2.3 Анодирование алюминия

Анодное оксидирование алюминия — процесс получения на алюминии оксидной пленки химически или электрохимически из растворов кислот и щелочей. В качестве электролита при электрохимическом анодировании применяются: серная, фосфорная, щавелевая, сульфосалициловая кислота и хромовый ангидрид. Анодирование в основном идет при повышенном напряжении, в зависимости от электролита от 24 до 120 В.

При прохождении тока через электролит в зависимости от его состава образующиеся продукты реакции на алюминиевом аноде могут полностью растворяться, образовывать на поверхности металла прочно сцепленное компактное и электроизоляционное оксидное покрытие толщиной 1,4 нм/ В или частично растворяться в электролите и образовывать пористое оксидное покрытие толщиной в десятки и сотни мкм.

Существуют две теории образования и роста анодно-оксидных покрытий: струткурно-геометрическая и коллоидно-электрохимическая.

С позиции первой теории при наложении на алюминиевый электрод анодного напряжения (т.

е подключение его к (+) ) сначала формируется компактная оксидная пленка, наружная часть которой в электролитах, растворяющих оксид, начинает растворяться в дефектных местах и переходить в пористое покрытие. Дальнейший рост анодно-оксидного покрытия происходит на дне образовавшихся пор за счет превращения все более глубоких слоев металла в оксид. Покрытие состоит из гексагональных ячеек. Прилегающий к металлу барьерный слой толщиной 1-1,1 нм, состоит из беспористых ячеек. Ячейки пористого слоя имеют в середине одну пору. Диаметр пор и их число зависят от природы электролита и режима анодирования. Под действием электролита оксид, образующий стенки ячеек, гидратируется. При этом происходит адсорбция воды, анионов электролита и продуктов анодной реакции.

С позиции второй теории образование анодно-оксидных покрытий начинается с возникновения мельчайших частиц оксида, происходящего в результате встречи потока ионов. Адсорбция анионов и воды обуславливает отрицательный заряд частиц. С увеличением числа частиц они превращаются в полиионы — палочкообразные мицеллы, которые образуют скелет ориентированного геля оксида алюминия.

В него внедряются анионы электролита. Под действием отрицательного заряда мицеллы подходят к поверхности и сращиваются с металлом. Наряду с процессами образования мицеллярных слоев с участием анионов протекают сопряженные процессы растворения образующегося оксида.

Состав и свойства анодно-оксидных покрытий

Тонкие и беспористые анодно-оксидные покрытия представляют собой в основном безводный оксид алюминия, который в чистом виде располагается у границы с металлом. В тонкие беспористые покрытия внедряются от 0,6 до 20% борного ангидрида (электролиты с борной кислотой), значительное количество других ионов.

На границе раздела оксид-электролит находят небольшую часть гидратированного оксида алюминия Al

2O₃*H₂O (бемит).

Пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и частично включают гамма-Al₂O₃ . Содержание воды в покрытиях, полученных в сульфатных и оксалатных электролитах, достигает 15%. В зависимости от условий формирования вода в оксидном покрытии может находиться в составе бемита или байерита (Al₂O₃*3H₂O). Покрытия содержат значительное количество анионов электролитов.

Цветные покрытия (получение напрямую из электролита)

Анодно-оксидные покрытия, полученные, например, в оксалатном электролите, имеют обычно желтоватый оттенок. Если в этом электролите алюминий и его сплавы анодируются вначале переменным, а затем постоянным током, покрытия получаются окрашенными в цвет от светло-соломенного до золотистого и бронзового.

Окрашивание анодных покрытий (получение пористого покрытия и окраска в отдельном растворе)

Прозрачные и полупрозрачные защитно-декоративные покрытия алюминия и его сплавов окрашивают в водных прямых кислотных органических красителей.

Содержание красителей в растворах колеблется от 0,1-0,5 г/л для светлых тонов до 5 для интенсивного и 10-15 для черного цвета. Температура растворов 50-70, время окрашивания от 300 до 1800 с.

Окраска покрытий, полученных в различных электролитах, различается из-за различия свойств пористости и естественного цвета покрытия.

Для получения необходимых цветов окраски используют смеси анилиновых красителей.

Некачественная окраска удаляется в растворе перманганата калия и азотной кислоты.

Кроме органических красителей применяются и неорганические.

Ограниченную цветовую гамму, но более светостойкую окраску анодно-оксидных покрытий получают реакцией двойного обмена в растворах неорганических солей

Окисные пленки, полученные из сернокислого электролита, обладают высокой адсорбционной способностью и стойкостью против коррозии. Важным достоинством этого электролита является то, что в нем можно анодировать почти все алюминиевые сплавы. Не рекомендуется применять анодирование в серной кислоте только для деталей, имеющих узкие щели, зазоры, клепаные или сварные соединения во избежание коррозии металлов, от следов электролита.

Анодирование производится и электролите состава г/л:

серная кислота H₂SO₄ — 170-200

температура 15-25 °С.

Анодную плотность тока выбирают с учетом состава обрабатываемого сплава, Алюминий и плакированный металл анодируют при плотности тока 1-2 А/дм² и напряжении 10-15 В; дюралюминий и силумин — при плотности тока 0,5-1 А/дм

2 и напряжении 12-20 В. Продолжительность анодирования 30-50 мин. В качестве катода используют свинец; отношение площади катодов к плошали анодов 1:1 или 2:1.

При повышении температуры электролита и плотности тока продолжительность анодирования может быть сокращена, но качество пленки при этом ухудшается. Поэтому при длительной работе ванн электролит следует охлаждать водяными рубашками или свинцовыми и титановыми змеевиками.

Детали загружают в ванну на подвесках, изготовленных из алюминия. От качества электрического контакта между подвесками и деталями зависит качество получаемой пленки. В случае неплотного контакта происходит местный разогрев металла, из-за чего может произойти разрыхление пленки и растравливание детали. Для обеспечения надежного контакта изготовляют специальные приспособления с пружинными или винтовыми зажимами, детали закрепляют туго натянутой алюминиевой проволокой.

Анодную пленку с приспособлений, используемых неоднократно, перед каждой новой загрузкой следует удалять в растворе щелочи.

Дефект	Причина дефекта	Способ устранения
Отсутствие пленки на отдельных местах	Плохой контакт детали с подвеской	Улучшить контакт
Прожог металла	Неплотный контакт детали с подвеской	Улучшить контакт
	Соприкосновение деталей друг с другом	Увеличить расстояние между деталями
	Короткое замыкание между деталью и катодом	Устранить короткое замыкание
Хрупкость пленки	Температура электролита ниже 15 °С	Повысить температуру электролита
Растравливание анодной пленки	Температура электролита выше 25 °С	Охладить электролит
	Большая продолжительность анодирования	Уменьшить время анодирования
	Большая концентрация кислоты	Откорректировать электролит
Темные пятна и полосы, рыхлая пленка	Содержание алюминия в электролите более 30 г/л	Удалить окислы алюминия декантацией

После окончания процесса анодирования детали тщательно промывают в проточной воде до полного удаления следов электролита и подвергают дополнительной обработке: уплотнению для повышения коррозионной стойкости анодной пленки или окрашиванию для улучшения декоративной отделки. Эти процессы возможны благодаря высокой (до 30% объема) пористости анодной пленки и ее способности поглощать водные растворы.

Уплотнение анодных пленок проводится обработкой их горячей водой или растворами хроматов. В обоих случаях окись алюминия гидролизуется, увеличиваясь в объеме, и заполняет поры. Обработку в горячей воде ведут при температуре 95-100 °С в течение 20-30 мин. Хроматную обработку ведут в растворе, содержащем 80-100 г/л бихромата натрия или калия при температуре 80-90 °С в течение 10-15 мин. Анодная пленка приобретает при этом лимонно-желтый цвет.

Удаление дефектной анодной пленки без нарушения размеров детали производят в растворе, содержащем хромовый ангидрид CrO₃17-20 г/л и фосфорную кислоту H₃PO₄ 35 г/л. Температура 90-100 °С. Применяется также раствор едкого натра с концентрацией 100 r/л. Температура раствора 70-90 С.

При анодировании в щавелевокислом электролите получаются пленки, обладающие хорошими электроизоляционными свойствами.

Они непрозрачны, окрашены в декоративные золотистые тона. В этом электролите можно обрабатывать литейные сплавы алюминия, содержащие до 5% меди или 4% кремния. Анодирование ведется на постоянном или переменной токе.

Анодирование постоянным током производят в электролите состава г/л:

щавелевая кислота H₂C₂O₄ — 30- 50 г/л.

Режим работы: температура электролита 15-25 °С, анодная плотность тока 1-2 А/дм², напряжение на ванне 40-60 В (к концу электролиза достигает 60-70В).

Для получения твердых пленок с хорошими электроизоляционными свойствами их толщина должна быть не менее 25-40 мкм.

Вредными примесями, ухудшающими качество анодирования, являются хлор и алюминии. Их допустимая концентрация в электролите составляет соответственно 0,04 г/л и 30 г/л.

Хромовокислые электролиты анодирования рекомендуются для получения защитных анодных пленок на деталях сложной конфигурации, имеющих клепаные и сварные соединения. Анодные пленки, получаемые из этого электролита, бесцветны, отличаются повышенной коррозионной стойкостью (применяются без дополнительной обработки), малой пористостью, высокой пластичностью и эластичностью, но характеризуются меньшей твердостью и износостойкостью по сравнению с оксидными пленками из сернокислых и щавелевокислых электролитов.

Электролит содержит г/л:

хромовый ангидрид CrO₃ 90-100 г/л

Плотность тока до 2 А/дм². Температура электролита 35-40 °С. Продолжительность процесса анодирования 50-60 мин. Напряжение на ванне составляет 40-50 В, затем постепенно повышается до 100 В.

Скорость формирования оксидной пленки значительно зависит от температуры электролита, которую нужно поддерживать с точностью ±2 °С. Анодная пленка в зависимости от марки сплава имеет цвет от серого до коричневого с толщиной 3-4 мкм.

В процессе анодирования в электролите накапливается алюминий, уменьшается концентрация свободной хромовой кислоты за счет ее связывания алюминием и катодного восстановления шестивалентных ионов хрома до трехвалентных.

Так как работоспособность электролита определяется содержанием свободной хромовой кислоты, то требуется периодическое корректирование электролита добавлением хромового ангидрида, концентрацию которого можно доводить до 250 г/л.

При анодировании в хромовокислом электролите используют катоды из нержавеющей стали Х18Н9Т или алюминия марки А0. Для уменьшения скорости побочного процесса катодного восстановления шестивалентных ионов хрома отношение поверхности катода к поверхности обрабатываемых деталей не должно превышать 5:1.

Вредной примесью при анодировании являются сульфат-ноны, они замедляют процесс анодирования и ухудшают качество получаемых пленок. При составлении электролита сульфат-ноны удаляют введением углекислого бария.

Оксидирование алюминия: анодное, химическое

Фирма «ГалСервис», специализирующаяся на нанесении гальванических покрытий, предлагает своим постоянным и новым клиентам обширный спектр услуг по никелированию, фосфатированию, оксидированию металлов различными способами и многое другое. Мы обеспечим Вашим металлическим конструкциям защиту от неблагоприятных внешних воздействий и увеличим срок их службы.

Подробное описание услуги анодирования алюминия компанией «ГалСервис» вы можете узнать на специальной странице. А далее мы остановимся подробнее на теоритической части: преимущества и недостатки гальванических покрытий.

Что касается изделий из чистого алюминия и его сплавов, то они обладают естественной стойкостью к коррозии. Однако в промышленности часто требуется более высокая степень защиты. Поэтому и возникает необходимость обрабатывать металл с помощью химического или электрохимического оксидирования.

Подробнее эти виды и их особенности будут рассмотрены ниже. Но, вне зависимости от выбранного метода, нанесенное покрытие должно обеспечивать надежную защиту детали от губительного воздействия ржавчины.

Химический способ оксидирования считается экономически выгодным и простым в реализации. Он удобен при обработке внутренней поверхности труб, сложнопрофильных конструкций и крупногабаритных изделий. Однако основным недостатком химического оксидирования является то, что защитный слой получается очень тонким, всего 0,5 – 4 мкм. Он не способен в полной мере обеспечивать коррозийную стойкость и долгую службу изделия. Эксплуатировать такие метизы в агрессивных средах является не целесообразным. Зато, за счет высокой адгезии, оксидная пленка, нанесенная химическим методом, служит хорошей основой для эмалей и других лакокрасочных покрытий.

В зависимости от химического состава обрабатываемого метиза и применяемого к нему раствора, защитный эффект и эстетический вид готового изделия могут сильно разниться. Оптимальную защиту для алюминия при химическом оксидировании обеспечивает раствор на основе фторидов и хромовой кислоты.  Процесс оксидирования детали проходит при температуре около 100 градусов и длится от 5 до 20 минут. Металл при такой обработке получает золотисто-желтый оттенок.

Но, как уже было сказано, пленки, получаемые в процессе химического оксидирования алюминия, не имеют высоких защитных и антикоррозионных свойств. По характеристикам они уступают анодному (или электрохимическому) покрытию. Поэтому в самолето-, ракето-, приборостроении и других крупных отраслях промышленности используют изделия из анодированного металла.

Процесс анодного оксидирования алюминия считается более трудоемким и энергозатратным. Он происходит при подводе источника тока (прямого или переменного, иногда их комбинаций). На выходе готовые изделия покрыты прочной пленкой, обеспечивающей устойчивость к коррозии. Такие конструкции становятся пригодными для длительной  эксплуатации в агрессивных средах.

Помимо прочностных характеристик, метод улучшает внешний вид алюминия. Декоративное анодирование, получившее последнее время широкое распространение, позволяет добиться богатой цветовой палитры. Цвет изделий варьируется от светло-желтого оттенка до коричневого.

Оксидные покрытия при анодировании алюминия делятся на пористые и барьерные. Первый вид обеспечивает металлу хорошую адгезию, второй – придает изделию высокое электрическое сопротивление, что немаловажно при изготовлении конденсаторов.

Определиться с видом оксидирования Вам помогут менеджеры компании «ГалСервис». Оставьте свою заявку прямо на сайте или свяжитесь с нами по телефону. Мы беремся за заказы различной сложности и готовы в кратчайшие сроки выполнить любой объем работ.  

Разница между органическим и электролитическим окрашиванием

Перейти к основному содержанию

Уолтер Лю

Уолтер Лю

Основатель Hoonly International Co., Ltd | Экструзия алюминиевого профиля и фитинги | Настроить алюминиевую форму

Опубликовано 9 ноября 2017 г.

+ Подписаться

Цветной металл алюминия легкий, мягкий, легко окисляется на воздухе, поэтому люди придумывают способ, это процесс окисления алюминия, на его внешней стороне растет защитная пленка, прочная и может быть окрашена в цвет цвет, праздник для глаз.

Анодирование, или анодное окисление, представляет собой электролитический процесс, при котором на поверхность алюминия наносится химически стабильный оксидный слой. Образующаяся в результате оксидная пленка толще и прочнее, чем естественное оксидное покрытие алюминия. Принцип действия алюминиевых анодов заключается в процессе декорирования и защиты алюминия и его сплавов. В процессе формирования пленки оксида алюминия на алюминии, полученном постоянным током при достаточном напряжении, через подходящий сернокислотный электролит, объектом которого является алюминиевый анод, и другим материалом или специальным графитовым листом (свинцом) в качестве катода, электризуется время отрастания необходимой толщины оксидной пленки.

После изготовления пленки, за исключением части алюминия, следующим этапом является тонировка. В общем, цвета алюминия в основном делятся на следующие:

1. Органическое окрашивание 2. Неорганическое окрашивание 3. Электролитическое окрашивание 4. Тонирование гальванопокрытием

Ниже мы в основном обсуждаем принципы, преимущества и недостатки обычно используемых органических красители и электролитические красители, а также применение продуктов:

Электролитическая красящая пленка с сульфатным электролитом, на основе прозрачной анодной оксидной пленки в растворе, содержащем соль металла, в обмен на электролитическую красящую оксидную пленку (также называемую вторичным электролитом мембрана) электролитической красящей пленки, атмосферостойкость, светостойкость и срок службы намного лучше, чем у красящей мембраны, ее энергопотребление и стоимость затенения намного ниже, чем у общей красящей пленки. Она широко используется для окраски алюминиевых профилей, но электролитические оттенки однообразны, как правило, только некоторые из них, такие как бронза, черный, золотой и чтение даты. И операцию нелегко контролировать.

Органические красители, органические красители на основе теории адсорбции вещества, адсорбции физической адсорбции и химической адсорбции, физическая адсорбция — адсорбция молекул или ионов в электростатическом режиме; Химически адсорбированные, химически адсорбированные, они объединяются для получения органических красителей, обычно при определенной температуре. Из-за их высокой пористости пленки анодного окисления, адсорбционной способности к органическим красителям, этот метод не окрашивается, имеет яркий цвет, прост в эксплуатации, герметизация отверстий после окрашивания краситель может прочно прилипать к порам мембраны, улучшать антикоррозионную способность пленки, бороться с коррупцией, пока не сможет сохранить красивый цвет, подходит для использования на открытом воздухе для тех, кому не нужно большое количество алюминиевых изделий, в помещении использовать алюминиевые промышленные товары и украшения, красочные и разнообразные по внешнему виду. Чтобы удовлетворить потребности современного общества в изучении и стремлении к красоте, повысить конкурентоспособность товарного рынка. Органический краситель имеет некоторые характеристики и требования к оксидной пленке:

1). Оксидная пленка должна иметь достаточную пористость

2). Внутренняя стенка мембраны обладает определенной активностью

3). Анодная оксидная пленка, полученная в растворе серной кислоты, бесцветная и пористая, поэтому она подходит для окрашивания.

4). Оксидная пленка должна иметь определенную толщину, а более тонкий слой пленки может быть только очень светлого цвета

5). Жесткая анодированная оксидная пленка не подходит для органического окрашивания

быть полным, однородным, не из-за царапин, песка, точечной коррозии.

7). Сама пленка имеет правильный цвет, и нет разницы в металлографической структуре, такой как размер зерна или серьезная сегрегация, в соответствии с материалом из алюминиевого сплава также есть определенные требования, сплав кремния, магния, марганца, железа, меди , содержание хрома слишком высокое, часто может вызвать окисление темной пленки, образуется при изменении цвета умирающего.

Как и мы, просто нажмите и посмотрите: https://haluminium.com

• Корпус двигателя с водяным охлаждением, о котором вы могли не знать

  24 апр. 2019 г.

• Краткое введение радиатора

  6 декабря 2018 г.

• Как гальванизировать алюминиевый сплав и алюминиевые профили?

  28 марта 2018 г.

• Анализ производственного процесса экструдированных профилей из алюминиевого сплава 6063 (часть 2)

  8 марта 2018 г.

  

• Анализ производственного процесса экструдированных профилей из алюминиевого сплава 6063 (часть 1)

  26 февраля 2018 г.

• Внедрение обработки поверхности и характеристик алюминиевых профилей Hoonly

  29 января 2018 г.

• Обеспокоенный обзор цен на алюминий за 2017 г. соответствует прогнозу на 2018 г.

  16 января 2018 г.

  

• Электрофорез алюминиевых профилей

  10 января 2018 г.

• Алюминиевые профили для вентиляции Groove Square

  26 декабря 2017 г.

• Важная ценность и перспективы алюминиевой упаковки в цепочке глубокой переработки

  14 декабря 2017 г.

Другие также смотрели

Исследуйте темы

Разница между жестким анодным оксидированием и белым анодированием — алюминиевый профиль HOONLY

Разница между твердым анодным оксидированием и белым анодированным алюминием2018-06-10T13:31:41+00:00

Основной целью твердого анодного оксидного покрытия является улучшение свойств алюминия и алюминиевых сплавов. Включая коррозионную стойкость, износостойкость, атмосферостойкость, изоляцию и адсорбцию. Он подходит для экструзии алюминиевого сплава и литья деталей из алюминиевого сплава.

Эта статья представляет серию:

• Характеристики твердого анодно-оксидного покрытия
• Принцип работы твердого анодного оксидирования
• Разница между твердым анодным оксидированием и белым анодированием
• Несколько классификаций твердого анодного оксидирования алюминиевых профилей
• Меры предосторожности при окрашивании алюминиевых профилей методом твердого анодного окисления

Разница между твердым анодным оксидированием и белым анодированием

Преимущества твердого анодного оксидирования

• Поверхностная твердость алюминиевого сплава после твердого анодного оксидирования может достигать HV500.
• Толщина оксидной пленки составляет 25-250 мкм.
• Сильная адгезия. В соответствии с характеристиками оксидной пленки, образующейся при жестком окислении, 50% образующейся оксидной пленки проникает в алюминий, а 50% прикрепляется к поверхности алюминиевого сплава (внутренний и внешний двусторонний рост).
• Хорошая изоляция: напряжение пробоя может достигать 2000 В (идеальное герметизирующее отверстие).
• Хорошая износостойкость: для алюминиевого сплава, содержащего менее 2% меди, максимальный индекс износа составляет 3,5 мг/1000 об/мин. Все остальные индексы износа сплава не должны превышать 1,5 мг/1000 об/мин.
• Нетоксичный: оксидная пленка и электрохимический процесс, используемые для производства анодной оксидной пленки, должны быть безвредны для человеческого организма.

Так много отраслей, чтобы уменьшить вес продукта, удобство механической обработки, требования по защите окружающей среды, такие как низкие в настоящее время, некоторые части продукции из твердого анодированного алюминиевого сплава вместо нержавеющей стали, твердое хромирование и т. д.

Разница между жестким анодным оксидированием и белым анодированием

Оксидная пленка твердого анодного оксидирования на 50% проникает в алюминиевый сплав и на 50% прилипает к поверхности алюминиевого сплава. Таким образом, внешний размер продукта становится больше, а внутреннее отверстие становится меньше после жесткого анодирования.

Различия в условиях эксплуатации

• Различная температура. Белое анодирование находится при температуре от 18 до 22 ℃ или около того, иногда может достигать 30 ℃. Высокая температура может вызвать появление порошка или трещин; Твердое анодирование обычно при температуре ниже 5 ℃. Условно говоря, чем ниже температура, тем тяжелее.
• Разница в концентрации электролита: концентрация раствора белого анодирования составляет около 20%, но твердого анодирования обычно составляет 15% или ниже.
• Разность тока и напряжения: плотность тока белого анодирования обычно составляет 1-1,5а/дм ² и напряжение не более 18В; А вот жесткое анодирование: плотность тока 1,5-5А/дм ² и напряжение иногда достигает 120В.