид, позволяющий применять такие изделия в декоративных целях;
• низкая стоимость производства;
• простой технологический процесс;
• стойкость к механическим повреждениям, царапинам и трещинам. Это делает возможным применение такого металла в условиях с повышенной механической нагрузкой, например, в самолетостроении и автомобилестроении;
• негорючесть. Оксидный слой становится единым целым с деталью на молекулярном уровне, что делает невозможным его возгорание;
• не токсичность изделия;
• возможность вторичной обработки. Анодированный алюминий пригоден для вторичной обработки благодаря отсутствию дополнительных химических элементов в его составе;
• длительный срок эксплуатации изделия;
• низкая масса;
• тепловые свойства. Алюминий, покрытый черном слоем оксида, способен выступать в качестве радиатора, а изделия из него с отражающей поверхностью могут выступать в роли конвекторов;

Такие качества делают анодирование вариантом выбора для продления срока службы металлических профилей, что отразилось на вариативности технологии изготовления. 

Как происходит анодирование алюминия?

Анодирование является химическим процессом, который требует последовательной работы. За основу взят принцип электрохимической диссоциации, где в качестве анода выступает непосредственно деталь, а в качестве катода — пластины свинца или химически чистый алюминий. Процесс происходит в гальванической ванне с участием серной кислоты, на которую подается электрический ток. 

Концентрация кислоты достигает 20%, сила постоянного тока составляет 1-2 ампер на квадратный дециметр, переменного — до 3 ампер, а температура раствора составляет 20-22 градуса по Цельсию. Подвески, которые удерживают алюминий, должны быть выполнены из того же материала, что и изделие анода. Так как это не всегда возможно, то допускается использование алюминиевых и дюралевых сплавов. Катоды помещаются по бокам ванны, на расстоянии, в котором можно разместить достаточный объем электролитов. Площадь анодов должна соответствовать площади катодов. 

Отметим, что места крепления подвесок могут не в полной мере подвергаться анодированию, поэтому стоит учитывать тот факт для чего будет использоваться изделие. После электролитной ванны металл обмывают проточной водой и обрабатывают 5% раствором аммиака. Это выполняют для нейтрализации поверхности изделия, после чего снова промывают проточной водой.  

В целях улучшения качеств материала выполняют дополнительную обработку бихроматом натрия при температуре 95 градусов по Цельсию на протяжении получаса. Профиль при этом принимает характерный зеленовато-желтый цвет. 

Процесс анодирования протекает довольно интенсивно, часто с появлением вспышек на поверхности изделия. Металл мгновенно расплавляется и окисляется, что позволяет электролиту под воздействием тока прочно припечатываться к основанию. Этот процесс определяет структуру поверхности алюминия, она становится ребристая, местами будто надколотая. 

В анодировании помимо серной кислоты в качестве электролитов могут выступать и другие кислоты, которые могут придать алюминию уникальные характеристики:

• щавелевокислый электролит. Раствор с концентрацией от сорока до шестидесяти граммов на литр, отличается желтым цветом, и имеет показатели твердости и пластичности. При сгибании поверхности пленки можно услышать характерный треск, но свойства при этом не теряются. Отличается низкой адгезионной способностью и пористостью;
• ортофосфорный электролит. Раствор ортофосфорной кислоты с концентрацией 350-550 грамм на литр применяется как промежуточный этап перед процессами омеднения и никелирования. Отличается тем, что плохо поддается окраске, но отлично расплавляется в никелевом и медном растворах;
• хромовый электролит — раствор хлорового ангидрита и борной кислоты. Получаемая пленка обладает характерным серо-голубым цветом и по текстуре напоминает эмалированную поверхность. Такие свойства позволяют применять металл в декорации фасадов и других наружных конструкций;
• смешанный органический электролит; позволяет анодировать с использованием комбинации кислот, что проявляется в вариативности цветов получаемого изделия.

Отметим, что при использовании кислот стоит регулярно вентилировать помещение, так как их пары могут быть опасны для здоровья человека. 

Методика выполнения анодирования может отличаться не только используемыми электролитами, но и самим подходом к ее выполнению.

В производстве применяют три вида этой технологии:

1. Теплое анодирование. Это достаточно простая манипуляция, которую можно провести несколько раз. Производится путем применения серной кислоты в качестве растворителя, а также органических красителей. Способ схож с классическим методом, но отличается тем, что изделия предварительно обезжиривают и анодируют до молочного цвета. После проделанных манипуляций производится окрашивание в горячих растворах. Методика позволяет придавать деталям необходимую окраску, либо создать несколько цветовых оттенков на одной поверхности. Отметим, что в таких случаях металл принимает еще и антикоррозийные свойства, но степень защиты у него меньше чем при применении других методов;
2. холодное анодирование. Эта процедура проходит в условиях пониженных температур от +10 до -10 градусов по Цельсию. В качестве электролита используется серная кислота. Отметим, что материал не покрывают органическими красителями,так как его цвет зависит от состава алюминиевого сплава и может варьироваться от черного до золотого.
   Технология подразумевает дополнительную проварку в дистиллированной воде с дальнейшем охлаждением изделия;
3. твердое анодирование. В качестве электролита здесь выступают сразу несколько кислот: серная, борная, щавелевая. Такая методика применяется чаще в промышленности, так как при использовании нескольких кислот получают более прочное и твердое покрытие металла.

Альтернативным методом является никель-фторидный метод. Он дает металлу еще больше антикоррозийных свойств, хотя при этом делает алюминий более мягким. Происходит процесс путем холодной сварки, которая подразумевает включение фторидного никеля в сплав к анодированному алюминию. Изначально поверхность изделия обладает порами, которые в процессе методики закрываются ионами фтора, вызывая сдвиг кислотно-щелочного баланса. Они в свою очередь притягивают ионы никеля, которые осаждаются в порах и тем самым образуют надежный за герметизированный слой пленки.

В процессе создания оксидной пленки используется значительное количество ядовитых веществ. Пары кислот, образованные во время электрохимической диссоциации несут наибольшую угрозу для персонала. Поэтому отметим, что анодировать металл необходимо в защитной одежде с использованием респираторов, а также не забывать вентилировать помещение. Теплая и холодная методика выполнима в домашних условиях, с соблюдением всех норм безопасности. 

Проводить мероприятия лучше на открытом воздухе с использованием масок и перчаток. В случае попадания кислоты на кожу, обработайте место раствором соды, а в случае попадания на слизистые глаз и ротовой полости стоит немедленно обратиться к медицинским специалистам. Отдельно выделим, что в процессе применяется ток высокого напряжения, поэтому стоит обезопасить себя и окружающих изоляционными конструкциями.

Где используется анодированный алюминий

Анодированный алюминий известен человечеству более пятидесяти лет, что отражается на сферах применения металлопроката из него. 

Анодированная поверхность обладает адгезивными свойствами, позволяя использовать её как основу для краски. Является первым промышленным применением таких изделий. Например, начиная с середины двадцатого века анодированные профили применяются в военно-воздушной отрасли Великобритании, где на основе электролитных свойств алюминия выполнялись фюзеляжи самолетов. На сегодня без анодирования не обходится окраска кораблей, автомобилей, поездов. Такие покрытия имеют долгий срок службы, а также справляются с воздействиями соленой воды, механических и термических сил.

Применяют его и в качестве элементов отделки окон, дверей, фасадов, перегородок и перил. Такие изделия находят свое место в гражданском авиастроении, где требуются детали с антикоррозийными свойствами без дополнительного окрашивания. Являются неотъемлемой частью морской отрасли, где условия воздействия коррозии приведены к максимуму. Из анодированных профилей выполняют корпуса кораблей, которые расположены ниже ватерлинии, а также бортовые краны, лопасти суден и якори. Говоря о военной отрасли, отметим использование таких материалов в бронемобилях.

Анодированные детали могут обладать различными цветовыми характеристиками в зависимости от применяемой технологии. Эта особенность позволяет применять алюминий в дизайнерских целях, для обустройства фасадов и элементов наружной отделки. Также можно встретить отполированные реечные полки, имитирующие цвет золота, меди или серебра.

Раньше алюминиевые изделия, которые не подвергались анодированной обработке, часто вызывали жалобы у рабочих на то, что после работы с ними остаются серые следы на пальцах. Такая проблема встречалась в текстильных цехах еще с середины двадцатого века. Это связывали с тем, что вязальные спицы имели большие поры, которые забиваются пылью и грязью. С использованием анодированного металла проблема была устранена, ведь изделие получило заполнение пор.

Прожекторы также покрываются алюминиевым слоем для отражения лучей света. Заводское изделие обладает необходимыми свойствами, которые предотвращают рассеивание луча, но постепенное воздействие коррозии изменяет этот показатель, что снижает эффективность прожектора. Использование анодированных листов помогает избежать преждевременной утраты полезного действия. Также такие материалы легче подвергаются чистке, что упрощает эксплуатацию изделия. 

Что касается сферы тепловых отражателей, то анодированный металл отлично подходит для нагревательных рефракторов. Такие устройства увеличивают свою эффективность за счет отражающих свойств алюминия. Помимо систем нагрева, анодный алюминий встречается и в охлаждающих кулерах. Такие устройства можно встретить в видеокартах, которые обрабатываются черным цветом, чтобы избежать чрезмерного выделения тепла и как следствие перегрева системы.

В конце двадцатого века в автомобилестроении начали переходить от пластиковых поршней цилиндров двигателей в сторону более прочных материалов. Одним из таких стал анодный алюминий, который лучше справляется с нагревом, возникающим в результате трения, а также менее требователен к маслу, ведь подвержен гидротермической гидратации. 

Срок службы двигателей стал больше, так как алюминиевые цилиндры и поршни отличались высокой износостойкостью. Наличие зазубрин на поверхности цилиндра не всегда приводило к капитальному ремонту двигателя, так как запас прочности поршня оставался неизменным. Твердое анодное покрытие и сейчас используется в конструировании подвески, а также в несущих элементах кузова — лонжеронах.

Оксидное покрытие обладает способностью изолировать ток, но так как пленка может быть нанесена неравномерно, то существует опасность пробоя тока. Из-за этого анодированный алюминий редко применяют в целях изоляции, но часто используют как элемент трансформатора, чтобы облегчить его вес.

Алюминий — легкий металл, обладающий высокой прочностью, что помогает создавать из него билборды. Отражающая способность позволяет применять изделие для установки дорожных знаков, а также ограничительных элементов дороги.

Анодированный алюминий также применяют для обустройства жилых сооружений, так как способен выдерживать большие нагрузки. Изделия из такого материала также применяются для украшения тканей, могут быть элементами холста картин или рамами для них.

В бытовой технике алюминий может выступать как декоративным элементом, так и функциональным — например, в микроволновых печах и холодильниках для поддержания постоянной температуры во время работы. Ещё одно применение анодированного алюминия — создание светоотражающих полос на защитных жилетах сотрудников полиции и дорожных служб.

Анодирование алюминия — технологический процесс, который придает металлу уникальные свойства. Алюминий становится прочным, стойким к действию окружающей среды, и может быть востребованным, в том числе и для создания различного декора. Методика является простой — её можно повторить в бытовых условиях при условии строгого соблюдения всех норм безопасности. Такая продукция востребована более половины столетия и служит примером того, как знание химических процессов позволяет улучшать жизнь человека, а также открыть новые возможности.

Что такое анодирование? Отделка на выбор

8 фактов, которые необходимо знать

Анодирование — это метод изменения химического состава поверхности металлов и других материалов. Он защищает от коррозии, улучшает эстетические качества, устойчив к царапинам и является одним из самых прочных доступных покрытий поверхности. Анодирование может быть выполнено на различных материалах, но сегодня давайте посмотрим на алюминий. Эти 8 вопросов помогут понять, почему анодирование — это умная обработка поверхности, которая одновременно практична и красива.

Анодирование является одним из самых долговечных способов обработки поверхности

Для подготовки алюминия к анодированию поверхность сначала тщательно очищают и промывают, а затем помещают в ванну с электролитическим раствором, например, с серной кислотой. Электролит — это электропроводящий раствор с большим количеством положительных и отрицательных ионов, которые он хочет поменять местами.

Положительный электрический заряд прикладывается к алюминию, превращая его в «анод», а отрицательный заряд прикладывается к пластинам, подвешенным в электролите. Электрический ток в этой цепи заставляет положительные ионы притягиваться к отрицательным пластинам, а отрицательные ионы стекаются к положительному аноду, куску алюминия.

В результате электрохимической реакции на поверхности алюминия образуются поры по мере выхода избыточных положительных ионов. Эти поры образуют геометрически правильную структуру и начинают проникать в подложку. Алюминий на поверхности соединяется с отрицательно заряженными ионами O ₂ , образуя оксид алюминия. Это называется барьерным слоем, защитой от дальнейших химических реакций в этих местах.

Барьерный слой защищает поверхность от дальнейшего окисления

По мере подачи тока относительно слабые и реакционноспособные области пор будут продолжать проникать глубже в подложку, образуя ряд столбчатых полых структур.

При подаче электрического тока создается регулярная пористость поверхности.

Чем дольше подается ток, тем больше проникновение этих столбцов. Для типичных нетвердых покрытий глубина может достигать 10 микрон. Как только этот уровень достигнут, и если цвет не нужен, процесс останавливается, и поверхность можно запечатать, просто ополаскивая водой. Это оставит вам твердое покрытие из натурального оксида алюминия, способное противостоять химическому воздействию и очень устойчивое к царапинам. Оксид алюминия имеет рейтинг 9из 10 по шкале твердости Мооса, что означает второе место после алмаза.

Твердое анодирование, иногда называемое типом III, обеспечивает лучшую защиту от коррозии и износостойкость в экстремальных условиях или при работе с движущимися механическими частями, подверженными сильному трению. Это достигается путем подачи электрического тока до тех пор, пока глубина пор не превысит 10 микрон, вплоть до 25 микрон или даже больше. Это занимает больше времени и стоит дороже, но дает превосходный результат.

Хотя алюминий не ржавеет, он может разрушаться в присутствии кислорода, что называется окислением . Что такое окисление? Это просто означает реагировать с кислородом. А кислород очень реактивен, легко образуя соединения с большинством других элементов. Когда алюминий подвергается воздействию атмосферы, он быстро образует на поверхности слой оксида алюминия, и этот слой обеспечивает определенную степень защиты от дальнейшей коррозии.

Анодирование функционально и красиво

Но алюминий должен противостоять не только чистому воздуху и воде. Кислотные дожди, соленая вода и другие загрязняющие вещества могут по-прежнему использовать недостатки пассивации поверхности. Даже современные сплавы по-разному реагируют на это воздействие окружающей среды, начиная от простого обесцвечивания поверхности и вплоть до механического разрушения.

Цветной алюминий – это то, что большинство из нас представляет, когда думает об анодировании. Вот настоящая гениальность этого процесса. Красивые, стабильные поры, протравленные на поверхности, идеально подходят для введения красок или пигментов.

Пустые поры идеально подходят для добавления красителей.

Пигмент заполняет все пустые поры до самой поверхности, где он затем закрывается навсегда. Вот почему анодированные цвета такие долговечные — их нельзя поцарапать с поверхности, потому что на самом деле цвета находятся глубоко внутри и могут быть удалены только путем шлифовки подложки.

После окраски анодированный алюминий имеет характерный «металлический» вид. Это вызвано двумя факторами. Во-первых, из-за равномерного электрохимического травления остается шероховатая поверхность. Чем глубже поры, тем более шероховатой будет поверхность, но цвета также будут намного более стойкими.

Во-вторых, свет, падающий на поверхность, частично взаимодействует с красителем и частично с неокрашенным металлом наверху.

Свет меняет цвет при отражении от анодированной поверхности.

Таким образом, свет, который отражается и попадает в глаза, на самом деле представляет собой комбинацию двух различных длин волн, взаимодействующих при отражении от несколько разных поверхностей. Это обуславливает характерный блеск анодированного алюминия.

Да. Анодирование также работает с магнием, титаном и даже с проводящими пластиками. Он недорог, надежен и чрезвычайно долговечен. Вот почему он так часто используется в архитектурной отделке, потому что он красив и почти невосприимчив к воздействию погодных условий.

Анодирование требует погружения детали в ряд химических ванн. Для удержания детали на месте требуется, чтобы она была закреплена на какой-либо подвеске, чтобы она не упала на дно резервуара. Везде, где удерживающее приспособление касается детали, эта область будет заблокирована, и химические вещества для анодирования не будут работать должным образом. Вот почему разумно спроектировать место с вашей стороны, которое можно использовать для хранения, но которое не будет подвергаться неблагоприятному косметическому воздействию.