Анодирование алюминия по qualanod: технология

Комплект ТВЕРДОЕ АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ

Комплект “ТВЕРДОЕ АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ” используется для формирования на алюминиевой поверхности, методом анодного оксидирования (анодирования) твердых, износостойких, оксидных пленок, обладающих высокими антикоррозионными, антифрикционными, электроизоляционными свойствами и высокой светостойкостью. В комплект “ТВЕРДОЕ АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ” входят все необходимые реактивы, аксессуары, используемые для подготовки алюминиевой поверхности и проведения процесса твердого анодного оксидирования (анодирования) алюминия и сплавов на его основе.

По сравнению с общепринятыми сернокислыми электролитами, электролит твердого анодирования, приготовленный с помощью комплекта “ТВЕРДОЕ АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ” не требует сильного охлаждения, обладает низким травящим действием (скорость растворения анодных пленок в 8-10 раз ниже, чем в серно-кислых электролитах анодирования) и может использоваться для твердого анодного оксидирования сварных и клепанных деталей, имеющих сложную конфигурацию. Процесс твердого анодного оксидирования проводится для повышения твердости и износостойкости деталей из алюминиевых сплавов, работающих на трение, для придания их поверхности высоких технико-эксплуатационных свойств.

Анодно-оксидные пленки, полученные с помощью электролита твердое анодирование, обладают “холодным” металлическим блеском и в зависимости от сплава алюминия, имеют различную цветовую окраску. На чистом алюминии, при продолжительности процесса до 30 мин, формируются почти бесцветные пленки, на техническом алюминии с примесями, пленки имеют светло-золотистый цвет, на деформируемых алюминиевых сплавах АМг2 и АМг2с, получаются светло-золотистые покрытия с зеленоватым оттенком, на магналиях типа АМг6, формируются черные оксидные пленки, на сплавах Д1Т и Д16Т оксидные пленки имеют голубоватый цвет, на незакаленных сплавах, типа В95, цвет анодного покрытия варьируется от серо-голубого до сине-черного.

Преимущества изделий из анодированного алюминия

19.02.13 в 15:10 | Новости компаний | Комментарии »

Анодирование металлических сплавов применяется в разных отраслях промышленности уже достаточно давно. Это — сложный электрохимический процесс, детальное описание которого мы не будем здесь приводить — на это потребуется слишком много времени. Приблизительно же процедура анодирования заключается в следующем — подвергаемый обработке элемент конструкции помещается в кислый электролит (к примеру, в раствор серной кислоты), после чего подключается к источнику тока. Результат — образование на поверхности металла оксидной пленки. Изделия из анодированных алюминиевых сплавов ценятся выше, чем обычный алюминий — благодаря своим преимуществам: они не подвергаются коррозии, обладают высокой прочностью и долговечностью, простотой в уходе.

Анодирование алюминия — наиболее эффективный способ защиты поверхности профиля от коррозии, исключающий отслоение покрытия и подпленочную коррозию. Помимо этого, анодирование алюминия придает изделиям дополнительные эстетические свойства и респектабельный внешний вид.

Прекрасный внешний вид этого материала делает возможным его использование для производства декоративных изделий, а высочайшие показатели функциональности делают его незаменимым при изготовлении высокопрочной фурнитуры, а также антипригарной посуды и отделки в стиле хай-тек дорогих автомобилей.

Использование анодированного алюминия для производства лестниц и стремянок весьма распространено в мире. Изготовленные из этого материала конструкции прочнее и гораздо удобнее и безопаснее в эксплуатации, чем лестницы из простого алюминия.

Преимущества анодированного профиля:

· надежная защита от коррозии,

· слой оксидной пленки (полученный в процессе анодирования) неразрывно связан с поверхностью, что делает невозможным его отслаивание или появление трещин,

· возможность применения в помещениях с повышенной влажностью,

· высокая эстетика покрытия и декоративные свойства. Анодированный профиль выглядит благороднее и богаче, что расширяет границы в дизайне изделий с использованием анодированного алюминия,

· широкая гамма цветов анодирования (хром, золото, шампань, бронза, коньяк),

· возможность получения матовой и глянцевой поверхности,

· высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению,

· длительный период эксплуатации, нет необходимости периодического восстановления анодированной поверхности, по истечении времени она не темнеет, не покрывается пятнами и трещинами. Кроме того, профиль анодированный не требует покраски, полировки и другого ухода,

· повышенная устойчивость к механическим повреждениям (царапинам, потертостям и др.), благодаря улучшению таких свойств алюминия как твёрдость, устойчивость к термическому воздействию.

Однако на территории нашей страны функционирует всего одна компания, занимающаяся производством стремянок из анодированных сплавов — московская фирма «Фабрика Лестниц». Эта организация функционирует в течение более чем семи лет, и все эти годы основным материалом производства являлся анодированный алюминий. На сайте компании, находящемся по адресу www.fabrika-lestnic.ru стремянки из анодированного алюминия представлены в широком ассортименте. Компания производит такие виды лестниц, как:

· Двух- и трехсекционные лестницы;

На каждую из лестниц производства «Фабрики Лестниц» предоставляется гарантия качества.

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.

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!

Рейтинг: /5 —
голосов

Подготовка к анодированию

Своими руками анодирование может провести любой, однако нужно создать минимальные меры предосторожности, прежде чем начинать работу. Лучше всего, чтобы процесс проходил на открытом воздухе: на улице или хотя бы на балконе

Также нужно подумать о самозащите, т.к. в ходе анодирования вы будете иметь дело с кислотой, а это химическое вещество, которое способно вызвать неприятный зуд при попадании на кожу, и куда более тяжелые травмы, если попадет на слизистую оболочку глаз.

Процесс анодирования своими руками вы можете увидеть на фото.

Лучше всего заниматься анодированием в защитных очках и заранее подготовить воду или слабый содовый раствор, чтобы, в случае чего, сразу же промыть участок, на который попала кислота.

Анодирование ни в коем случае нельзя проводить в закрытом помещении, т.к. вы будете иметь дело с выделениями кислорода и водорода, которые появляются на аноде и катоде.

В результате получится электрохимическое соединение по свойствам аналогичное динамиту.

Если создавать подобное электрохимическое соединение в закрытом пространстве, то для серьезных травм и даже смерти будет достаточно одной искры, которую выделяет электрохимическое соединение.

Прежде чем приступать к работе, учитывайте размер деталей: после процесс анодирования они увеличатся в размере как минимум на 0.5 мм – такова толщина защитного слоя, который создается в ходе процесса.

Поэтому проследите, чтобы материалы свободно двигались до начала анодирования, чтобы потом не пришлось начинать заново всю работу, т.к. шлифовать анодированную поверхности практически бесполезно.

Однако можно отполировать детали с помощью полировочного круга так, чтобы они приобрели зеркальный блеск. Это вполне можно сделать своими руками.

Благодаря этому процессу изделия будут выглядеть лучше, а также уменьшиться вероятность прогара, который нередок при анодировании.

Кроме того, технология анодирования никак не влияет на дефекты деталей – если они есть, то и после окончания работ останутся заметны.

Гальваника – необходимый этап, предшествующий основной работе. Перед ней металл нужно тщательно обезжирить. Для этого лучше использовать хозяйственное мыло и щетку.

Некоторые советуют подержать металл в натрии или калии, но от этого поверхность может испортиться. Нужно промыть изделия попеременно сначала в горячей, а затем в холодной воде.

В пластиковую емкость нужно добавить стиральный порошок и растворить его в горячей воде, а затем засыпать туда детали и потрясти их. После промывки нужно высушить твердое тело деталей под горячим воздухом.

Чтобы провести анодирование, вам понадобится электролит, который можно сделать своими руками. Для домашнего изготовления чаще всего используют серную кислоту, которую разводят в дистиллированной воде.

Нужно только учитывать, что в магазинах кислота выпускается разбавленной, поэтому пропорции для смешивания жидкости должны быть 1:1. Процесс анодирования требует около 10 литров электролита для мелких деталей и 20 – для крупных.

Следовательно, вам понадобится 5 литров раствора и 5 литров воды, чтобы получить нужное количество.

Вливать воду в кислоту нужно постепенно, тонкой струей, т.к. жидкость моментально нагревается и при большом потоке просто закипит и начнет брызгать. Не забывайте размешивать смесь с помощью стеклянной палочки и надеть очки перед работой.

Если кислота попала на кожу или одежду, то ее нужно удалить с помощью воды, а затем промыть участок содовым раствором.

Виды и особенности неметаллических покрытий

Неметаллические покрытия подразделяются на органические и неорганические. Они создают на обрабатываемых поверхностях тонкую, инертную по отношению к агрессивным веществам пленку, которая предохраняет детали от негативных воздействий окружающей среды.

Лакокрасочные защитные покрытия

В состав таких покрытий входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители и катализаторы. Варьирование состава позволяет получать материалы со специфическими свойствами (токопроводящие, декоративные, особопрочные, жаростойкие и т.п.). Они не только защищают изделия в различных условиях, но и придают им эстетичный внешний вид.

В группу лакокрасочных покрытий входят лаки, краски, грунтовки, олифы, шпаклевки.

Силикатные эмали

Применяются для изделий, работающих при высоких температурах в химически агрессивных средах.

Эмалевое защитное покрытие формируется с помощью порошка или пасты. Процесс проходит в несколько этапов. Сначала на изделие наносится грунтовая эмаль – она улучшает адгезию, уменьшает термические и механические напряжения.

Затем, после спекания первого слоя при температуре +880… + 920 °С, накладывается покровная эмаль, после чего изделие снова подвергается нагреванию до +840… +860 °С.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно несколько раз. Изделия из чугуна, к примеру, обрабатывают в 2-3 подхода.

Застывшая эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие. Его основным недостатком является сравнительно низкая прочность – под воздействием ударных нагрузок эмаль может растрескиваться или скалываться.

Полимерные защитные покрытия

В число наиболее распространенных полимеров, применяющихся для защиты металлов от коррозии, входят полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и др.

Полимерное покрытие осуществляется методами окунания, газотермического или вихревого напыления, обычной кистью. Остывая, оно образует на поверхности сплошную защитную пленку толщиной несколько миллиметров.

Разновидностью полимерных являются антифрикционные твердосмазочные покрытия. Внешне эти материалы похожи на краски, однако вместо пигментов они содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси связующих компонентов и растворителей.

Основу покрытий могут составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и прочие твердые смазки. В качестве связующих применяются акриловые, фенольные, полиамид-имидные, эпоксидные смолы, титанат, полиуретан и некоторые другие специальные компоненты.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия, а также специальные растворители и очистители для предварительной подготовки поверхностей разрабатывает российская .

Материалы MODENGY применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющих, зубчатых передачах, подшипниках и т.д.), на деталях двигателей внутреннего сгорания (юбках поршней, вкладышах валов, дроссельной заслонке), в резьбовом крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических элементах автомобилей (замках, петлях, пружинах, скобах, механизмах регулировки и т.д.), а также в других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Прочность, эластичность и твердость анодных пленок

Наибольшее влияние на свойства анодного покрытия оказывает режим работы ванн анодирования (режим процесса). Рассмотрим, как изменяются свойства покрытий в зависимости от основных характеристик процесса:

1. Повышение температуры раствора и кислотности электролита (быстрое увеличение скорости растворения металла в процессе) – увеличение мягкости, эластичности и поглощающей способности покрытия, снижение защитной способности.
2. Повышение плотности тока (уменьшение скорости растворения металла при перемешивании раствора) – механические свойства покрытия зависят от температурного режима и степени перемешивания, защитная способность покрытий увеличивается.
3. Увеличение продолжительности процесса (увеличение скорости растворения металла в процессе) – незначительное увеличение мягкости, эластичности и поглощающей способности, повышение защитных свойств.
4. Использование переменного тока (скорость растворения металла не меняется) — увеличение мягкости, эластичности и поглощающей способности, снижение защитных свойств анодного покрытия.

Прочность анодированного алюминия

Прочность и пластичность анодных пленок не отличается от характеристик основного металла, что нельзя сказать об усталостной прочности – при получении твердого анодного покрытия сопротивление усталости может быть снижено до 50%. Для нивелирования данного эффекта изделия обрабатывают в 5%-ном кипящем растворе бихромата калия в течение 10-15 минут, при этом основные характеристики анодной пленки не изменяются.

Эластичность и твердость

Как показано выше, твердость и эластичность анодного покрытия в значительной степени зависит от режима работы ванны анодирования. Характеристики эластичности и твердости не измеряются непосредственно, покрытие считаются гибкими (при условии, если поверхность изделия не имела дефектов в виде волосяных трещин), однако изделия нельзя непрерывно деформировать без повреждения пленки. При использовании переменного тока анодные пленки получаются более эластичными, соответственно снижается прочность покрытий. Использование хромовой кислоты также увеличивает степень эластичности пленки. В числовом выражении эластичность можно выразить в степени максимального удлинения металла до образования волосяных трещин (микротрещин), даже при использовании наиболее благоприятного режима процесса и хромового электролита данная величина составит не более 0,3%. На острых углах возможно растрескивание пленки, что оказывает существенное влияние на защитные свойства пленки, в частности на коррозионную защиту. Твердость по шкале Маха анодной пленки составляет 7-9, что значительно ниже, покрытия хромом, полученного гальваническим методом.

Анодирование

4.1. Типичной технологией является анодирование алюминия в сернокислом электролите без добавок или с добавками щавелевой кислоты.

4.2. Сернокислые электролиты

Концентрация свободной серной кислоты: не более 200 г/л, отклонение от заданной величины ± 10 г/л.

Содержание алюминия: не более 20 г/л, предпочтительно –  от 5 до 15 г/л.

Содержание хлоридов: не более 100 мг/л.

Концентрация кислоты является критическим параметром только при высокой температуре анодирования. Высокая концентрация кислоты снижает требуемое анодное напряжение (около 0,04 В на 1 г/л H₂SO₄), но также приводит к повышенному выносу кислоты и к увеличению ее расхода. Низкое содержание алюминия увеличивает чувствительность покрытия к повышенной температуре ванны. Чем выше содержание алюминия, тем более высокое напряжение  требуется для анодирования (около 0,2 В на 1 г/л алюминия). Присутствие хлоридов в анодном электролите может приводить к точечной коррозии при анодировании, а также неблагоприятно влияет на сопротивление покрытия климатическим воздействиям.

Температура ванны должна держаться в интервале ± 1,5 ºС от заданной величины независимо от размера садки. Разность температур электролита вблизи поверхности изделия должна быть не более 2 ºС. Температура ванны для классов толщин покрытия 5-10 мкм должна быть не выше 21 ºС,  а для классов 15-20-25 мкм – не выше 20 ºС. 

4.3. Сернокислые электролиты с добавками щавелевой кислоты

Концентрация свободной H₂SO₄  должна быть не более 200 г/л, отклонение от заданной величины ± 10 г/л.

Концентрация щавелевой кислоты должна быть не меньше 7 г/л. Повышение концентрации выше 10 г/л не оказывает практически никакого влияния на процесс. Концентрация 5 г/л является слишком низкой, чтобы оказывать влияние на качество анодного покрытия. Концентрация щавелевой кислоты более 15 г/л не оказывает никакого положительного влияния, но увеличивает производственные расходы.

Содержание алюминия: не более 20 г/л, предпочтительно – от 5 до 15 г/л.

4.4. Плотность тока при анодировании алюминия

Для сернокислого анодирования средняя плотность тока должна составлять:

1,2 – 2,0 А/дм2        для классов  5 и 10 мкм
1,4 – 2,0 А/дм2           для класса 15 мкм
1,5 – 2,0 А/дм2           для классов 20 и 25 мкм.

Применение низкой плотности тока для получения толстого покрытия (классы 20 и 25 мкм) является рискованным для качества покрытия. Высокая плотность тока требует хорошего контакта и хорошего перемешивания электролита, но имеет меньше проблем с качеством.

4.5. Площадь катодов

Отношение площади рабочих поверхностей катода к аноду должно быть в интервале от 1 : 1,5 до 1 : 2,5.

Рекомендуется применять алюминиевые катоды

У катодов, располагаемых на бортах ванны, принимается во внимание только одна их сторона, у центральних катодов – обе стороны

Высокое отношении площади катода к площади анода  может приводить к проблемам с однородностью толщины покрытия. Алюминиевые электроды требуют самого низкого рабочего напряжения.

Расстояние между катодом и анодом должно быть не менее 150 мм.

4.6. Передача изделий после анодирования

После завершения цикла анодирования изделия должны как можно быстрее передаваться из ванны анодирования в ванну промывки. Изделия никогда не должны оставаться в ванне анодирования без подачи тока. Это является одной из причин, которые могут приводить к коррозии анодного покрытия и снижению его качества.

1. QUALANOD Specifications, Edition 01.07.2010.

Анодирование в сернокислом электролите

Анодирование в серной кислоте позволяет получить полупрозрачные, бесцветные покрытия толщиной около 35 мк. Если процессу анодирования предшествует процесс глянцевания поверхности деталей, покрытия получают высокие декоративные качества (блестящее анодирование). В серной кислоте получают также пластичные анодные пленки, которые не разрушаются при формовке изделий.

Концентрация серной кислоты и температура электролита

Концентрация серной кислоты для анодирования в промышленных условиях принимается в диапазоне 8-35% (по массе). В концентрированном растворе анодная пленка получается мягкой и пористой, эластичность пленки высокая. Классической является концентрация 15% (по массе). Температуру в процессе анодирования задают в пределах от 18С до 25С. В большинстве случаев принимается температура в 20С. С применением серной кислоты получают также твердые анодные пленки, в этом случае процесс анодирования проводится при низких значениях температур (от -5 до +5 С).

Контроль температуры в процессе анодирования является обязательным, от температуры зависит плотность тока и скорость растворения пленки, что в свою очередь оказывает прямое влияние на качество и характеристики покрытия. Для того, чтобы избежать локального перегрева раствора электролита используют специальные перемешивающие устройства.

Напряжение и плотность тока

При анодировании в серной кислоте используется стандартный выпрямитель с выходным напряжением до 24 вольта. При стандартном режиме сила тока составляет 16 вольт при плотности тока 1,5 а/дм2. Для получения коррозионностойких пленок большой толщины напряжение силу тока поднимают до 18 вольт, а при обработке сплавов алюминия с кремнием до 22 вольт. В отдельных случаях, например, при анодировании рулонного материала или проволоки используется переменный ток. Использование пониженной плотности тока позволяет получать тонкие, прозрачные окисные пленки, превосходящие по прозрачности пленки аналогичной толщины, полученные при стандартных значениях плотности тока.

Длительность процесса

Продолжительность процесса анодирования зависит от требуемых значений толщины пленки, а также используемой плотности тока. Для чистого алюминия это соотношение можно предложить в виде:

Толщина пленки, мк. = (Плотность тока, а/дм2 Х Время, мин.)/3

Соотношение является приблизительным, т. к. на продолжительность процесса может зависеть от типа сплава и режима обработки.

Рабочий процесс

Технологический процесс анодирования отличается от процессов нанесения гальванических покрытий прежде всего тем, что рассеивающая способность электролитов анодирования значительно выше, чем у электролитов, использующихся при процессах хромирования, меднения, цинкования или никелирования металла. Эффективная рассеивающая способность при активном перемешивании позволяет получать равномерные по толщине пленки на всей поверхности изделий, включая внутренние поверхности отверстий и пазов.

В остальном технологический процесс анодирования аналогичен процессам электрохимического нанесения покрытий – изделия погружают в предварительно нагретый электролит на подвесах или зажимах, детали не соприкасаются друг с другом, расстояние до катода должно быть не менее 15 см. (для габаритных изделий значения выше). Затем включается перемешивание раствора и подается ток. В обычных условиях площадь катода должна быть равна площади анода, сечение катода должно быть достаточным для обеспечения требуемой плотности тока.

По окончании процесса прекращают подачу тока и незамедлительно извлекают изделия из гальванической ванны. Изделия промывают в проточной воде и сушат.

Заключение

Применение тонких пленок кристаллической Al₂O₃ позволяет получить покрытия с совершенно новыми свойствами. Речь идет о том, что большинство металлических деталей и конструкций, и даже отдельные виды пластика можно обеспечить практически «вечными» покрытиями. Даже если вследствие удара или скола пленка будет повреждена, ее вполне можно восстановить с помощью простейшей процедуры. Пока что окисленный металл обходится дороже краски, поэтому используется, как декоративный материал и способ защитить металлическую поверхность в экстремальных условиях эксплуатации.