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 Al₂O₃*H₂O (бемит).

Пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и частично включают гамма-Al

2O₃ . 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/дм² 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 CrO

317-20 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.

Анодное оксидирование алюминия — Справочник химика 21

    В табл 120 приведены режимы анодного оксидирования алюминия и его ставов в сериой кислоте [c.230]

    РАБОТА 13. АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ Введение [c.79]

    Анодное оксидирование алюминия в электролитах второй [c.80]

    Напряжение на электролизере при анодном оксидировании алюминия значительно выше, чем во многих процессах электроосаждения металлов (см. табл. 13.1). Потенциалы выделения водорода из этих растворов на свинцовом катоде не превышают 1 В, падение напряжения в растворах при а = 100—300 A/м невелико. Вследствие высокого омического сопротивления пленок основное падение напряжения сосредоточено на аноде и зависит от толщины и пористости оксида. Этим объясняется значительно более высокое напряжение для процессов анодного оксидирования в электролитах №№ 2—5 в сравнении с электролитом № I. [c.82]

    Цель работы — ознакомление с процессом анодного оксидирования алюминия и изучение влияния состава раствора и режима электролиза на свойства оксидной пленки. [c.84]

    Какие процессы протекают при анодном оксидировании алюминия в серной или ортофосфорной кислоте Каков механизм образования толстослойной оксидной пленки  [c.295]

    В — при 50°С. И — графитовые катоды при анодном оксидировании алюминия. [c.497]

    Анодное оксидирование алюминия в электролитах второй группы. Реакция анодного окисления может быть выражена следующим уравнением  [c.80]

    В сточных водах — производств алюминиевых, горнорудных, химических, химико-фармацевтических, лакокрасочных, бумажных, текстильных, синтетического каучука. На машиностроительных заводах содержится в стоках от гальванических ванн и ванн для фосфатирования анодного оксидирования алюминия. [c.28]

    Составление щавелевокислого электролита, предназначенного для анодного оксидирования алюминия [c.41]

    Электроизоляционное оксидирование. Анодное оксидирование алюминия всегда является электроизоляционным, но для получения высокого сопротивления пленки применяют специальный режим оксидирования, способствующий повышению электроизоляционных свойств. Например, раствор, содержащий 30—40 г/л щавелевой и 0,1 г л уксусной кислоты. Рабочая температура 20—40° С. [c.177]

    Анодное оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют в специальных ваннах, где анодом служит деталь, а катодом свинцовые пластины. При пропускании постоянного тока через электролиты, в качестве которых применяют раствор 20—30%-ной серной кислоты или раствор 3%-ного хромового ангидрида, на поверхности образуется окисный слой толщиной 4—5 мкм, защищающий металл от коррозии и обладающий высокой адгезией к лакокрасочным покрытиям. [c.198]

    Анодное оксидирование алюминия и его сплавов характеризуется протеканием одновременно двух процессов процесса образования оксидной. пленки АЬОз на поверхности изделия и процесса растворения этой пленки. Очевидно, что образование защитной пленки возможно лишь при условии, если скорость образования пленки больше скорости растворения ее. [c.337]

    Работа И. АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ [c.70]

    Оксидирование алюминия можно проводить как химическим методом (погружением в растворы специально подобранного состава), так и путем электрохимической обработки на аноде. Электролиты для анодного оксидирования алюминия принято подразделять на две группы. [c.70]

    Специальные покрытия предназначены для придания изделиям определенных физико-механических свойств с одновременной защитой от коррозии. К ним относятся серебряные и золотые токопроводящие, палладиевые, родиевые, хромовые, а также некоторые покрытия, полученные анодным оксидированием алюминия и его сплавов. [c.143]

    Наиболее сложным процессом получения оксидных покрытий является анодное оксидирование алюминия и его сплавов. [c.151]

    Анодное оксидирование алюминия в серной кислоте 15-25 1800 1300 1200 По всему сечению 0,5-0,7 [c.297]

    АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ [c.366]

Анодирование алюминия: выбор раствора

Электролит

Процесс анодирования обычно происходит в растворе – электролите. В качестве электролита для анодирования алюминия применяют весьма большое количество химических растворов. Большинство электролитов являются кислотными, но известны и щелочные электролиты. Наибольший тоннаж анодирования производится в сернокислых растворах, однако другие кислоты также применяют в промышленном масштабе для получения анодных покрытий со специальными свойствами.

См. Применение анодированного алюминия

Хромовое анодирование

Хромовая кислота применялась в первом промышленном процессе анодирования в двадцатых годах прошлого столетия. Раствор содержит от 30 до 50 г хромового ангидрида CrO₃ на литр. Напряжение возрастает до 40-50 В, плотность тока – в интервале от 0,1 до 0,5 А/дм². Температура – около 40 °С. Анодное покрытие имеет небольшую толщину, от 3 до 4 мкм, и обычно матовый серый или коричневатый цвет. Хромовое анодное покрытие широко применяется, например, для обработки деталей самолетов по следующим причинам:

•  Хорошая основа для последующего окрашивания.
• В оксид переходит минимальное количество алюминия, поэтому толщина изделия почти не меняется – можно обрабатывать тонкие листовые детали.
• Потеря усталостной прочности меньше, чем при сернокислом анодировании.
• При попадании хромовой кислоты, например, в клепаные соединения или соединения нахлестом, угроза коррозии значительно меньше, чем при сернокислом анодировании.

Сернокислое анодирование алюминия

Защитное сернокислое анодирование применяется почти для  всех алюминиевых сплавов, декоративное – только для части сплавов. Так, ГОСТ 9.031-74 предписывает производить декоративное анодное покрытие только на изделиях из алюминия марок АД0 и АД1, сплавов АМц, АМг0,5, АМг2, АМг4, АД31, АД35, 1915 и 1935 по ГОСТ 4784-97.  Анодирование в серной кислоте дает полупрозрачное бесцветное покрытие толщиной до 35 микронов. Внешний вид покрытий сильно зависит от исходного качества поверхности алюминия.

См. Выбор анодного покрытия в ГОСТ 9.303-84

QUALANOD предписывает следующие технологические параметры сернокислого анодирования: содержание серной кислоты – до 200 г/л (150-200 г/л), плотность тока для толщин 20 и 25 мкм – от 1,5 до 2,0 А/дм², для толщины 15 мкм – от 1,4 до 2,0 А/дм², а для толщин 5 и 10 мкм – от 1,2 до 2,0 А/дм². Температура ванны анодирования должна быть не выше 21 °С для толщин 5 и 10 мкм, и не выше 20 °С – для толщин 15, 20 и 25 мкм [2].

Разновидностью сернокислого анодирования является так называемое «твердое анодирование». Его проводят при температуре в интервале от минус 5 °С до плюс 5 °С и действительно получают очень твердое покрытие.

Анодирование алюминия в растворе щавелевой кислоты

При анодировании в растворе щавелевой кислоты получают прозрачные твердые, несколько желтоватые покрытия, которые, особенно в Японии, применяют в строительстве зданий. Концентрация щавелевой кислоты в растворе составляет от 3 до 5 % (по массе), плотность тока – от 1 до 2 А/дм², напряжение – от 40 до 60 В и температура – 18-20 °С. Анодное покрытие, получаемого в растворе щавелевой кислоты, отличается повышенной износостойкостью – в два раза выше, чем у обычного сернокислого. Этот процесс был первым из интегральных цветных покрытий, получившим признание.

Технические условия QUALANOD включают наряду с чисто сернокислым анодированием анодирование в серной кислоте с добавками щавелевой кислоты: содержание серной кислоты – до 200 г/л и щавелевой – около 7 г/л. Это дает, в частности, возможность держать температуру ванны анодирования при температуре до 24 °С, вместо более жестких 20 °С для покрытий толщиной 20 и 25 мкм для чисто сернокислого анодирования.

Анодирование алюминия в растворе фосфорной кислоте

Анодные покрытия, которые получают в растворе фосфорной кислоты, имеют поры большего размера, чем у обычного сернокислого анодного покрытия. Поэтому эти покрытия применяют в качестве основы при получении покрытий методом электрического осаждения металлов на алюминий, а также при подготовке поверхности алюминия к адгезивному соединению деталей при строительстве самолетов. Этот процесс известен также как процесс Боинга. Его основные параметры: концентрация фосфорной кислоты – 10-12 % (по массе), напряжение – 10-15 В, температура 21-24 °С.

Электролиты для интегрального цветного анодирования

Эти электролиты включают широкий ряд растворов органических кислот, обычно с небольшими добавками серной кислоты. Получаемые оксидные покрытия имеют удвоенную износстойкость по сравнению с обычными сернокислыми  покрытиями. Спектр цветов – от бледного золотистого к бронзе и далее до черного. Эти процессы активно применяются при производстве строительных изделий, таких как окна, входы в магазины и фасады зданий. Интегральные анодные покрытия очень стойкие к обесцвечиванию, что выгодно отличает их от адсорбционных цветных анодных покрытий.

См. также  Наполнение анодного покрытия

Источники:
1. TALAT 5203
2. QUALANOD Specifications, edition 01.01.2015

Механизм химического оксидирования алюминия. Теория и технология

Главная → Механизм химического оксидирования алюминия

 

 

Заказать ХИМИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ алюминия сплавов

Заказать ХИМИЧЕСКОЕ ИЗНОСОСТОЙКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ алюминия и его сплавов

 

Изделия из алюминия и его сплавов для увеличения коррозионной стойкости подвергают химическому, электрохимическому и микродуговому оксидированию (МДО). Оксидирование алюминия не только повышает его коррозионную стойкость, но и увеличивает твердость и износостойкость, жаростойкость, теплостойкость, модифицирует различные электрические свойства (электроизоляционные или электропроводные), а также улучшает внешний вид.

 

Оксидный слой на оксидированном алюминии имеет микропористую структуру и вследствие этого обладает высокой адсорбционной способностью, что повышает адгезию лакокрасочных покрытий к поверхности деталей.

Толщина оксидной пленки на алюминии, полученной химическим способом, обычно составляет 0,5-4 мкм. Пленки, получаемые при химическом оксидировании алюминия уступают по экусплуатационным характеристикам анодным и МДО, однако они имеют технологические и экономические преимущеста при покрытии сложнопрофильных и крупногабаритных изделий, внутренних поверхностей длинных и тонкостенных труб, больших сварных конструкций, а также в тех случаях, когда требуется электропроводность на поверхности оксидированного алюминия.

Химическое оксидирование алюминия и его сплавов проводится в щелочно-хроматных, фосфатно-хроматных и хроматно-фторидных ратсворах.

 

Щелочно-хроматные оксидные пленки имеют толщину меньше 2 мкм и слабые механические характеристики, их используют главным образом как грунт под покраску.

Фосфатно-хроматные растворы формируют оксидные пленки на алюминии большей толщины — 3-4 мкм с более высокими защитными и физико-механическими свойствами. Эти оксидные пленки применяются для защиты от коррозии и как грунт под окраску.

Оксидные пленки на алюминии из хроматно-фторидных растворов тонкие, но плотные, имеют низкое электросопротивление. Их используют для получения токопроводного оксидного покрытия.

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО «НПП Электрохимия» Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс «Оригинальные тексты»

Проектирование изделий из алюминия

Главная → Особенности проектирования деталей из алюминия подлежащих гальванопокрытию

1. Общие вопросы.
Современная металлургическая промышленность производит огромное количество различных сплавов алюминия. Все их можно условно разделить на деформируемые и литейные. Выбор конкретного сплава при изготовлении деталей, как правило, обосновывается его физико-механическими свойствами и ценой.

 

Конструктора обычно интересуют:
— Свойствасплава, обеспечивающие наиболее легкую обработку исходного материалавыбраннымметодом. Очевидно, например, что одни виды алюминия легко льются, другие — точатся, третьи — хорошо подвергаются экструзии с получением профиля.
— Свойства готовых изделий, полученных из определенного сплава. Например, сплав Д16Т — твердый, что важно для корпусных деталей, в то время как технически чистый алюминий — очень мягкий и пластичный.
— Стоимость сплава и его доступность.

 

К сожалению, немногие при выборе сплава во время проектирования деталей обращают внимание на его способность к гальваническому покрытию. А между тем невнимательность в этом вопросе часто приводит к тому, что уже изготовленные детали просто невозможно покрыть и вся работа идет насмарку. Как же правильно выбрать алюминий под гальванику и какие тонкости процесса следует учесть при проектировании деталей? Для начала следует рассмотреть номенклатуру и особенности строения алюминиевых сплавов (подробно номенклатура представлена в ГОСТ 4784-97).

 

Деформируемые сплавы можно разделить на высокопрочные, среднепрочные и низкопрочные.

 

К высокопрочным деформируемым сплавам алюминия относятся дюрали (Д), содержащие в качестве легирующих добавок медь, марганец, магний, кремний, железо.Типичный пример — сплав Д16. Основной легировкой в нем является медь, образующая с алюминием интерметаллиды. Кроме этого, к классу высокопрочных можно отнести сплавы типа В, содержащие цинк, медь, магний и марганец — например, В95, а также высоколегированные магналии.

 

Сплавы средней прочности (среднелегированный магналий, авиаль) содержат магний и кремний.

 

Неупрочняемые сплавы алюминия (АМг или АМц)содержат магний, марганец или оба этих элемента вместе.

 

Среди литейных сплавов следует выделить АК и АЛ (силумин). Главная особенность их состава — большой процент кремния в сплаве, до 14%.

 

Алюминиевые заготовки из сплавов, не отличающихся высокой коррозионной стойкостью, защищают поверхностным слоем — плакировкой, обычно чистым алюминием. Иногда это может быть слой иного материала, например, ЛКП.Плакировочный слой может различаться по толщине. Более тонкий слой, представляющий меньшие трудности при покрытии, обозначается буквой Б, более толстый — А.

Теперь рассмотрим под какие гальванические операции в принципе может идти алюминий. По сути, здесь может быть два основных варианта: анодирование (оксидирование) и нанесение металлического покрытия (никелирование, лужение, серебрение, меднение, хромирование и пр.). Анодирование алюминия применяется для защиты от коррозии, повышения микротвердости, улучшения внешнего вида, грунтования под окраску, электроизоляции и т.д. Никелирование создает высокодекоративный блестящий слой, устойчивый в щелочах при любой их концентрации и температуре (чистый алюминий в щелочах легко растворяется). Оловянирование (лужение) обеспечивает паяемость и возможность безопасного сопряжения алюминия с деталями из меди. Серебрение и меднение улучшает электропроводность и снижает переходное сопротивление в электроконтактах.

Выделим общие особенности алюминия, которые могут влиять как на качество анодировки, так и на качество металлизации:
— Чем больше в сплаве легирующих компонентов, тем хуже он покрывается. Значительные трудности создает наличие в сплаве кремния. Для высококремнистых сплавов гальванопокрытие практически невозможно.
— Сплавы АЛ (силумины) очень сложно покрыть и невозможно качественно перепокрыть, т.е. необходимо при проектировании закладывать некоторый процент невозвратного брака с гальваники.
— Плакировка — проблема для гальваники. Самую большую трудность плакировка представляет для металлизации — практически всегда по ней покрытие будет отслаиваться, иногда — не сразу, а после длительного хранения или при пайке.Тонкая технологическая плакировка (обозначается Б) обычно удаляется при штатной подготовке поверхности алюминия, толстая (А) — не всегда. Кроме этого, плакировочный слой неоднороден по толщине. Также он может повреждаться и удаляться при изготовлении деталей. В результате может сложиться ситуация, когда часть детали свободна от плакировки, а часть — нет. За время удаления толстого плакировочного слоя при травлении чистая поверхность может сильно повредиться. К сожалению, визуально не всегда бывает возможно определить где плакировка уже снята, а где — нет. Желательно, таким образом, под гальванику изготавливать детали из неплакированного алюминия, либо предварительно удалять внешний слой механически на 2,5-3% толщины заготовки или более.
— Нельзя покрывать детали из алюминия наглухо сопряженные с деталями из других металлов (сталь, латунь, медь и т.д.). В этом случае неалюминиевые детали повредятся. Перед покрытием такие детали нужно разъединить. Также нежелательно покрывать детали, состоящие одновременно из нескольких сплавов алюминия.
— Нежелательно наличие большого количества глухих (особенно резьбовых) отверстий. Т.к. все гальванические операции проходят в растворах, то эти растворы легко затекают в глухие отверстия и очень неохотно их покидают по завершении процессов. Зачастую остатки электролита могут оставаться в отверстиях внешне совершенно сухой детали и вытекать оттуда через определенное время (иногда уже после упаковки), образуя потеки и вызывая сильное повреждение какпокрытиятак и самой детали.

Выбор сплава алюминия под анодирование.
Особенностью процесса анодирования является тот факт, что оксидное покрытие не наносится извне, а образуется из верхнего слоя алюминия или его сплава. Следовательно, в процессе участвует не только сам алюминий, но и легирующие компоненты. При этом они могут:
— Растворяться и переходить в электролит. Такими элементами являются, например, медь, железо, магний, образующие интерметаллические соединения с алюминием.
— Оксидироваться встраиваться в структуру оксидной пленки, изменяя ее цвет, физические и химические свойства. Таким свойством обладает титан.
— Оставаться индифферентными, выделяясь в виде шламапо мере продвижения оксидной пленки вглубь детали. Такой шлам может как захватываться оксидной пленкой, так и образовывать плохо сцепленный мажущийся слой на поверхности детали. Типичный пример — кремний, в избытке присутствующий в литейных сплавах.
На этих особенностях поведения примесей в сплавах алюминия и основывается выбор материала под анодирование.

 

— Лучше всего анодируется технически чистый алюминий.
— Чем меньше легирующих добавок в сплаве, тем толще и декоративнее можно получить оксидную пленку. При декоративном анодировании сплав алюминия не должен содержать более (%):8 — цинка; 7 — магния; 3 — кремния; 2 — меди; 0.8 — марганца,0.5 -железа; 0.3 — титана;0.3 -хрома. При этом суммарнолегировки не должно быть больше 8%.Наиболее светлые покрытия получаются на технически чистом алюминии, достаточно светлые — на сплавах АМг, темно-серые с некоторой желтизной — на Д16. Сплав АД31 (6063) относительно трудно травится, иногда на его поверхности после анодирования хорошо видны разнотонности в местах загрязнений даже после хорошего обезжиривания деталей.
— Сплавы алюминия, содержащие медь, магний, железо, марганец после анодирования становятся более шероховатыми, одновременно с этим они лучше наполняются в красителях (получаемый цвет более насыщенный) и лучше сцепляютсяс лакокрасочными покрытиями.
— На цвет анодной пленки влияет структура металла. В местах с механическими повреждениями процесс идет быстрее и, соответственно, цвет пленки может быть более темным. Такими «очагами» могут быть царапины и места реза, а на отпескоструенной поверхности пленка вообще может получиться хаотично пятнистой. Часто бывает, что после гидроабразивной резки листовой детали при анодировании внешняя поверхность получается значительно светлее, чем место реза, что, при незнании особенностей процесса, можно принять за брак.
— При анодировании желательно наличие на деталях технологической площадки для монтажа на подвески (отверстие с резьбой, отверстие без резьбы, хвост, шпилька и т.д.). Просто завесить детали на крючки (как при металлизации) нельзя — анодироваться будет сам крючок, а не деталь. Необходимо создавать настолько плотный электроконтакт, чтобы под него не мог попасть электролит.Поэтому тяжелые детали (от 1 кг при 1 токоподводе) лучше анодируются, т.к. уже своим весом создают хороший контакт с подвеской. Легкие детали, особенно метизы, всегда требуют проектирования и изготовления специальной оснастки из титана. Без нее анодирование либо невозможно, либо идет с холостым ходом ванны до 90%.
— Анодирование насыпью (по аналогии с оцинковкой) невозможно.
— Тонкие и легкие алюминиевые пластинки невозможно покрывать внавязку — в месте контакта обязательно будет происходить деформация детали.
— Нежелательно анодировать деталь, состоящую из разных сплавов алюминия. Различные сплавы имеют разную структуру, теплопроводность, химическую стойкость. Все это может привести к разному режиму анодирования на разных частях одной детали, перераспределению электрического тока по поверхности и невозвратному браку.
— При необходимости детали следует термообрабатывать до анодирования, т.к. анодную пленку нежелательно нагревать выше 100^оС.
— Толстые анодные пленки (19,5-25 мкм за 1 час процесса) образуются на технически чистом алюминии и сплавах АД1, Д16, В95, Д20, АМг, АМц, АЛ2, АЛ8. Тонкие (7,6-8,5 мкм за 1 час процесса) — на Д1, АЛ7.

 

Выбор сплава алюминия под металлизацию.
Нанесение металлического покрытия на алюминий — задача с одной стороны более сложная, чем анодирование, с другой стороны — более простая. Сложность состоит в том, что алюминий мгновенно пассивируется на воздухе очень тонкой оксидной пленкой, которая не дает покрытию прочно сцепиться с основой. После стравливания этой пленки и промывки детали она тут же образуется вновь. С другой стороны, при металлизации алюминия не предъявляются столь жесткие требования к прочности электроконтакта детали с подвеской.

Какие же есть особенности металлизации алюминия?
— Как и при анодировании, чем меньше в сплаве примесей, тем лучше сцепление покрытия с основой. Однако, при металлизации это правило имеет большее значение. Становится важным не только состав и структура сплава, но и распределение легирующих компонентов по поверхности (часто неравномерное распределение возникает при горячей прокатке), наличие микродефектов, пористость материала и пр. Любая неоднородность или пора может стать очагом коррозии под покрытием (например, за счет окклюзии электролита) и привести к появлению отслоений.

— Деталь не должна содержать открытых глухих отверстий с глубиной более полутора своих диаметров D. При нарушении этого правила будет происходить растрав поверхности в глубине отверстия, особенно пострадает резьба. Вытекающие из отверстий растворы и продукты коррозии, скорее всего, вызовут отслоение покрытия вокруг отверстий. Величина 1,5D относительна, для некоторых процессов металлизации она может приближаться к 2D, для других — стремиться к минимуму. В идеале глухих отверстий быть не должно или они должны быть прочно закрыты болтами-заглушками. Особенно опасно меднение алюминиевых заготовок с глухими отверстиями, т.к. электролит сернокислого меднения крайне агрессивен к алюминию.
— Недопустимо высокое содержание кремния. При подготовительных операциях тонкий слой кремнистого шлама может оставаться на покрываемой поверхности в виде плохо сцепленного с основой порошка. Гальванопокрытие будет садиться на этот порошок и, в большинстве случаев, отслаиваться сразу или со временем.
— Часто при металлизации алюминия используется подслой из сплава никель-фосфор, осаждаемый из горячего раствора с температурой 85-95^оС. Детали из алюминия, для которых недопустим такой нагрев, покрыть этим методом не удастся.
— Нежелательно делать детали из сплавов, для которых недопустима термообработка, т.к. прочность сцепления металлического покрытия и алюминия проверяется именно термическим воздействием при температуре от 100^оС в течение нескольких часов.

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО «НПП Электрохимия» Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс «Оригинальные тексты»