Что такое анодированный алюминий – предназначение, виды и способы создания

Что такое анодированный алюминий – предназначение, виды и способы создания

В настоящее время алюминий широко используется в различных целях благодаря своим характеристикам. Он очень легко поддается обработке, и при высокой прочности имеет сравнительно небольшой вес. Но у него есть существенный минус – легкое окисление, из-за чего металл теряет свою внешнюю привлекательность. Для избавления от этого недостатка используется технология анодирования.

Прежде чем разобраться в технологии, нужно разобраться, что такое анодированный алюминий. Во время процесса анодирования или же анодного оксидирования происходит появление оксидной пленки на поверхности образца за счет химического взаимодействия. При анодировании участок, подвергшийся окислению, не разрушается, а становится прочнее. За счет этого процесс похож на воронение.

Предназначение анодирования

Кислород является сильным природным окислителем, поэтому множество металлов реагирует с ним, образуя соответствующие оксиды. Но пленка природных оксидов зачастую очень тонкая и совсем не защищает металл. Благодаря анодировке эта пленка упрочняется, что позволяет защитить металл от разнообразных агрессивных воздействий внешней среды. Кроме этого, анодированный образец становится гораздо красивее, без дефектов поверхности, и его становится легче обрабатывать, например, красить.

Анодированный алюминий используется во многих областях промышленности, например, для изготовления лестниц, поручней, высокопрочной фурнитуры. Обработанный металл не оставляет следов на руках. Его используют для изготовления отражателей света, например, в прожекторах, а также для нагревательных рефлекторов.

Теплое анодирование

Одним из наиболее простых в исполнении процессов считается теплое анодное окисление. С его помощью можно окрасить поверхность металла. Но при простоте исполнения, у такой технологии есть существенный недостаток – получаемый алюминиевый профиль достаточно хрупок и может подвергаться коррозии. Более того, при ошибках в работе полученное покрытие может легко стираться даже при проведении по образцу рукой. Поэтому теплое анодирование чаще всего используют как основу для дальнейших манипуляций, например, покрытие этого профиля прочной эпоксидной краской.

Холодное анодирование

За счет высокой эффективности данный процесс стал очень популярным для выполнения в домашних условиях. Суть метода заключается в том, что слой со стороны металла увеличивается за счет растворения с внешней стороны. Отличительной чертой данной технологии является необходимость поддержания низкой температуры. Также есть недостаток – это отсутствие возможности использования органических красителей.

В целом процесс состоит из следующих этапов:

  • подготовка и закрепление детали;
  • анодирование;
  • промывка;
  • закрепление слоя посредством обработки.

Технология анодирования

На первом этапе необходимо приготовить алюминиевые ванные. Они могут быть пластиковые, но тогда изнутри ее нужно покрыть алюминиевой фольгой. Должна быть теплоизоляция во избежание нагрева реакционной смеси. Затем необходимо изготовить катод из свинцовых листов. Важно помнить, что площадь полученного катода должна быть в два раза больше, чем площадь поверхности обрабатываемой детали. На фото изображена алюминиевая ванная.

Подготовительный процесс

Прежде чем приступать к анодировке алюминия, необходимо тщательно очистить образец. На нем не должно быть никаких загрязнений. Поверхность обезжиривают и удаляют предыдущий слой металлического оксида, так как его наличие способно помешать равномерному образованию нового покрытия. После удаления всех загрязнений и шлифовки образец окунают в щелочной раствор для того, чтоб на поверхности образовались микропоры, которые увеличили бы плотность поверхности. Эта процедура похожа на травление.

Химическая обработка

В ванную помещают электролит, в качестве которого могут быть растворы как неорганических кислот, например, серной и хромовой, так и органических – щавелевой и сульфосалициловой. Чаще всего используют хромовую кислоту или щавелевую, особенно если необходимо получить окрашенное покрытие. Данные электролиты используются в производственных, хорошо оборудованных помещениях.

В домашних условиях для обеспечения безопасности в качестве электролитов используют содовые растворы.

От состояния электролита напрямую зависит качество анодирования, из-за чего следует внимательно отнестись к его выбору и подготовке.

Закрепление

После процедуры анодного окисления на образце появляются поры различного диаметра, которые необходимо закрыть, чтобы добиться прочности. Для этого необходимо или опустить деталь в горячую пресную воду, обработать паром или поместить его в «холодный раствор».

Но если же изделие после анодировки было покрыто краской, то закреплять не нужно, так как краска закроет образовавшиеся поры.

Типичные ошибки при анодировании

Если не соблюдать все правила анодирования, то полученное покрытие не будет прочным к воздействию извне и держать краску. Кроме этого, необходимо соблюдать технику безопасности. Обязательно наличие защитной одежды, перчаток и очков.

Температура электролита

От температуры электролита зависит то, какой получится окраска детали. Если температура будет слишком низкой, то сопротивление электролита будет слишком высоким и для поддержания плотности тока трудно будет установить необходимое напряжение. Но устанавливать напряжение порядка 100 Вольт небезопасно в домашних условиях, поэтому лучше всего будет поддерживать правильную температуру – около -10°С. Если температура будет слишком высокой, то покрытие будет слабо держаться, и окрашивание будет мутного оттенка.

Анодная плотность

Процесс образования анодного покрытия идет довольно медленно. Если плотность будет слишком низкая, то слой будет хоть и относительно прочным, но мутно-белого цвета.

Оптимальной плотностью является 2-2,2 А на квадратный дециметр. Это обеспечит страховку в случае возможных ошибок. Не стоит увеличивать ток, так как на образце могут возникнуть дефекты. Увеличивать плотность тока можно только в случае, если электролит хорошо перемешивается и существует хороший отвод тепла от детали.

Катодная плотность

Катодную плотность тоже необходимо поддерживать в необходимых пределах, иначе деталь может повредиться, особенно если она больших размеров. Если размер катода будет слишком мал, то силовые линии тока будут распределяться неравномерно, и именно поэтому на детали могут появляться различные дефекты и пробоины. Поэтому используются катоды по размеру в два раза больше, чем поверхностная площадь образца.

Контакт детали с подвеской

Для достижения нужной силы тока деталь должна хорошо контактировать с подвеской. Иногда рекомендуется обматывать образец проволокой, но это ненадежно. Хороший зажим должен состоять из алюминиевой резьбовой контактной шпильки, это позволит тщательно прижать электрод к детали.

Анодирование алюминия и его виды

Помимо вышеперечисленных способов анодирования, применяются и другие виды: твердое, микродуговое и цветное.

В процессе твердого анодного окисления используют смесь нескольких электролитов, например, кислот. Данный процесс часто применяется для изготовления микропленок в промышленности, например, в машиностроении, изготовлении приборов и т.д, где высокая прочность изделия является необходимым требованием.

При микродуговом оксидировании происходит не только окисление поверхности металла, но и ряд других электрических процессов, за счет чего покрытия получаются очень качественные и с высокой способностью к адгезии.

Задача цветного анодирования очень проста – изменить цвет детали. Для этого применяют разнообразные методы:

  • Метод адсорбции, во время которого деталь погружается в ванную с электролитом.
  • Интегральное окрашивание. Во время этого процесса используется смесь электролита и органических солей.
  • Интерференционное окрашивание. В этом методе создается специальный светоотражающий слой, что приводит к большему разнообразию цветовой гаммы.
  • Электролитическое окрашивание (черное анодирование). Состоит из двух этапов – получения пленки, а затем ее погружение в кислый солевой раствор. Окраска полученного изделия в этом методе варьируется от черного до бронзового, поэтому такой вид окрашивания используется в различных областях строительства.

Рекомендуем также к прочтению:

Электрооборудование, свет, освещение

До сих пор алюминий является лучшим металлом для всевозможных поделок. Он легко обрабатывается, имеет небольшой вес, остается прочным и не ржавеет. Однако у алюминия есть один недостаток – не очень красивый вид. Краска на нем плохо держится, а неокрашенный алюминий покрывается темными пятнами со временем. Но из этой ситуации можно найти выход – стоит обратиться к процедуре анодирования алюминия.

Содержание:

Предназначение анодирования

Алюминий имеет свойства соединяться в естественной среде с кислородом, образуя при этом на своей поверхности защитную плёнку. Именно данный слой позволяет не окисляться металлу. Но подобный природный оксид способен повреждаться, потому что является очень тонким.

Эту проблему можно решить с помощью специального процесса анодирования, который помогает сделать металл более устойчивым и прочным к внешним факторам. После процедуры коррозия алюминию не грозит. Пленка, что образовывается в результате анодирования, отличается большой износостойкостью, потому что от обработанной детали она не отслаивается со временем.

Причем анодирование не является процессом нанесения защитного покрытия, как происходит при хромировании или цинковании. Защитная окисная пленка в этом случае формируется непосредственно из самого защищаемого металла. К слову сказать, поддается анодированию титан, алюминий и магний.

Анодирование в промышленных условиях проводят в 20-процентной серной кислоте. Но с ней опасно и неудобно работать в домашних условиях. К счастью, практике известен и другой метод анодирования – с использованием раствора углекислого натрия (сода) и хлористого натрия (обыкновенная пищевая соль).

Преимущества процесса анодирования следующие:

  • После анодирования алюминиевый профиль приобретает большие защитные свойства;
  • Однородность и матовость поверхности металла;
  • Устранение всех повреждений (полос и царапин), которые возникают в результате повреждения;
  • Высокие декоративные качества;
  • Большая толщина защитного покрытия металла.

Нередко анодирование совершается с целью повысить декоративные качества алюминия и придать металлу желаемый оттенок. Обычно выбирают такие оттенки: темное или светлое золото, жемчуг, серебро с матовым отблеском. Цвет можно изменять, используя для этой цели обыкновенные анилиновые красители, которыми принято красить одежду.

Теплое анодирование

Процедура теплого анодирования является легкоповторяемым процессом обработки алюминия при комнатной температуре – 15-20 градусов. Несложные манипуляции позволяют получать довольно красивые разноцветные покрытия после окраски в органическом красителе. Если вы хорошенько постараетесь, можно на одной детали добиться сразу нескольких цветов.

Достаточно вспомнить старые советские ружья РПО-2, РПС-3, РПО-4 зеленого цвета, который является результатом процесса теплого анодирования металла. Красителем служила всем известная аптечная зеленка. Подобный метод позволяет добиться больших эстетичных результатов, но не лишен недостатков.

Детали, обработанные подобным способом, не демонстрируют по-настоящему высокую антикоррозионную защиту. В морской воде, в зоне контакта с агрессивным металлом (нержавейка, титан) коррозия все-таки появляется. Невелика и механическая защита подобного покрытия – обычной стальной иглой легко процарапать его. В особенно неудачном случае «защитный» слой можно стереть рукой.

Однако подобное «низкопробное» покрытие с другой стороны служит прекрасной основой для дальнейшей покраски. Какая высокая адгезия любой краски к данному слою – невозможно представить! Если использовать эпоксидную краску, получиться весьма неплохая и достаточно эстетичная защита. Краска будет держаться очень долго и крепко. Хорошо будут смотреться матовые нитроэмали.

Читайте также:  Моющиеся обои для ванной комнаты

Алгоритм теплого анодирования:

  1. обезжиривание детали и закрепление изделия в подвеске;
  2. анодирование до молочно-мутного оттенка в ванне;
  3. промывка детали в холодной воде;
  4. окраска изделия в горячем растворе анилинового красителя;
  5. закрепление окрашенного слоя в течении получаса.

Холодное анодирование

«Холодная» технология при температуре обработки от минус 10 до плюс 10 градусов была изобретена из-за двух причин: высокого качества, прочности и твердости анодного слоя в холодных условиях; низкой скорости растворения поверхности слоя и большой толщины слоя.

На самом деле слой со стороны металла нарастает и одновременно с внешней стороны растворяется. Скорость роста слоя является приблизительно одинаковой для обоих процессов. Но холодное анодирование деталей демонстрирует низкую скорость растворения внешней защитной пленки. Потому и возможно получить довольно толстый слой. А вот при теплой процедуре скорость внешнего растворения защитного слоя достигает скорости роста внутреннего слоя, поэтому невозможно получить толстый слой при таком варианте.

Процесс холодного анодирования требует принудительного глубокого охлаждения. Только так получается создать красивое, твердое и износоустойчивое покрытие. К примеру, подводному ружью с подобным покрытием не будет страшна морская вода с любым уровнем солености. И только при контакте с титаном коррозия может начаться в очень далеком будущем.

Единственным незначительным минусом данной процедуры является невозможность окрасить слой органическими красителями. Цветовая окраска защитного слоя, получаемого в результате процедуры холодного анодирования, является естественным процессом, зависящим исключительно от состава обрабатываемого сплава. Оттенки изменяются от зеленовато-оливкового до почти черного или темно серого цвета.

Алгоритм холодного анодирования:

  1. обезжиривание и закрепление детали в подвеске;
  2. анодирование стали до плотного оттенка слоя в ванне;
  3. промывка в горячей или холодной воде;
  4. закрепление слоя посредством варки в дистиллированной воде или выдержки на пару.

Этапы анодирования

Каждый этап анодирования алюминиевого изделия придаёт металлу очередное преимущество. Подготовка к самому процессу кроется в погружении детали в определенный щелочной раствор, в результате чего является полное очищение алюминия от масел и загрязнений.

После промывки, производимой в растворе из каустической соды, удалится тонкий слой алюминия, мешающий процессу анодирования. Сама процедура анодирования алюминиевой детали придает более плотную поверхность, обеспечивающую слоем оксидной плёнки. Декоративные моменты анодирования способны придать изделию определенный цвет и блеск.

А процесс уплотнения помогает закрыть поры алюминию, который имеет довольно пористую структуру. В целом понятно, что анодирование необходимо алюминию, если вы планируете защитить его от коррозии и прочих повреждений. Кроме того, анодирование способно придать изделию приятный вид. Совершить данный процесс вы можете и в домашних условиях.

Типичные ошибки при анодировании

Как вы поняли, повсеместно чаще всего используется именно холодная технология анодирования алюминия, в результате которой получается очень твердое и прочное покрытие с высокой коррозионной защитой. Однако в процессе работы обыватели часто допускают ошибки, с типичными нужно ознакомиться, чтобы не повторять их в своей практике.

Температура электролита

Если при работе вы установили температуру ниже -10 градусов, у вас не получится добиться нужной анодной плотности тока на изделии. Независимо от того, что реостат по максимуму выкручен и напряжение, которое идет с блока питания, максимальное. В результате малого уровня плотности тока покрытие будет медленно расти, и получаться бесцветным.

Проблема заключается в том, что электрическое сопротивление электролита при очень низких температурах сильно увеличивается, вследствие чего недостаточно вашего напряжения для «правильной» плотности тока. В таком случае вы можете пойти двумя путями: поднять напряжение до 100 вольт, что очень опасно, или прогреть электролит до -10 градусов. Второй вариант предпочтительнее.

Если вы установили температуру выше плюс 10 градусов, плотность тока будет правильной, а вот анодный слой получится слабоватым, да и окраски не будет, только мутный молочный оттенок. При превышении порога допустимой температуры процесс анодирования дома будет изменяться в качественную сторону, превращаясь из холодного в теплый, то есть ухудшаясь. Даже уже наращенный холодный слой будет разрыхляться и постепенно растворяться, даже если окраска потеряется не полностью.

Анодная плотность

Анодный слой нарастает медленно. Окрашенность защитного слоя появляется скачкообразно, когда анодная плотность тока составляет 1,5 – 1,6 ампера на квадратный дециметр. При меньшей плотности слой получится бесцветным или мутно-белым. Хотя его прочность и будет сносной.

Но лучше для небольшого запаса надежности (если вы ошиблись при определении площади поверхности изделия) придерживаться плотности 2 – 2,2 ампера на квадратный дециметр. Не стоит поднимать анодную плотность путем увеличения тока выше нормы, если вы хотите, чтобы процесс проходил быстро. В этом случае вас будут преследовать растравы и пробои детали.

В принципе при анодировании в домашних условиях допустима большая плотность тока при интенсивном перемешивании электролита и хорошем отводе теплоты от детали. Это сократит время процесса и позволит нарастить толстый защитный слой (в промышленности можно достичь даже 2-миллиметрового слоя анода). Но для этого нужно предусмотреть качественное охлаждение деталей в процессе анодирования.

Помните, что теплый электролит способен интенсивно растворять анодный слой! В течение нескольких секунд микрозоны перегрева оголяются полностью до белого метала, и через них течет ток, что больше нормального в разы. И начинается местное травление металла. Изделие за пару минут даже может наполовину раствориться наполовину.

Катодная плотность

Если катодная плотность слишком велика (площадь поверхности катода недостаточна, в сравнении с площадью обрабатываемой детали), то это не будет большой проблемой при обработке маленьких деталей, расположенных в разных концах емкости далеко от катода. Но если нужно анодировать габаритное изделие в небольшой ванне, то возникнут проблемы: склонность к прогару и растравливание детали.

Запомните: малые размеры катода вызывают неравномерное распределение по поверхности изделия силовых линий тока. А это в итоге вызывает повышенный риск прогара. Поэтому площадь катода сделайте в 2 раза больше площади детали. Так в процессе анодирования ток будет распределяться равномерно на поверхности детали.

Контакт детали с подвеской

Если деталь имеет плохой контакт с подвеской, вы не сможете достичь правильной силы тока. К тому же при подаче тока на изделие пузырьки кислорода будут уходить с поверхности зажима, а не с ее поверхности. Или вообще не будут формироваться. Данная проблема возникает из-за создания некачественного зажима.

Различные варианты, что состоят в обматывании детали алюминиевой проволокой, не являются надежными. Зажим должен быть с резьбовой контактной шпилькой из алюминия. Только такие конструкции позволяю прижать электрод к изделию с достаточной силой, обеспечив надежный электрический контакт.

Теперь вы знаете, что собой представляет процедура анодирования алюминия, для каких металлов она ещё подходит, и какие требования предъявляются при работе оборудованием для анодирования. Существует два вида анодирования – теплое и холодное. Однако первый вариант уже себя изжил. Перед работой обязательно стоит ознакомиться с типичными ошибками, чтобы не повторять их.

Процесс анодирования алюминия

Анодирование алюминия или его анодное окислениерассматривается многими предпринимателями, как одно из самых перспективных направлений обработки алюминия и его сплавов.

Сущность анодирования алюминия

Почему? Что такого особенного в этом незамысловатом с точки зрения химии процессе? А главное в чем его экономическая выгода? Давайте разбираться.

Как известно, алюминий самый распространенный металл на Земле, а кроме того еще и самый востребованный. Химические и физические свойства алюминия позволяют использовать его практически повсеместно: в машиностроении, авиации, космической промышленности, электро- и теплотехнике и пр. Алюминий на открытом воздухе быстро окисляется и образует на поверхности защитную микропленку, которая делает металлоизделия из алюминия химически более инертными. Однако эта естественная защита слишком мала, поэтому алюминий и его всевозможные сплавы не вечны: со временем они легко подвергаются коррозии.

Защитить изделия из алюминия, сделать их более твердыми и долговечными можно двумя способами: окрасить их с помощью порошковых красок или оксидировать, т.е. искусственно создать на его поверхности толстую пленку. Оксидирование в свою очередь подразделяется на два подвида: химическое оксидирование в растворах хрома и собственно анодирование с помощью анодной поляризации изделия в электролите.

Преимущества окрашивания в том, что готовые изделия внешне более эффектны: получаемый цвет ровнее, ярче, возможных оттенков окрашивания больше, легче получить нужную текстуру. Однако анодирование гораздо менее зависимо от качества поставляемых материалов, да и производственные линии устроены проще. Кроме того, спектр цветов и оттенков анодированных металлоизделий становится с каждым годом все больше и больше. Сейчас доступно даже радужное анодирование с созданием на поверхности изделия переливающегося блестящего покрытия.

Технология анодирования алюминия

Производственный процесс анодирования алюминия условно делится на три этапа:

1. Подготовительный – на этом этапе алюминиевое изделие необходимо тщательно механически и электрохимически обработать. От того, как качественно будет проведен этот процесс будет зависеть конечный результат. Механическая обработка подразумевает очищение поверхности, ее шлифовка и обезжиривание. Затем изделие сначала помещают в щелочной раствор, где происходит так называемое “травление”, а после – в кислотный, для осветления изделия. Последний шаг – промывка изделия. Промывка проводится в несколько стадий, так как крайне важно удалить остатки кислоты даже в труднодоступных участках изделия.

2. Химическое анодирование алюминия – изделие прошедшее первичную обработку подвешивают на специальные кронштейны и помещают в ванну с электролитом между двумя катодами. В качестве электролитов могут выступать растворы серной, щавелевой, хромовой и сульфосальциловой кислот иногда с добавлением органической кислоты или соли. Серная кислота – самый распространенный электролит, однако он не подходит для сложных изделий с мелкими отверстиями или зазорами. Для этих целей лучше подходят хромовые кислоты. Щавелевая кислота в свою очередь создает наилучшие изоляционные покрытия разных цветов.

Вид, концентрация, температура электролита, а также плотность тока напрямую влияют на качество анодирования. Чем выше температура и ниже плотность тока, тем быстрее происходит анодирование, пленка получается мягкая и очень пористая. Соответственно чем ниже температура и выше плотность тока, тем тверже покрытие. Диапазон температур в сернокислом электролите колеблется от 0 до 50 градусов по Цельсию, а диапазон плотности от 1 до 3 А/дм2. Концентрация электролита может колебаться в пределах 10-20 % от объема в зависимости от требований технической документации.

Читайте также:  Как вешать карниз — правила, особенности, монтаж

3.Закрепление – непосредственно после анодирования поверхность изделия выглядит очень пористой. Чем больше пор – тем мягче поверхность. Поэтому, чтобы изделие получилось крепким и долговечным, поры нужно закрыть. Сделать это можно, окунув изделие в почти кипящую пресную воду, обработав под паром, либо поместив в специализированный “холодный” раствор.

Если изделие предполагается окрасить в какой-нибудь цвет, его не “закрепляют”, так как краска прекрасно заполнит пустое пространство в порах.

Оборудование для анодирования алюминия делится на 3 вида: основное (ванны для анодирования), обслуживающее (обеспечивает непрерывную работу линии, подает ток в ванны и т.д.) и вспомогательное (на нем осуществляется подготовка алюминиевых изделий, их перемещение по линиям, складирование и пр.).

Разновидности анодирования

На сегодняшний день можно встретить компании предоставляющие различные услуги по анодированию алюминия. Это и классическое, и твердое, и цветное анодирование. Некоторые организации предлагают анодировать алюминий в домашних условиях. Каждое направление имеет свои интересные особенности, о которых мы и поговорим дальше.

Твердое анодирование алюминия – это особый способ получения сверхпрочной микропленкина поверхности алюминиевой детали. Он получил небывалое распространении в авиа, космо и автостроении, архитектуре и схожих областях. Суть процесса в том, что для анодирования берется не один электролит, а несколько в определенной комбинации. Так одна из запантенованных методик подразумевает смешение серной, щавелевой, винной, лимонной и борной кислот в пропорции 70-160/30-80/5-20/2-15/1-5 г/л. и постепенным увеличением плотности тока с 5 до 28 В. при температуре раствора до 25 градусов по Цельсию. Твердость покрытия достигается благодаря изменению структуры пористых ячеек анодной пленки.

Цветное анодирование алюминия – технология изменения цвета анодированной детали. Производится как до, так и после расположение детали в электролите. Бывает 4 видов:

Первое – адсорбационное окрашивание – происходит сразу после перемещения элемента из ванной с электролитом, т.е до заполнения пор. Деталь также погружают в раствор с красителем, разогретым до определенной температуры (55-75 град. по Цельсию), на некоторое время (обычно от 5 до 30 минут), а затем дополнительно уплотняют, чтобы увеличить окрашенный слой.

Второе – электролитическое – оно же черное анодирование алюминия – это получение сначала бесцветной анодной пленки, а затем продолжение процесса в кислом растворе солей некоторых металлов. Цвет готового изделия получается от слабобронзового до черного. Анодирование алюминия в черный цвет востребовано в производстве строительных профилей и панелей.

Третий вид – интерференционное окрашивание – то же, что и предыдущее, но позволяет получить большее количество оттенков благодаря формированию специального светоотражающего слоя.

Ну и наконец, четвертый вид – интегральное окрашивание – в раствор электролита для анодированию добавляют органические соли, благодаря которым и происходит покраска изделия.

Теперь вы получили общее представление о процессе анодирования. Как видно из всего сказанного – электрохимическое оксидирование позволяет добиться самых разных результатов, не тратя при этом огромных денег на организацию процесса. Не удивительно, что в нем так заинтересованы многие предприниматели.

Применение анодированного алюминия

Свойства анодно-окисного покрытия на алюминии являются уникальными среди других покрытий. Поэтому они нашли широкое применение в самых различных сторонах человеческой жизни.

Анодированный алюминий как основа для окраски

Это было первое промышленное применение анодных покрытий после изобретения анодирования алюминия (в хромовой кислоте) в двадцатых годах прошлого столетия. Это была стандартная обработка поверхности алюминиевых (дюралевых) деталей самолетов, и она до сих пор прописана в стандартах, например, в современном британском военном стандарте DEF STAN 03-24/3. Эта комбинация органического покрытия с хромовым анодным покрытием дает максимальный срок службы для слоя краски на защитном покрытии и обеспечивает защиту металлу даже после повреждения краски.

Сернокислые анодные покрытия с бихроматным наполнением также применяют в качестве защитного слоя и основы для нанесения органических красок. Такое защитное покрытие имеет долгий срок службы, в том числе, в морской воде.

Анодированный алюминий – защита от коррозии

Неокрашенное хромовое анодное покрытие имеет высокое сопротивление коррозии, в том числе в соляной среде. Его применяют для защиты от коррозии алюминиевых деталей самолетов, когда их нельзя окрашивать. Сернокислые анодные покрытия с гидротермическим наполнением широко применяют для коррозионной защиты алюминиевых конструкций в морской и промышленной атмосферах. В последние десятилетия анодные покрытия, бесцветные и цветные, массово применяют для наружных и внутренних строительных материалов и деталей, в том числе, окон, дверей, фасадов зданий, внутренних перегородок и перил.

Военные алюминиевые конструкции и детали машин, особенно те, которые должны выдерживать длительные сроки хранения и работать, в том числе, в тропиках и морской среде, также чаще всего защищают анодными покрытиями.

Анодированный алюминий в дизайне

Благодаря способности анодных покрытий поглощать красители, получают широкий спектр «цветного алюминия». Этот метод называют абсорбционным и он широко применяется для различных алюминиевых изделий – литых, прессованных, штампованных. Более прочное цветное покрытие – электролитическое – получают в различных электролитах, большинство – в растворах солей никеля, кобальта и олова. Его «ассортимент» цветов значительно уже, чем у адсорбционного, но достаточно разнообразен.

Анодированный алюминий – чистые руки

При применении алюминия без анодного покрытия, например, для изготовления лестниц, кресел, перил или поручней, часто можно услышать жалобы, что алюминий оставляет серые следы – «пачкается».

Анодирование полностью решает эту проблему и применяется, например, для всех алюминиевых деталей в поездах, автобусах, троллейбусах и трамваях. Алюминиевые вязальные спицы завоевали популярность именно благодаря анодированию: они перестали пачкать пальцы.

Важную роль для достижения этого свойства анодированного алюминия играет наполнение пор анодного покрытия.

Анодированный алюминий в отражателях прожекторов

Сернокислое анодирование применяют для защиты поверхности отражателей прожекторов. Первоначальная небольшая потеря в отражательной способности считается приемлемой, так это состояние будет сохраняться годами, тогда как незащищенный алюминий будет постоянно корродировать и снижать способность отражать свет. Кроме того, анодированный алюминий намного легче чистить, чем обычный незащищенный алюминий.

Анодированный алюминий в тепловых отражателях

Анодирование давно применяют для алюминиевых нагревательных рефлекторов – их можно встретить в каждом доме. Их поверхность легко чистить и они выдерживают даже влажность ванных комнат. Эффективность анодированного алюминия как отражателя теплового излучения обеспечивается тем, что толщина анодного покрытия составляет всего около одного микрона. Теплоотражательные свойства более толстых анодных покрытий применяют при изготовлении охлаждающих радиаторов-«гребенок» в электронных приборах, в том числе, в каждом компьютере. Для повышения тепловой излучательной способности анодного покрытия его часто окрашивают в черный цвет.

Анодированный алюминий в борьбе с трением и износом

Анодное покрытие намного тверже, чем основной алюминий, поэтому сопротивление износу и «анти-маркость» изделия повышаются значительно. До того как стали применять гидротермическую гидратацию анодного покрытия, широко применяли его физическое наполнение маслами, воском и тому подобными веществами. Наполнение анодного покрытия смазочными маслами нашло применение в тех инженерных решениях, где на заданных поверхностях нужна постоянная смазка. Широкое применение это нашло в алюминиевых поршнях бензиновых и дизельных двигателей. Применяют также наполнение анодного покрытия графитовыми суспензиями. Твердое анодное покрытие с обычной толщиной от 40 до 60 мкм успешно применяют на деталях различных машин, например, гидравлических и пневматических цилиндрах.

Анодированный алюминий как электрический изолятор

Хотя анодное покрытие и является хорошим электрическим изолятором, опасность местного пробоя электричества из-за мелких дефектов ограничивает применение анодированных алюминиевых проводов. Однако анодированную алюминиевую ленту уже много лет применяют для некоторых типов трансформаторов, когда важно уменьшить их вес. Анодное оксидное покрытие намного лучше сопротивляется воздействию тепла, чем органические электроизоляционные материалы, поэтому часто его выбирают для работы при высоких температурах.

Анодированный алюминий

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

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

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

Что такое анодирование

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

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

  1. Защита от внешних воздействий;
  2. Украшение.

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

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

В состав покрытия входят два компонента:

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

Технология анодирования

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

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

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

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

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

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

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

Тёплое анодирование

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

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

Процесс тёплого анодирования состоит из шести этапов:

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

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

Холодное анодирование

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

Алюминий получает отличные физические характеристики:

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

При холодном анодировании нужно обязательно осуществить следующие процедуры:

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

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

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

Для чего анодируют алюминий и как его применяют

Главная цель анодирования деталей, изготовленных из алюминия – повышение срока эксплуатации в условиях воздействия различных агрессивных сред.

Учитывая, что чистый алюминий обладает высоким сродством к кислороду, его коррозионная стойкость выше, чем у многих других лёгких металлов конструкционного назначения. Естественное окисление алюминия происходит при первом контакте с воздухом. Процесс же анодной обработки ещё больше увеличивает стремление обеих химических элементов создавать окислы, вступая в реакцию между собой.

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

Незаменимы алюминиевые конструкции при создании:

  • рекламных конструкций для культурно-спортивных мероприятий, выставок и шоу.
  • информационных стендов для массовых акций, митингов, собраний.

Прекрасная светоотражающая способность анодированного алюминия сделала его незаменимым материалом при изготовлении дорожных знаков. Благодаря интерференции информация, нанесённая на знак при анодировании прекрасно видна автомобилистам в ночное время суток.

Рамы любительских велосипедов также изготавливаются из анодированных сплавов алюминия. На специальную одежду, которой пользуются велосипедисты в тёмное время суток, наносится тончайшая плёнка оксида алюминия. Благодаря этому силуэт легко разглядеть в темноте на почтительном расстоянии. С той же целью анодированный металл применяется при изготовлении отражающего слоя в прожекторных установках.

Отличные свойства анодированного алюминия позволяют использовать его для изготовления самого широкого круга номенклатуры деталей и узлов, применяемых в самых разных областях. Можно смело сказать: если принято решение изготовить что-то из обработанного таким способом металла, прочность и лёгкость конструкции не будет вызывать никаких сомнений!

Что такое анодированный алюминий и как анодируют алюминиевый 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.

Ссылка на основную публикацию