Анодирование алюминия для чего нужно
Для чего нужно анодирование?
Алюминий имеет свойство в естественной среде соединяться с кислородом, таким образом образуя защитную плёнку на своей поверхности. Именно этот слой позволяет металлу не окисляться. Этот природный оксид подвержен повреждению, так как представляет собой довольно тонкий слой. Специальный процесс анодирования может решить этот вопрос, сделав металл более прочным и устойчивым к внешним факторам. После анодирования коррозия не грозит алюминию. Кроме того, образовавшаяся в результате анодирования плёнка обладает большой износостойкостью, так как она не отслаивается от обработанной детали со временем.
К преимуществам анодирования относятся следующие факторы:
Также большой популярностью пользуется декоративное анодирование металла. Такой вид анодирования может проводиться с механической обработкой или вовсе без неё. Этот момент зависит от характеристик качества, которые предъявляют к уже готовой детали. Основная функция этого вида анодирования – придание металлу необходимый оттенок. Обычно ими бывают следующие оттенки: жемчуг, светлое или тёмное золото, серебро с матовым отблеском.
Этапы анодирования
Каждый определённый этап анодирования алюминиевой детали придаёт профилю очередное преимущество. Например, подготовка к самому процессу заключается в погружении детали в специальный щелочной раствор, результатом которого является полное очищение металла от масел и других видов загрязнений.
После промывки, которая производится в растворе из каустической соды, удаляется тонкий слой алюминия, который мог бы мешать важному процессу анодирования. Сам процесс анодирования придает алюминиевой детали более плотную поверхность, которая обеспечивается слоем оксидной плёнки. Дополнительные декоративные моменты анодирования придают изделию некоторый блеск и цвет. А процесс уплотнения в свою очередь помогает закрыть поры профилю, имеющему достаточно пористую структуру.
В целом можно сделать вывод, что анодирование необходимо алюминиевому профилю, если вы хотите защитить его от коррозии и других повреждений. Кроме того, анодирование придаст изделию приятный эстетический вид.
В последние годы преимуществ анодирования становится больше и больше, поэтому спрос на него заметно повышается. Также в некоторых случаях вы можете совершить процесс анодирования в домашних условиях, соблюдая необходимые правила.
Наиболее распространён процесс анодирования в сфере строительства и архитектуры.
Зачем нужно анодирование
Что такое анодирование и зачем оно нужно?
Вы, возможно, обращали внимание, что на дорогих велосипедах некоторые запчасти и компоненты не покрашены и не отполированы, а как будто покрыты каким-то исключительно гладким и красивым материалом. Обычно это ноги вилки и шток амортизатора, но зачастую встречаются и другие детали, начиная от крупных, типа руля или ободьев, заканчивая всякой мелочью, типа крутилок настройки и колпачков. Так вот, это необычное покрытие и называется анодированием. И несет в себе оно сразу несколько полезных функций.
Суть явления
Итак, анодирование — это процесс, при котором деталь погружают в ванну с электролитическим раствором. В этой же ванне установлены катоды. Когда электрический ток проходит через раствор кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Благодаря этому на поверхности детали образуется оксидный слой, который защищает ее от зла и добавляет целую пачку полезных свойств. Поскольку деталь является «анодом» в этом электролитическом процессе, то весь процесс и называют «анодированием».
Методов анодирования и составов растворов довольно много. В зависимости от химического состава используемого раствора и дополнительных добавок варьируется цвет покрытия готовой детали. Как правило, это разнообразные оттенки желтого, оранжевого или коричневого цветов, а также черный. Однако существуют специальные красители для анодирования, которые позволяют получить на выходе почти любой цвет.
Зачем это нужно
Это все ясно, но зачем же это все нужно в велоиндустрии? Как только цена велосипеда взлетает вверх использовать в нем сталь становится малость не комильфо. Поэтому используют алюминий и различные легкие композитные материалы. Алюминий при малом весе обладает хорошей прочностью и поэтому плотно прижился в велосипедном мире. Ну а вслед за алюминием в этот мир пришли и методы его обработки.
Можно выделить три взаимодополняющих назначения анодирования в велотеме.
Любому будет неприятно, если ваша любимая деталь вдруг покроется противными пятнами и со временем просто-напросто сгниет. Анодирование, пока оно цело, отлично защищает детали от этой напасти. Главное не забывайте следить. К тому же, в случае таких важных деталей как ноги вилки и шток амортизатора повреждение анодирования повлечет за собой помимо коррозии, окисления и некрасивого вида массу неприятностей, таких как, например, протекание масла через образовавшуюся щель.
Ну и, разумеется, определенное значение имеет эстетический момент. Анодированные детали отличаются внешне от крашеных. Для тех, кому важны внешний вид и цветовая гамма байка рынок предлагает огромный ассортимент разноцветных анодированных деталей, начиная от выносов и педалей, заканчивая бонками и колпачками на камеры. В эту же категорию можно включить бесцветные покрытия, которые дают интерференционные эффекты при отражении света. Обладая светоотражающим эффектом такое покрытие способствует лучшей заметности велосипедиста в ночное время.
Особенности ухода за анодированным покрытием
Речь пойдет о вилках и амортизаторах. Царапина или потертость на анодированном руле скорее всего ничего кроме проблем с эстетикой не сулит. А вот с подвижными ногами все намного сложнее и драматичнее. Начнем с того, что даже маленькая царапина на ноге может повлечь огромные проблемы, особенно если расположена в наиболее подвижной части ноги. Поэтому, в идеале надо стараться вообще не допускать царапин и потертостей на ногах.
Если злой рок все-таки оказался неизбежен, то постарайтесь аккуратно наждачкой-нулевкой убрать все образовавшиеся заусенцы. Иначе они будут царапать башинг и пыльники, а те в отместку будут развивать объем царапины, и придет все к тому, что образуется цель такого диаметра, что из нее начнет со свистом вытекать масло.
Старайтесь следить за состоянием пыльников и башингов, потому что, будучи забиты песком, они имеют неприятную особенность начинать обирать ноги. А также следите за тем, чтобы вилка не работала на сухую. Чревато теми же проблемами.
Резюме
Если вы гордый обладатель спортивного горного велосипеда, скорее всего на нем установлена вилка, имеющая ноги с анодированным покрытием. Это хорошо, она легкая, долговечная и отзывчивая в работе. Следите за ней, вовремя меняйте масло, не кладите велосипед на ноги, проверяйте башинги и по возможности делайте регулярное ТО, особенно после эксплуатации велосипеда в жестких условиях с обилием грязи и пыли. И тогда ваш велосипед принесет вам много положительных эмоций.
Анодирование алюминия в домашних условиях
Сущностью процесса анодирования является наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и его сплавах выполняет защитную функцию от воздействий среды. Другое название – анодное оксидирование. Кроме того, оксидирование применяют для повышения эстетичности внешнего вида изделий.
Устраняются поверхностные дефекты– небольшие царапины, мелкие сколы. Можно имитировать покрытие драгоценными металлами или повысить адгезивные свойства. Покрытие можно наносить не только на производстве, но и дома.
Анодирование алюминия в домашних условиях пользуется большой популярностью у домашних умельцев. В изделиях, подвергнутых анодному оксидированию, повышается стойкость защитного покрытия.
Общие сведения о технологии анодирования
Технология анодирования алюминия схожа с гальванической обработкой. Оседание ионов оксидов раствора на заготовке происходит в жидком электролите при высоких или низких температурах. Использование нагретого раствора возможно в промышленных установках, где есть возможность тщательного контроля и регулирования напряжения и силы тока в автоматическом режиме.
В домашних условиях обычно пользуются холодным методом. Данный способ достаточно прост, не требует постоянного контроля, а оборудование и расходные материалы — доступны. Для приготовления раствора можно использовать электролит, применяемый в свинцовых автомобильных аккумуляторах. Он продается в каждом автомагазине.
Высокая прочность защитной оксидной пленки зависит от ее толщины, которая в домашних условиях получается при обработке в холодном растворе. Наращивание производится ступенчатым регулированием рабочего тока.
Оксидирование алюминия в черный цвет относится к цветному анодированию. Черный цвет получают в два этапа. Вначале наносится бесцветная пленка электролитическим способом, а затем заготовку помещают солевой раствор кислот. В зависимости от кислоты цвет может быть от бледной латуни до насыщенного черного. Черный алюминий широко используется в строительстве и отделке.
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.
Раствор серной кислоты получают путем разбавления электролита для автомобильных аккумуляторов дистиллированной водой в пропорциях один к одному. Купив канистру емкостью 5 литров, раствора можно получить 10 литров.
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.
Подготовка электролита
Растворы кислот считаются небезопасными реактивами, поэтому для проведения анодирования алюминия в домашних условиях прибегают к другому типу раствора. Для его приготовления используют соль и соду, которые всегда есть под рукой.
Для приготовления электролита берут две пластмассовые емкости. В них наводят солевой и содовый составы, соблюдая пропорцию: на порцию соли или соды 9 порций дистиллированной воды.
Анодирование в домашних условиях
После растворения компонентов раствор выдерживается с целью оседания не растворившихся частиц на дно. При переливании в емкость для анодирования его необходимо процедить.
Способы анодирования алюминия
Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:
Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.
Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.
Технология твердого анодирования алюминия
Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:
Теплое анодирование
Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.
Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.
Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.
Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.
Методы цветного анодировния алюминия
Холодная технология
Для проведения анодирования алюминия необходимы:
Холодная технология отличается тем, что рост анодированного покрытия со стороны металла протекает с большей скоростью, чем его растворение с внешней стороны.
Вначале проводятся подготовительные работы, описанные выше. Затем детали необходимо закрепить. Не следует забывать, что под крепежным элементом пленка не образуется. А подвешенные заготовки при опускании в емкость не должны касаться стенок и дна.
К деталям от источника питания подключается анод, соответственно к емкости катод. Плотность тока подбирается в пределах 1,6-4 А/дм2. Рекомендуемые значения 2-2,2 А/дм2. При малых значениях процесс будет протекать медленнее, а при больших может возникнуть пробой цепи и покрытие начнет разрушаться.
Не рекомендуется, чтобы температура электролита поднималась выше 5°С. При анодировании электролит нагревается не равномерно. В центре он теплее, чем в углах емкости, поэтому необходимо постоянное перемешивание.
Продолжительность анодирования при холодном способе составляет около получаса для небольших элементов. Для крупных деталей продолжительность может составлять 60-90 минут. На окончание процесса указывает измененный цвет на поверхности алюминиевого изделия. После отсоединения проводов деталь промывается.
Закрепление результата
Качество анодирования алюминия зависит от завершающего этапа – закрепления покрытия. Для этого после нанесения покрытия и промывки детали помещают на четверть часа в раствор марганца. После выемки необходимо детали промыть под горячей и холодной водой для удаления из пор остатков раствора.
Перед окрашиванием необходимо закупорить микроскопические поры на пленке. Для чего изделия кипятят в дистиллированной воде в течение 30-40 минут.
Анодирование алюминия. Технология и реактивы анодирования
В статье приведены основные принципы процесса анодирования алюминия, теоретические основы процесса. Рассмотрены основные растворы, использующиеся для анодного оксидирования, приведены характеристики анодной пленки в зависимости от используемых реактивов и параметров технологического процесса. Рассмотрены составы для получения цветных анодных пленок.
Содержание:
Принципы процесса анодирования
Процесс электрохимического оксидирования алюминия и его сплавов в растворах серной, хромовой, щавелевой кислот и их смесей получил название анодирование алюминия. Несмотря на кажущуюся простоту процесс анодирования имеет множество вариантов, которые оказывают непосредственное влияние на характеристики и качество оксидной пленки. На внешний вид и структуру покрытия влияет и состав алюминиевого сплава, а корректировка электролита позволяет в широких пределах менять свойства покрытия. Качество и наличие примесей в составе электролита также может иметь решающее значение.
Анодирование значительно отличается от процессов нанесения гальванического покрытия на металлы (электрохимического осаждения) при которых защитный или декоративный слой металла наносится на поверхность металлического изделия, так как является процессом преобразования основного металла, в результате которого меняется внешний вид и характеристики поверхности.
Применение анодирования
Применение анодирования — это тема отдельной статьи, в любой отрасли где в той или иной мере используются изделия из алюминия или его сплавов и требуется изменение каких-либо качеств металла анодирование является оптимальным и зачатую единственным решением.
Приведем перечень основных областей применения анодирования:
Выбор электролита анодирования
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
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
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/дм 2 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.
Анодирование в хромовой кислоте
Хромовая кислота используется, если требуется провести анодирование ответственных алюминиевых деталей и узлов с тонкими стенками или с высокой точностью обработки. Растворение алюминия в хромовой кислоте ниже, чем в серной, снижение усталостной прочности металла ниже – пленка получается тонкой, непрозрачного серого цвета. Максимальная толщина окисной пленки достигает 10 мк., стандартная толщина от 2,5 до 5 мк.
Анодирование в щавелевой кислоте
В растворе щавелевой кислоты получают пленки желтого оттенка, обладающие высокой износостойкостью. Этот метод один из первых открытых способов получения цветного покрытия. Износостойкость покрытия при истирании в два раза выше, чем при анодировании в серной кислоте. В процессе анодирования в щавелевой кислоте наряду с постоянным током с напряжением 30-60 вольт, используют режимы с переменным током. Для получения равномерного желтого или бронзового оттенка раствор интенсивно перемешивают. В остальном данный процесс не отличается от анодирования в серной кислоте. В качестве катодов могут быть использованы различные металлы – железо, свинец, нержавеющая сталь.
Другие растворы анодирования
В некоторых случаях используются электролиты, в которых оксидная пленка алюминия не растворяется – так называемые электролиты барьерного типа. С использованием растворов анодирования содержащих борную кислоту, виннокислый аммоний, борат аммония получают покрытия на деталях, использующихся в электроприборах (электролитических конденсаторах). Например, при обработке в растворе с боратом аммония получают пленки, имеющие пробивное напряжение 550 вольт. Также, данные виды электролитов используются при анодировании алюминия, осажденного в вакууме.
Алюминиевые детали, обработка которых подразумевает нанесение гальванического покрытия после анодирования обрабатывают в растворе, содержащем 25-30% фосфорной кислоты. Получаемые пленки имеют толщину до 6 мк., что связано с высокой растворимостью алюминия в фосфорной кислоте. Процесс проводят при цеховой температуре, плотности тока 10-20 а/мм 2 и напряжении 30-60 вольт в течение 10-15 минут.
Твердые пленки золотистого, коричневого или черного цветов получают при использовании раствора, содержащего 40-100 г/л сульфосалициловой кислоты и 30-60 г/л серной кислоты при температуре 30 0 С, плотности тока 2,5-3,5 а/дм 2 и напряжении до 80 вольт.
Снятие анодных покрытий
Удалить некачественное анодное покрытие можно только со всей поверхности изделия, частичное восстановление пленки в большинстве случаев невозможно. Покрытие, как правило снимают в растворах, содержащих едкие щелочи. Процесс проходит под строгим контролем основных режимов, т. к. такие растворы обладают высокой степенью воздействия на основной металл. Классическим и менее всего воздействующим на поверхность алюминия признают раствор, содержащий 35 мл/л фосфорной кислоты и 20 г/мл хромовой кислоты. Обработка проходит в течение 1-10 мин, в зависимости от толщины пленки при температуре 95-100 0 С. для снятия твердых анодных покрытий используют указанный раствор с повышенной два раза концентрацией, при этом поверхность алюминиевых сплавов, содержащих медь может окрашиваться в серый или черный цвет.
Повторная обработка изделий после удаления анодной пленки возможна после оценки состояния поверхности изделия, если чистота поверхности достаточна для нанесения покрытия и полирование не требуется, можно приступать к процессу незамедлительно.
Следует отметить, что при обработке деталей для которых необходимо точное соблюдение первоначальных размеров потребуется повторное анодирование с нанесением пленки большей толщины, чем была первоначально. Это связано с тем, что при снятии и повторном нанесении покрытия потери могут составлять от половина до двух третей первоначальной толщины пленки.