Не рекомендуется превышать температуру электролита выше 5°C. При анодном окислении электролит нагревается неравномерно. Центр емкости оказывается теплее, чем углы, в связи с чем необходимо постоянно перемешивать электролит для обеспечения равномерной температуры по всей емкости.
Что такое анодированный алюминий и как анодируют алюминиевый профиль
Алюминий, находясь в нормальных атмосферных условиях, подвержен образованию оксидной пленки. Этот процесс считается естественным и возникает под влиянием кислорода в атмосфере. Однако, стоит отметить, что пленка образуется настолько тонкой и прозрачной, что не может выполнять защитные функции в полной мере. Тем не менее, уже тогда было зафиксировано, что оксидная пленка обладает некоторыми уникальными физическими и химическими свойствами, которые привлекали внимание инженеров и ученых. Со временем они разработали химические методы, позволяющие получать анодированный оксид алюминия, что значительно улучшает его характеристики.
Оксидная пленка на поверхности алюминия обладает высокой прочностью и твердостью, что делает алюминий более устойчивым к различным механическим и химическим воздействиям. Заметно повышается износостойкость алюминиевых изделий с подобным покрытием. Более того, такая поверхность обладает гораздо большей стойкостью к воздействию органических красок, и, благодаря своей пористости, обеспечивает лучшую адгезию. Это качество имеет критическое значение для изделий, которые подвергаются дальнейшей декоративной отделке.
Итак, механические исследования и эксперименты привели к изобретению метода электрохимического формирования оксидной пленки на поверхности алюминия и его сплавов, что и называется анодным окислением алюминия. Это и есть ответ на вопрос о том, что такое анодное окисление.
Анодированный алюминий находит широкое применение в различных областях, включая ювелирные изделия, металлические оконные и дверные рамы, компоненты для морского и подводного использования, в аэрокосмической промышленности, в производстве посуды, а также в модернизации автомобилей и в строительстве конструкций из алюминиевого профиля. Это лишь некоторые примеры, демонстрирующие широкий спектр применения анодированного алюминия.
Что такое анодирование
Как же проходит процесс анодирования алюминия? Анодирование — это электрохимический процесс, в результате которого на поверхности алюминиевых деталей образуется защищающий слой оксида. В процессе анодирования поверхность детали, которая подвергается обработке, служит анодом, что и делает процесс анагогическим окислением. Наиболее распространенный и простым методом является использование разбавленной серной кислоты с добавлением электричества. Концентрация кислоты обычно составляет до 20%, при этом используют постоянный ток в диапазоне 1,0-2,5 А/дм², а при переменном токе — до 3,0 А/дм². Температура раствора должна находиться в пределах 20-22°C.
В процессе анодирования необходимо также учитывать, что в специальных гальванических ваннах анодная секция фиксируется или подвешивается в центре, тогда как вокруг размещается катод, представляющий собой пластину из свинца или чистого алюминия. Важно, чтобы площадь поверхности анода была примерно равной площади поверхности катода. Катод и анод должны быть разделены достаточным слоем электролита, чтобы обеспечить стабильное протекание процесса анодирования.
Подвески, которые используются для крепления элементов покрытия, должны быть изготовлены из того же материала, что и аноды. Если это невозможно, допустимы сплавы алюминия или дюралюминия. Важно обеспечить герметичный контакт в местах крепления анодов. Однако, поскольку такие точки крепления остаются незакрытыми, нужно заранее определиться с их размещением во время производственного процесса. Следует отметить, что подвески не снимаются во время очистки и последующего хромирования и остаются на детали до завершения всех этапов обработки.
Длительность обработки зависит от размеров покрываемого компонента. Например, меньшие детали могут достигнуть желаемой толщины пленки в 4-5 микрон всего за 15-20 минут, в то время как более крупные компоненты могут оставаться в анодной ванне до одного часа.
После завершения анодирования компоненты следует извлечь из ванны, промыть под проточной водой и нейтрализовать в отдельной ванне, содержащей 5%-ный раствор аммиака. Затем необходимо вновь промыть детали в водопроводной воде для удаления остатков химических веществ. Дополнительная обработка значительно увеличивает долговечность полученного оксидного слоя. Для этого рекомендуется использовать раствор дихромата калия (хромата) с концентрацией около 40 г/л при температуре около 95°C в течение 10-30 минут. В результате такой обработки детали принимают свой первоначальный зеленовато-желтый цвет, что служит признаком анодной защиты от коррозии.
Применение других электролитов для получения анодированного алюминия
Существуют и другие электролиты, которые можно использовать для создания оксидных пленок на алюминии. При этом основные элементы анодного окисления остаются неизменными, однако варьируются условия тока, время обработки и свойства получаемого покрытия.
- Электролит щавелевой кислоты. Для его приготовления используется раствор, содержащий 40-60 г/л щавелевой кислоты. В процессе анодного окисления пленка приобретает желтоватый цвет, что делает её довольно прочной и пластичной. Несмотря на это, пленка проявляет низкую пористость и недостаточную адгезию в сравнении с сульфатным электролитом, чего стоит ожидать.
- Электролит ортофосфат. В этом случае используется раствор ортофосфата в концентрации 350-550 г/л. Пленка отличается слабой окраской, но имеет весьма хорошую растворимость в кислых электролитах, таких как никель и медь, при осаждении этих металлов. Этот вид анодирования применяют в большей степени как промежуточный этап перед медным или никелевым покрытием.
- Хромовые электролиты. Для получения раствора используют 30-35 г/л хромового ангидрида и 1-2 г/л борной кислоты. Пленка, образующаяся в результате, имеет красивый серо-голубой цвет и имитирует эмалированную поверхность. Этот процесс во многом используется для получения защитного покрытия. Актуальность также приобретает уплотнение с использованием множества других соединений на основе различных кислот.
- Смешанные органические электролиты. Это растворы, содержащие щавелевую кислоту, серную кислоту и сульфосалициловую кислоту. Цвет пленки будет зависеть от степени анодного легирования, а полученное покрытие характеризуется высокой твердостью и износостойкостью. Таким образом, алюминиевые детали можно с успехом анодировать в этом электролите, независимо от их назначения.
Для небольших деталей время холодного анодирования составляет около 30 минут. Что касается более крупных участков, их время анодирования варьируется от 60 до 90 минут. Изменение цвета на поверхности детали является сигналом об окончании процесса. После отключения питания кабели следует отсоединить и тщательно промыть компоненты.
Как проводится анодирование?
Для образования анодного оксида алюминия необходимо поместить металлический предмет в гальваническую ванну, наполненную 20-22% раствором серной кислоты. На краях резервуара размещаются свинцовые или химически чистые алюминиевые пластины, которые выступают в качестве катодов в процессе электролиза. Эти металлизированные детали являются анодами, что и определяет название процесса. Они фиксируются или подвешиваются в гальваническом сосуде с достаточным слоем электролита, который составляет кислый раствор.
Процесс проходит с использованием постоянного тока величиной от 1,0 до 2,5 А/дм² и переменного тока, достигающего 3,0 А/дм². Длительность процедуры значительно зависит от размеров обрабатываемого изделия: меньшие детали могут достичь необходимой толщины оксидной пленки в пределах 4-5 микрон всего за несколько минут, в то время как более крупные изделия должны подвергаться электрическому воздействию в течение примерно одного часа.
По окончании процесса детали извлекаются из ванны, промываются под проточной водой и подвергаются нейтрализации, после чего их помещают в отдельный резервуар с 5%-ным раствором аммиака. Также для повышения защитных свойств можно обработать детали впитывающим раствором дихромата калия, что придаст характерный зеленовато-желтый оттенок и дополнительно увеличит коррозионную стойкость.
Что дает анодирование алюминия?
Электрохимический процесс анодирования придает металлическим изделиям множество уникальных свойств и значительных преимуществ:
- Сопротивляемость к коррозии. Продукты анодирования демонстрируют высокую устойчивость к агрессивным воздействиям окружающей среды, что критично для их долговечности.
- Долгосрочность. В отличие от хромовых и цинковых покрытий, которые могут отслаиваться со временем, оксидные покрытия образуются непосредственно из самого алюминия и не могут быть легко повреждены.
- Улучшенные эстетические качества. Оксидированные поверхности способны сохранять свой блеск на протяжении длительного времени без появления темных пятен. Кроме того, в ходе анодирования могут применяться различные красители, позволяющие получать покрытия различных цветов.
- Возможность вторичной переработки. Процесс анодирования не включает в себя добавление металлических покрытий или других химических веществ, что делает возможным повторное использование анодированных компонентов без потери их свойства.
Все перечисленные преимущества делают процесс анодирования чрезвычайно популярным в различных отраслях. Его активно применяют для обеспечения долговечности металлических изделий, а также для предотвращения их коррозии. Этот метод считается довольно экономически выгодным, что минимально увеличивает стоимость конечного продукта.
Возможности применения анодированного алюминия
Анодированные компоненты находят применение в самых различных сферах. Их использование распространяется на предметы интерьера, кухонную посуду, перила и иные компоненты повседневного обихода. Подобный процесс также используется для навесных алюминиевых фасадов с целью повышения их устойчивости к неблагоприятным погодным условиям.
Анодное оксидирование является эффективным способом защиты от коррозии для многих технических компонентов. Это метод активно применяется в производстве деталей для автомобилей, самолетов, кораблей и всех видов летательных аппаратов. Это лечение также способствует повышению прочности и устойчивости таких изделий к механическим нагрузкам.
Анодированный алюминий находит широкое применение в различных областях. Украшения с покрытием, металлические оконные и дверные рамы, компоненты для морских и подводных сооружений, сфера аэрокосмической промышленности, посуда, а также модернизация автомобилей и строительные элементы из алюминиевого профиля — это лишь некоторые примеры.
Подготовительный процесс
Для достижения идеально гладкой поверхности заготовку необходимо тщательно отполировать на этапе подготовки. В этом могут быть полезны абразивные круги, такие как войлочные, которые помогут удалить царапины и сгладить крупные поры на поверхности. Это важно, поскольку наличие даже мелких неровностей может привести к ухудшению защитных свойств будущего анодирования. Следует помнить, что анодные пленки не способны скрыть внешние дефекты, что исключает их использование для улучшения внешнего вида поврежденных деталей.
Перед тем как начать процесс анодирования алюминия, критически важно правильно определить размеры детали, так как толщина получаемого покрытия может достигать 50 микрон. Это нужно учитывать, чтобы избежать проблем, например, с накручиванием гайки на уже обработанный винт. Также нужно помнить, что анодированные компоненты не следует полировать, если они уже соединены с другими частями.
Возможность анодирования в домашних условиях.
Для проведения анодирования в домашних условиях требуется подходящий контейнер. Чем меньше обрабатываемая деталь, тем меньше емкость, необходимая для анодирования, но такой контейнер должен быть достаточно просторным, чтобы вместить не только деталь, но и электролит. Наиболее распространенными вариантами являются пластиковые ванны. Для более крупных предметов возможны и алюминиевые емкости. Однако, если детали маленькие, достаточно будет и пластиковых контейнеров. При этом на дно и стенки следует укладывать алюминиевую фольгу, чтобы гарантировать равномерное распределение тока по всему объему.
Электролит также должен быть надежно защищен от внешнего тепла. При необходимости его следует заменить, чтобы избежать нежелательного нагрева. Для этого наружная часть резервуара может быть покрыта изоляционным слоем, который может быть выполнен, например, из пенопласта толщиной до 50 мм или упакован в коробку, заполненную монтажной пеной.
Раствор серной кислоты можно получить, разбавив электролит автомобильного аккумулятора в соотношении 1:1 с дистиллированной водой. Приобретая 5-литровую бутылку электролита, получится сделать 10 литров раствора, что очень удобно для домашних нужд.
Следует отметить, что при добавлении воды в кислоту происходит обильное выделение тепла, и кислота может буквально закипать и распыляться, поэтому для безопасности серную кислоту нужно добавлять в емкость с водой.
Перед началом процесса анодирования алюминия необходимо провести предварительную химическую подготовку. Это включает в себя обезжиривание поверхности. В промышленных условиях для этого процесса можно использовать средства на основе каустической соды или калия. Однако в домашних условиях рекомендуется использовать обычное хозяйственное мыло. Для удаления загрязнений можно применять зубную щетку с мыльным раствором. После очистки изделие промывается сначала теплой, а затем холодной водой.
Кроме того, можно использовать моющее средство как альтернативу хозяйственному мылу. Его нужно растворить в герметичном пластиковом контейнере и энергично встряхнуть вместе с заготовками. После этого компоненты тщательно промываются и высушиваются в потоке горячего воздуха. Стоит обратить внимание на то, что действующее вещество в моющем средстве может защитить обезжиренную поверхность, даже если к ней прикасаться голыми руками.
Подготовка электролита
Растворы кислот относятся к небезопасным реагентам, поэтому для анодирования алюминия в домашних условиях использовались альтернативные растворы. Для их приготовления можно использовать простые ингредиенты, такие как соль и сода, которые обычно всегда находятся под рукой.
Для создания раствора электролита берутся два пластиковых контейнера. В каждый из них помещают раствор соли и соды в пропорциях: на 9 частей дистиллированной воды добавляют одну часть соли или соды.
При решении задачи анодирования в домашних условиях.
После того как ингредиенты растворятся, раствору нужно дать немного постоять, чтобы все нерастворенные частицы осели на дно контейнера. Перед тем как транспортировать это решение в резервуар для анодирования, его нужно аккуратно слить, чтобы избежать попадания осадка на обрабатываемую деталь.
Способы анодирования алюминия
Для обработки алюминиевых сплавов разработаны разнообразные методы, но химические методы в среде электролита имеют наибольшее распространение. Кислоты, используемые для приготовления растворов, включают серную кислоту и различные другие кислоты.
Для улучшения свойств оксидной пленки в раствор можно добавлять дополнительные соли или органические кислоты. В домашних условиях чаще всего используется именно серная кислота, однако для обработки более сложных изделий также предпочтительнее применять хромовую кислоту, которая позволяет достичь других желаемых характеристик.
Процесс анодирования проводится при температуре от 0°C до 50°C. При более низкой температуре образуется более прочное покрытие, тогда как при высоких температурах анодирование происходит значительно быстрее, но при этом пленка выходит более мягкой и пористой.
Процесс твердого анодирования алюминия после обработки.
Помимо химических методов, существуют и другие способы анодирования алюминия, включая:
- Микродуговая анодизация.
- Цветное анодирование:
- Путем адсорбции.
- Погружением в электролит.
- Погружением в растворы красителей.
- Гальваническое покрытие.
- Прерывание процесса анодирования для получения бесшовного покрытия.
- Завершение процесса с последующей обработкой.
