Анодирование алюминия
Алюминий-второй по распространенности металл в мире. Инженеры отдают предпочтение алюминию из-за его легкого веса, коррозионной стойкости и разумной цены.
Однако необработанный алюминий имеет низкую износостойкость. При воздействии на него окружающей среды на его поверхности естественным образом образуется тонкий слой оксида алюминия, который обеспечивает алюминию защиту от коррозии. Но эта естественная образующаяся оксидная пленка может разрушаться под взаимодействием других элементами окружающей среды.
Чтобы обеспечить лучшую защиту применяют анодирование. Эта процедура имеет и другие преимущества, как мы узнаем далее в статье. Но давайте начнем с самого начала.
Что такое анодирование?
Анодирование алюминия — это электрохимический процесс, при котором на поверхности детали или изделия образуется слой оксида алюминия. Этот слой защищает изделие от износа и одновременно улучшает эстетику. В этом процессе изделие, на которое наносится покрытие, действует как анод в электролизере, отсюда и его название.
В промышленных масштабах анодирование впервые было применено в 1923 году.
Вскоре многие вариации этого процесса стали использоваться для различных материалов с использованием различных электролитических растворов. Примерно в это же время Гауэн и О'Брайен использовали серную кислоту для анодирования алюминия.
Этот технологический процесс разработанные более 100 лет назад, до сих пор остается самым распространенным и эффективным методом и сегодня.
Преимущества анодированного алюминия
Целью процесса является увеличение толщины оксида алюминия на поверхности изделия.
Слой оксида алюминия чрезвычайно жесткий. По шкале Мора он имеет 9 баллов и уступает по твердости только алмазу. Он настолько твердый, что обычно используется в качестве абразива в наждачной бумаге. Нанесение слоя этого материала на изделие гарантирует, что изделие будет обладать высокой износостойкостью.
Толщина этого слоя зависит от цели анодирования. Для декоративных целей достаточно тонкого слоя. Более толстый слой защищает поверхность, а также улучшает ее внешний вид.
Наличие толстого слоя оксида алюминия также делает металлическую поверхность более восприимчивой к окрашиванию, поскольку при анодировании на ней образуются поры. Затем вводятся нужные пигменты, которые заполняют поры от поверхности до самой ее глубины. Это делает пигмент довольно прочным, так как его нельзя поцарапать.
Анодирование также может служить отличной грунтовкой для окрашивания поверхности обычной краской.
Анодирование алюминия улучшает изоляционные свойства алюминия, так как оксид алюминия не является хорошим проводником электричества.
Принцип работы анодирования алюминия
Анодирование работает по принципу электролиза. Анодирующая емкость заполняется подходящим электролитом. Изделия обычно подвешиваются сверху, чтобы подвергнуть большую часть поверхности воздействию электролита.
Затем мы помещаем пластины подходящих элементов (обычно свинца или алюминия) в резервуар. Следующим шагом является завершение электрической цепи между катодом и анодом через источник постоянного тока.
Алюминиевое изделие соединено с положительной клеммой, а пластины соединены с отрицательной клеммой батареи. Поскольку цепь теперь завершена, ток проходит через нее.
Величина и длительность прошедшего электрического тока будут определять конечные характеристики, такие как толщина слоя оксида алюминия на анодированном алюминиевом изделии.
Процесс анодирования алюминия
Для большинства установок анодирования сегодня все еще используют для этого процесса традиционную сернокислотную ванну. Однако было добавлено много новых функций, которые значительно улучшили конечный результат с точки зрения эстетики и функциональности.
Современный процесс анодирования алюминия очень техничен. Как правило, анодирование алюминия состоит из следующих этапов.
Очистка
Поверхность алюминиевого изделия нуждается в очистке перед анодированием. Для очистки поверхности от жира и грязи используются кислотные или щелочные чистящие средства.
Предварительная обработка
Этот шаг устраняет любые дефекты поверхности. Цель состоит в том, чтобы сделать поверхность чистой и гладкой. Это делается с помощью двух основных процессов – осветления и травления.
Осветление
Осветление удаляет любые остатки, оставшиеся от процесса очистки. Использование концентрированной смеси азотной и фосфорной кислот для химического сглаживания поверхности обеспечивает металлическую поверхность, готовую к анодированию.
Травление
Травление удаляет слой алюминия с поверхности изделия, чтобы обеспечить матовую отделку. Горячий раствор гидроксида натрия используется для удаления поверхностных дефектов.
Анодирование
После предварительной обработки продукт готов к анодированию. Как упоминалось выше, серная кислота является электролитом для анодирования алюминия. Альтернативами, которые иногда используются, являются органическая кислота, борат, тартрат, фосфорная кислота и хромовая кислота.
Окраска
Существует несколько способов добавления цвета к анодированному алюминию. Разные цвета требуют разных методов. Давайте рассмотрим два наиболее популярных способа окраски анодированного алюминия.
Электроокрашивание
Одним из таких методов является метод электроокрашивания. Этот метод используется для более темных оттенков. При электроокрашивании в раствор электролита добавляют неорганические металлические соли.
Оксид или гидроксид осаждается в порах, добавляя к оксидной пленке такие цвета, как черный, коричневый, синий, желтовато-серый и бронзовый.
Окрашивание
Крашение-это еще один популярный метод добавления цвета к анодированному алюминиевому изделию. Поры, которые образуются во время электрохимического процесса, легко впитывают краски или пигменты
Они заполняют поры на всю толщину слоя оксида алюминия. Поскольку толщина этого слоя в некоторых случаях может достигать 50 мкм, этот метод достаточно долговечен. Царапины или грубое использование детали не влияют на цвет из-за толщины слоя. Кроме того, преимуществом является широкий ассортимент доступных цветов.
Герметизация
Герметизация-это заключительный этап процесса анодирования алюминия. Она предотвращает утечку жидкости и повышает коррозионную стойкость изделия из анодированного алюминия. Есть три способа сделать это – горячий метод, холодный или сочетание обеих методов.
Виды анодирования
Существует 2 типа анодирования. Основное отличие в зависимости от толщины слоя гидроксида алюминия
Декоративное анодирование
Декоративное анодирование, как следует из названия, в первую очередь направлено на обеспечение привлекательного эстетического вида и обеспечение некоторой защиты как приятного дополнения.
Для декоративного анодирования рекомендуемый слой составляет от 5 мкм до 25 мкм. Чтобы получить лучший результат при окрашивании деталей, лучше всего сохранить толщину от 15 мкм до 25 мкм. ISO 7599:2018 определяет способ декоративного анодирования алюминия и его сплавов.
Твердое анодирование
В тех случаях, когда нам требуется более лучшая защита изделий из алюминиевых сплавов (применение в соленой воде или воздействие агрессивных химических веществ), рекомендуется использовать твердое анодирование.
Толщина окислительного покрытия должна составлять от 25 мкм до 50 мкм. ISO 10074:2017 содержит технические характеристики твердых анодно-окислительных покрытий.
Окончательная отделка
Анодирование придает алюминиевой поверхности превосходный внешний вид. Как мы знаем, поверхность состоит из пор с пигментами, а также неокрашенных участков, где поверхность реагирует с кислородом, чтобы предотвратить дальнейшее окисление. Когда свет попадает на обе эти поверхности одновременно, он мешает отражению, придавая металлу привлекательный металлический блеск.
Поверхность также имеет очень мало дефектов, так как она равномерно реагирует с электролитом, придавая ему гладкую поверхность.
Анодирование против Порошкового покрытия
Порошковое покрытие-это тип обработки поверхности, который наиболее распространен для покрытия сталт, но он также может использоваться и для алюминия. Поверхность алюминия покрыта полиэфирным порошком как для украшения, так и для защиты. У производителей есть выбор между этими двумя методами, когда они ищут варианты обработки поверхности алюминия.
Анодирование лучше традиционного порошкового покрытия во многих отношениях, некоторые из которых заключаются в следующем:
- Это неорганическая отделка и обеспечивает превосходную отделку поверхности по сравнению с органическими аналогами, такими как порошковое покрытие.
- Что касается внешнего вида: анодирование имеет металлический блеск и чрезвычайно хорошо интегрируется с поверхностью по сравнению с порошковым покрытием. Анодированная поверхность по-разному реагирует как на естественный, так и на искусственный свет.
- Анодирование также лучше в долгосрочной перспективе. Порошковое покрытие иногда страдает от нарушения адгезии, и даже если этого не происходит, цвет со временем выцветает.
Какие Материалы Можно Анодировать?
Кроме алюминия, для анодирования пригодны многие другие металлы и даже пластмассы.
Такие металлы, как магний, титан, цирконий, ниобий, цинк, гафний и тантал, анодируются, хотя и для различных целей.
Таким же образом мы можем анодировать проводящие пластмассы. Все анодированные продукты развивают превосходную отделку поверхности, привлекательный внешний вид и, как правило, дольше, чем их необработанные аналоги.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ
Что подразумевается под барьерным слоем при анодировании?
При анодировании алюминия в кислом растворе его поверхность начинает терять ионы алюминия. Это вызывает эрозию поверхности алюминия и, чтобы противостоять этому, поверхность реагирует с отрицательно заряженными ионами кислорода в электролите.
В то время как точки, где происходит первоначальная эрозия, продолжают разрушаться, остальная часть поверхности образует слой оксида алюминия, который действует как барьер против дальнейшей эрозии. Этот слой известен как барьерный слой. Он довольно тонкий по сравнению с пористым слоем, образовавшимся в результате анодирования.
Можно ли анодировать всю поверхность изделия целиком?
Анодировать всю поверхность изделия невозможно. Электрическая клемма должна быть подключена к детали на протяжении всего процесса, поэтому, где бы она ни была подключена, эта часть не будет анодирована.
Чтобы свести к минимуму влияние этого ограничения, соединение размещают в некритических точках. Лучшее место, как правило, скрытое лицо со стороны.
Жесткое анодирование требует более высокого напряжения и электрического тока. В таких случаях соединение производится через резьбовое отверстие в изделии для хорошего электрического контакта.
Источник Андреас Веллинг