3 способа анодирования металла

Подготовительный процесс

Для получения гладкой поверхности на стадии подготовки необходимо заготовку отполировать. С помощью войлочного или другого полировального круга устраняются царапины, затягиваются большие поры. Отсутствие микронеровностей снижает вероятность появления прогаров. Анодная пленка не способна скрыть внешние дефекты.

Перед анодированием алюминия необходимо определиться с размерами обрабатываемых деталей. Получаемый слой имеет толщину 50 микрон, поэтому на обработанную резьбу невозможно будет накрутить гайку. Если же детали соединяются с помощью посадки, то не стоит забывать, что после анодирования детали шлифовке не подлежат.

Проведение анодирования в домашних условиях

Для проведения процесса необходимы емкости. Емкости для анодирования должны соответствовать размерам деталей, быть чуть больше. В связи с чем обычно пользуются несколькими ваннами. Материал емкостей – алюминий. Но если изделия небольшого размера, то подойдут пластиковые контейнеры. Только на дно и вдоль стенок необходимо уложить алюминиевые листы. Это необходимо, чтобы создать ток равномерной плотности по всему объему.

Электролит нуждается в изоляции от внешнего воздействия тепла. При нагревании его придется менять. Для исключения нагрева емкости снаружи покрываются слоем теплоизоляции. Ее можно обклеить пенопластом до 50 мм толщиной или, поместив в короб, заполнить свободное пространство монтажной пеной.

Смешивание, когда в кислоту добавляется вода, сопровождается обильным тепловыделением, и она буквально вскипает разбрызгиваясь. Поэтому в целях безопасности серную кислоту вливают в емкость с водой.

Перед началом анодирования алюминия его подвергают химической подготовке. Химическая подготовка – процесс обезжиривания. В промышленных условиях обработку проводят едким натром или калием. Но в домашних условиях лучше пользоваться хозяйственным мылом. Зубной щеткой и мыльным раствором с поверхности хорошо удаляются загрязнения. После чего сначала заготовки промываются теплой водой, а затем — холодной.

Альтернативой хозяйственному мылу служит стиральный порошок. Растворив его в закрытом пластиковом контейнере и поместив туда обрабатываемые детали, необходимо интенсивно встряхнуть. Затем детали промываются и просушиваются потоком горячего воздуха. Активный кислород, содержащийся в стиральном порошке, защищает обезжиренные изделия, даже если их взять голыми руками.

Что дает анодирование

Чем-то анодирование похоже на гальванические процессы, возникающие во время хромирования или оцинковки стали. Но есть существенная разница: исключено использование посторонних веществ, пусть даже похожих по свойствам и химическому составу. Оксидирование ведётся на основе самого металла, подвергаемого электрохимическому воздействию.

При анодировании процесс поддаётся регуляции, оксидному слою придаются заранее заданные свойства, а результатом служит прочность оксидируемого участка.

Лучше всего защитный слой в результате анодирования образуется на таких металлах, как алюминий, титан, сталь, тантал. Главное же требование к технологии, чтобы металл имел только один оксид с высокими адгезивными свойствами.

Но для обеспечения адгезии нужна пористая структура, которая обеспечит соприкосновение рабочей смеси с чистым металлом поверхности, что значительно ускоряет процесс оксидирования.

1. Первый тип – пористая поверхность оксидной плёнки. Получается при воздействии на металл кислых электролитов. Структурированная порами поверхность служит отличной основой для того, чтобы на неё легли лакокрасочные материалы, которые своей структурой, образующейся в процессе полимеризации основы, закрепляется во фракталах пор. То есть анодированная поверхность способствует повышенной адгезии.
2. Барьерная. Относится ко второму типу. Это самостоятельное защитное покрытие, которое защищает металл от контактов с внешней агрессивной средой.

Впрочем, созданием защитных слоёв процесс анодирования не ограничивается. Применяя разные материалы и меняя уровень напряжения, можно получить разные оттенки анодированной плёнки. Чем активно пользуются дизайнеры при оформлении интерьеров, когда облицовочным материалом служит алюминий.

Развитие технологий анодирования

Для получения сверхпрочной оксидной пленки на поверхности алюминия был разработан способ использования сложного состава различных электролитов в определенной пропорции в сочетании с постепенным увеличением плотности электрического тока. Используется своеобразный «коктейль» из серной, винной, щавелевой, лимонной и борных кислот, а сила тока в процессе постепенно увеличивается в пять раз. Благодаря такому воздействию меняется структура пористой ячейки защитного оксидного слоя.

Отдельно следует упомянуть технологии изменения цвета анодированного объекта, которое возможно сделать разными способами. Самым простым является помещение детали в раствор с горячим красителем сразу после проведения процедуры анодирования, то есть до третьей стадии процесса. Несколько сложнее организован процесс окрашивания с использованием добавок непосредственно в электролит. Добавками обычно являются соли различных металлов либо органические кислоты, позволяющие получить самую разнообразную гамму цветов – от абсолютно черного до практически любого цвета из палитры.

3 Тонкости термического и плазменного оксидирования

Термический процесс подразумевает, что оксидная пленка формируется на стали в атмосфере водяного пара либо иной кислородсодержащей среде при достаточно высоких температурах. В домашних условиях такую операцию не выполняют, так как она требует использования специальных печей, в которых железо либо низколегированные стали нагревают примерно до 350 градусов.

Практически нереально выполнить в домашних условиях и плазменное оксидирование. Оно производится в низкотемпературной плазме, содержащей кислород. Плазменная среда при этом создается обычно посредством ВЧ- и СВЧ-разрядов, реже применяются разряды постоянного тока. Качество получаемых защитных пленок оксидов при плазменном процессе очень высокое. Поэтому его применяют для нанесения покрытий на ответственные детали:

• кремниевые поверхности;
• полупроводниковые изделия;
• фотокатоды.

Способы анодирования

Метод образования оксидной пленки зависит от типа базовой поверхности и выбранной технологии. Примечательно, что в условиях домашнего анодирования рабочий цикл практически не отличается от промышленных условий. Разница состоит в том, что при работе с элементами сложной конструкции используют хромовую кислоту, а не серную. Существует несколько видов анодирования стали. Наиболее любопытным является цветное анодирование, которое изменяет исходный цвет детали.

Возможны варианты изменения оттенка даже без погружения в раствор электролита. Известны 4 вида цветного оксидирования:

1. Адсорбционное.
2. Электролитическое, или черное.
3. Интерференционное.
4. Интегральное.

Рассмотрим основные методы выполнения работ.

Теплый метод

Данная технология считается самой простой. Она применяется в качестве подготовительных работ перед покраской. Пористая структура обеспечивает высокую адгезию, благодаря чему краска надежно держится на поверхности. Процесс протекает при температуре не выше 50 °C, что и дало название методу. Недостатками покрытия являются низкая прочность и устойчивость к коррозии. При нарушении технологии слой можно стереть, проведя по нему рукой. По этой причине теплое анодирование применяется в качестве промежуточной стадии перед дальнейшей обработкой.

Холодный метод

Холодное анодирование характеризуется скоростью образования окисной пленки: она гораздо выше, чем скорость растворения металла с внешней стороны. Отличается высоким качеством защитного слоя. Имеются четкие требования к температуре электролита – она не должна превышать 5 °C. Кроме того, раствор теплее в центре ванной, поэтому необходимо обеспечить его непрерывную циркуляцию.

Единственный недостаток – невозможно использовать краски органического происхождения.

Технология твердого анодирования

Твердое анодирование – лучший способ получить сверхпрочное покрытие на поверхности стали. Метод активно применяется для защиты элементов авиационной и космической промышленности. Особенность – использование одновременно нескольких электролитов в определенном соотношении, при котором их свойства будут усиливаться.

Подавляющее большинство составов, а также методика их применения защищены патентами.

Особенности окрашивания металла

Огромное количество методов окрашивания расширило и цветовую базу. В зависимости от способа нанесения лакокрасочного покрытия и использованных масел, кислот и различной степени нагрева удаётся сделать любую окраску, даже лимонный цвет.

Все варианты нанесения краски разделяют на два типа:

• механический;
• химический.

При механическом нанесении краски применяют различные порошки, которые распыляют, разбрызгивают, вколачивают, применяя специальные инструменты. Этот вариант не отличается качеством, красотой или уникальностью, но ценится у автолюбителей за счёт низкой стоимости. Кроме того, механическое окрашивание легко сделать на любой СТО или даже своими руками, если есть необходимое оборудование.

Применение химического метода требует наличия опыта и знания последовательности всей процедуры. Первое, что необходимо сделать, это зачистить металлическую поверхность от старого лакокрасочного покрытия. Дальше восстанавливаются повреждённые участки грунтовки, которые предварительно очищаются от ржавчины. После того как металл приобретёт идеальную поверхность, её обезжиривают. Маленькие детали для удаления масла помещаются в растворители по типу бензина, этила или эфира. Обработанные части опускаются в кипяток и только потом подвергаются окрашиванию химическим методом.

Нанесения лакокрасочного покрытия недостаточно, если хочется чтобы металл приобрёл элегантный вид и блеск поверхности и таким оставался даже при частой эксплуатации. Подобная проблема решается путём оксидирования стали.

Эта процедура включает натирание поверхности такими смесями, как:

• азотная кислота, смешанная со спиртом, водой и медным купоросом в виде опилок;
• кислота чернильно-орешкового цвета, включающая железо и сурьму;
• азотнокислое серебро с добавлением воды;
• оливковое масло с хлористой сурьмой.

После нанесения одной из этих смесей на металлическую поверхность, она подвергается термической обработке. Результат по итогу работы будет зависеть в основном от того, насколько качественно была очищена от жира, пыли и грязи деталь.

Такой способ часто используют, чтобы защитить оружие, автомобильные части от царапин и сколов. Добиться защиты получается и другими менее действенными, но дешёвыми способами. Например, многие делают воронение металла маслом в домашних условиях, которое благодаря кристаллической структуре защитного слоя краски проникает и создаёт блеск и дополнительный слой защиты.

Если вся работа проводится самостоятельно, тогда важно помнить, что после высушивания окрашенный металл будет выглядеть темнее, чем в мокром состоянии. Поэтому с учётом таких особенностей нужно откорректировать цвет в приемлемую сторону

Анодирование различных типов металла

Особенности анодирования меди и ее сплавов

Чаще всего анодирование меди и ее сплавов осуществляется химическим или электрохимическим способами. В результате поверхность материала в большинстве случаев приобретает цветное покрытия.

Для получения пленки из меди применяется кислая или цианистая жидкость. Медные сплавы, в состав которых входят легирующие металлы повергаются анодному окислению намного сложней.

Особенности анодирования серебра

Анодное окисление серебра позволяет придать изначально белому металлу черный, фиолетовый либо синий оттенок без изменения структуры и качественных характеристик обрабатываемого материала. Обработку серебряных изделий специалисты рекомендуют производить при помощи серной печени. При проведении анодирования серебро начинает менять цвет примерно через полчаса. После того, как изделие обретет необходимый цвет, его необходимо достать из жидкости и тщательно промыть сначала горячей, потом теплой и, наконец, холодной водой.

Особенности анодирования титана

Анодирование титана представляет собой обязательную процедуру, основное значение которой заключается в повышении показателя износоустойчивости данного металла. Наличие оксидной пленки придает изделию химическую прочность и изменяет цвет поверхности покрытия. Использоваться для анодного окисления титана могут хромовая, щавелевая или любая другая кислота.

Зависимость цвета оксидной пленки титана от напряжения тока при оксидировании.

Особенности анодирования алюминия

Анодное окисление алюминия требуется, независимо от того, что этот металл может отлично выглядеть и после экструзивной обработки. Связано это с тем, что алюминий в большой степени подвержен коррозии. К тому же он под воздействием целого ряда негативных внешних факторов легко разрушаться.

Как зачернить алюминий в домашних условиях

Другие способы воронения

Очень часто для обработки металла используется специальный карандаш для воронения.

Перед тем как применить карандаш для воронения, поверхность металла обрабатывают механическим способом, после чего тщательно обезжиривают.

Такое воронение стали при соблюдении всех технологических требований достаточно эффективное и позволяет получить гладкую и ровную поверхность. Также очень часто избавляются от коррозии лаком.

Далее проводится обезжиривание металла, на поверхности которого не должно остаться следов грязи и жира. Обработка лаком достаточно эффективная и не требует серьезных финансовых затрат.

При работе с лаком или карандашом необходимо использовать специальные защитные средства, чтобы используемое средство не контактировало с кожными покровами.

Видео:

Также выполнить обработку можно путем окрашивания металлической поверхности раствором, который носит название «Клевер».

Данный способ окрашивания Клевером достаточно эффективен при незначительной коррозии металлической поверхности.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология электроэрозионной обработки металлов

В этом случае необходимо выполнить максимально тщательное окрашивание обрабатываемой поверхности Клевером, причем несколько раз.

Продается состав Клевер в особых тюбиках небольших размеров. Цена на Клевер также варьируется в различных местах.

Клевер по консистенции представляет собой гель. Основное преимущество пользования Клевером — простота применения.

Деталь достаточно ошкурить, затем обезжирить бензином, а потом нанести Клевер. Через несколько минут, когда гель впитается — остатки смыть водой.

Воронить сильно испорченный металл лучше всего раствором селитры.

Для приготовления раствора селитры следует использовать только нержавеющую посуду, при этом кожные покровы должны быть обязательно защищены от попадания смеси.

В результате воронения селитрой металлическая поверхность приобретает приятный красноватый оттенок, который дополняется немного синеватым отливом.

Видео:

Готовится раствор селитры для воронения из одного литра воды и небольшого количества натриевой селитры, а также едкого каустика.

Данная смесь имеет достаточно едкий резкий запах, а поэтому при работе с ним лучше использовать респиратор.

Третья стадия – закрепление

Сайт для детей и родителей – о школе, подготовке, воспитании, учебе…

Алюминий и его сплавы.

Алюминий — один из основных видов конструкционных материалов, широко применяемый в электротехнике, приборо-, машино- и авиастроении. Алюминий легок и коррозионно-устойчив в атмосфере за счет присутствующей на его поверхности тончайшей пассивной пленки в несколько нанометров. Алюмииний хорошо проводит электричество и тепло. Цена алюминия ниже, чем других цветных металлов, а природные запасы огромны. Однако алюминий имеет и ряд недостатков. Он паяется хуже, чем олово, не обладает износостойкостью, его практически невозможно заполировать до зеркального блеска. В солевой среде, щелочах, соляной кислоте и ряде других реагентов алюминий активно корродирует. При контакте с медными деталями или нержавеющей сталью алюминий образует коррозионно-активную гальванопару. Поэтому поверхность алюминия часто требуется модифицировать гальваническими или химическими покрытиями.

Среди покрытий на алюминии можно выделить две группы: оксидные и металлические. Химическое и анодное оксидирование алюминия не представляет больших трудностей при отработанной технологии производства. В то же время нанесение металлических покрытий требует серьезной подготовки поверхности и обязательного нанесения одного-двух технологических подслоев. Это связано (как и в случае с нержавеющей сталью или титаном) со способностью алюминия почти мгновенно пассивироваться. Пассивная пленка легко восстанавливается на влажной детали после травления и препятствует дальнейшему сцеплению покрытия и основы. Более того, при плохой подготовке алюминия после металлизации могут образовываться скрытые дефекты и покрытие может «вспузыриться» при хранении даже через несколько месяцев или при пайке. По этой причине все металлические покрытия на алюминии должны в 100% случаев проверяться на адгезию как минимум двумя методами по ГОСТ.

Разделение алюминиевых сплавов на деформируемые и литейные обусловлено особенностями формовки из них полуфабрикатов и готовых изделий.

Деформируемые сплавы алюминия предназначены в первую очередь для последующей токарной, фрезерной обработки, экструзии и т.п. Они отличаются по составу от литейных отсутствием или незначительным содержанием в них кремния. При травлении деформируемых сплавов на их поверхности образуется шлам из легирующих добавок и интерметаллидов, который во время последующей обязательной операции осветления легко удаляется обычной азотной кислотой и не препятствует покрытию. В процессе анодирования такой шлам растворяется в электролите и также не скапливается на поверхности. Присутствие кремния в алюминиевом сплаве (а как следствие — в травильном шламе) сделало бы процессы оксидирования и металлизации алюминия гораздо более сложными. Таким образом, покрытие деформируемых сплавов алюминия проще, чем литейных.

Литейные сплавы алюминия- одни из основн+

ых конструкционных материалов, широко применяемых в электротехнике, приборо- и авиастроении. Литейные сплавы алюминия отличаются высоким содержанием кремния, что сопряжено с высокой сложностью подготовки их поверхности перед покрытиями. Любое покрытие литейного алюминия — сложный процесс, ввиду присутствия на его поверхности оксидной пленки и образовании на поверхности порошка кремния при травлении. Все это препятствующей прочному сцеплению покрытия с основой. Данная проблема решается применением специальных операций предварительной подготовки.

Заключение

Оксидирование – один из самых действенных методов повышения антикоррозионной стойкости стали. За счет образования плотного защитного увеличивается прочность и долговечность изделий, повышаются диэлектрические свойства и декоративные качества.

Существуют доступные способы проведения работы в домашних условиях. Соблюдение правил работы с агрессивными веществами, и выполнение инструкций поможет без проблем провести процедуру самостоятельно.

• Справочник металлурга и химика цветной металлопромышленности. Часть вторая / Д. Лиддель. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии
• Окрашивание полимерных материалов / А. Мюллер. — М.: Профессия, 2007.
• Химическая технология переработки редкометального сырья Кольского полуострова. — М.: Наука
• Статья на Википедии

Заключение

Оксидирование металлов кислотами в основном используется как обрабатывающая процедура в производственных условиях. Но в последнее время к ней все чаще присматриваются и простые обыватели. Для чего же может потребоваться в бытовой сфере такое покрытие? Анодирование алюминия позволяет изменять эстетические качества материала, но в большинстве случаев технологию используют с практическими целями защиты. Качественный оксидированный слой на поверхности металла позволяет минимизировать процессы коррозии. В случае с алюминием это могут быть детали автомобилей, инженерной техники, листы кровельных покрытий и элементы других строительных конструкций. Существуют и менее сложные способы подобной защиты, но электрохимическая обработка путем анодирования обеспечивает повышенную степень предохранения структуры металла от внешних воздействий.

Алюминий относится к мягким металлам, которые легко поддаются обработке. В этом смысле он очень хорош для изготовления разных изделий, чем во многом объясняется его популярность. Кроме положительных сторон, есть один существенный недостаток металла – он очень быстро поддается окислению. Тонкая пленка на его поверхности серьезно мешает процессу покраски изделия, а неокрашенный металл выглядит малопривлекательным. Решить задачу можно, применяя анодирование алюминия.

Вся проблема естественно образованной оксидной пленки, которая, в принципе, защищает металл от дальнейшего разрушения, в том, что она хрупкая и легко счищается. Анодирование способствует наращиванию прочной оксидной пленки и ее закреплению на алюминии. После этого металл можно красить, лакировать, и эти покрытия будут стойко держаться на поверхности деталей.

Распространенные ошибки

Их довольно часто допускают «домашние» мастера, не изучившие как следует все особенности технологии.

• Плохой контакт детали с электродом. Поэтому зажим должен быть надежным, типа «крокодил», а еще лучше – с затягивающим винтом. Нарушение контакта приводит к изменению силы тока, что напрямую влияет на конечный результат. Поэтому различные скрутки, петли для подвешивания заготовок в данном случае неприменимы.
• Несоответствие габаритов катода линейным размерам детали. Это приводит к неравномерности плотности тока в ванночке. Как следствие – низкое качество обработки поверхности, риск прогара металла. Есть общее правило – катод (ванночка) по площади должен превышать заготовку не менее чем в 2 раза.
• Недостаточная (или завышенная) анодная плотность. Рекомендуемая величина – порядка 2 А/дм² (20 мА/см²). Для ускорения процесса ее можно и немного увеличить (но не более чем в 1,5 раза) с обязательным выдерживанием низкой температуры раствора за счет качественного охлаждения + постоянное его перемешивание.

Полезные советы

Произвести качественную зачистку поверхности образца механическим способом (с применением абразивных материалов) не всегда возможно. Например, из-за сложного рельефа его поверхности. В этом случае более эффективна методика травления. Суть ее в том, что деталь погружается в щелочной раствор. На практике, как правило, в мыльный. Иногда, чтобы добиться осветления заготовки, она дополнительно опускается в посуду с 20% раствором кислоты.

В любом случае после такой очистки необходимо образец тщательно промыть, чтобы удалить с его поверхности остатки хим/реактивов. Это делается под проточной водой, желательно теплой.

Следует неукоснительно соблюдать рекомендованный температурный режим (от -10 до +10 ºС). Если температура повысится, придется убавлять силу тока. Как результат – «рыхлость» покрытия.

После окраски для сохранения цвета в течение долгого времени деталь желательно обработать лаком. Чтобы не было его «наслоений», можно ее обработать мягкой кисточкой. После погружения в лак нужно дать ему полностью стечь.

В статье приведен только один из многочисленных способов анодирования в быту. Он самый простой, а потому и наиболее подходящий для человека, не имеющего достаточного опыта. При работе с кислотой сложностей гораздо больше, но разницы в конечных результатах практически никакой нет.

Для тех, кого интересует методика литья алюминия, есть отдельная инструкция с подробными фото — читайте.