Анодирование алюминия это: Что такое анодирование алюминия – процесс и технология цветной анодировки

alexxlab | 30.11.1993 | 0 | Разное

Содержание

Что такое анодирование алюминия – процесс и технология цветной анодировки

Содержание статьи:

Что такое анодирование алюминия?

Если Вас интересуют услуги анодирования алюминия, заполните нижеследующую форму либо обратитесь к нашей статье в разделе “Услуги”: Анодирование алюминия, цветное анодирование алюминия.

Анодирование – это метод обработки, который изменяет химию поверхности различных материалов, в частности, металлов. Анодированная поверхность придает металлу ряд новых свойств, дополнительную защиту от коррозии, повышение долговечности, в частности, лучшую устойчивость к царапинам, и, конечно, эстетический внешний вид. Поскольку алюминий так широко используется в сотнях отраслей промышленности, имеет смысл анодировать алюминий, чтобы он приобрел новые свойства.

Само покрытие может иметь толщину от 0,00393701 до 0,03937012. В отличие от других покрытий анодирование алюминия сохраняет естественный блеск металлов, его текстуру и эстетику самого металла.

История анодирования

Анодирование металлов впервые было использовано в промышленном масштабе в 1923 году. Первоначально оно было создано для защиты от коррозии деталей из дюралюминия в кораблестроительной промышленности. Очевидно, эта обработка использовалась, поскольку части морских транспортных судов требовали жесткого защитного покрытия, невосприимчивого к соленому, бурному морю.

Изначально процесс был основан на хромовой кислоте и был назван процессом Бенгуа-Стюарта, он был отмечен как стандарт обработки для сил британской армии DEF STAN 03-24 / 3. Этот процесс все еще используется сегодня, несмотря на устаревшие требования сложного цикла напряжения, которые теперь считаются ненужными.

К 1927 году этот процесс получил развитие, и был запатентован новый процесс анодирования в серной кислоте. Серная кислота остается наиболее распространенным анодирующим электролитом и по сей день.

Японцы использовали анодирование щавелевой кислотой с 1923 года, и оно было широко применено немцами, особенно в архитектурных решениях. Анодирование алюминиевых профилей широко использовалось в архитектуре в 1960-х и 70-х годах.

Процесс анодирования

Перед конкретно анодированием алюминий должен проследовать по следующему технологическому процессу:

  1. Очистка.

    Анодируемую деталь необходимо сначала очистить, чтобы удалить все включения масел, полирующих составов и других примесей. Это делается путем погружения в водный раствор, который содержит мягкие кислоты или щелочи вместе с различными моющими средствами.

  2. Предварительная обработка.

    Этот этап в основном для эстетических целей, он улучшает внешний вид поверхности перед этапом анодирования. Самая распространенная предварительная обработка это травление, при котором поверхность приобретает атласный или яркий оттенок, что дает яркий блестящий оттенок.

  3. Анодирование.

    Анодирование алюминия – это электрохимический процесс. Проще говоря, он включает извлечение алюминиевого сплава и погружение его в большой резервуар, заполненный раствором электролита. Чаще всего это раствор на основе серной кислоты и дистиллированной воды. Хотя точный тип используемой кислоты зависит от области применения. Электрический ток проходит через алюминиевую часть, в этом случае алюминий действует как анод.
    Катод производят из алюминия или свинца и также помещают в гальваническую ванну. Вода расщепляется, высвобождая кислород на поверхности алюминия, а затем объединяется, образуя покрытие, тонкий прозрачный слой оксида алюминия. Толщина этого покрытия определяется уровнем электрического тока, а также количеством времени, в течение которого он подается.

Цветное анодирование

Когда вы думаете об анодировании алюминия, в первую очередь, это поверхность яркого цвета. Цвет может быть нанесен 2 способами:

  • Интегральное нанесение цвета.

    Этот процесс окрашивания алюминия дает желаемый цвет, когда анодирование проводится в ванне. Этот процесс дает алюминию более стойкое к истиранию покрытие, но недостатком является стоимость: просто требуется гораздо больше электроэнергии, что делает его более дорогим вариантом.

  • Электролитическая окраска.

    Этот вид обработки придает цвет алюминиевой детали, потому что процесс анодирования создает стабильные и устойчивые поры на поверхности алюминия, а краситель просто заполняет эти поры. Металл погружается в ванну, которая содержит неорганическую соль металла. Ток подается и откладывает соль металла в основании пор.

Уплотнение оксидной пленки

Перед тем, как использовать анодированную деталь, необходимо закрыть поры окрашенного металла. Если оставить его “незапечатанным”, поверхность деталей будет подвержена повреждениям. Части, которые не нуждаются в окрашивании, все еще имеют этот шаг, чтобы повысить устойчивость к коррозии и истиранию при сохранении естественного цвета металла.

Для чего используется анодирование алюминия?

Преимущества анодированного алюминия, такие как устойчивость к коррозии и истиранию, в сочетании с удивительным внешним видом из огромной цветовой гаммы открывают множество областей применения. Возможности анодирования алюминия для коммерческих, промышленных и потребительских отраслей безграничны:

  • Архитектурные панели;
  • Витрины;
  • Вентилируемые фасады;
  • Кровельные системы;
  • Холодильники;
  • Сушильные машины;
  • Телевизоры;
  • Кофемашины;
  • Светильники;
  • Оконные рамы;
  • Сантехника;
  • Двери;
  • Охладители;
  • Сковороды;
  • Грили;
  • Тележки для гольфа;
  • Лодки;
  • Туристическое оборудование;
  • Рыболовное снаряжение;
  • Комплектующие для автомобилей;
  • Колпаки на колеса;
  • Фирменные таблички;
  • Аэрокосмические панели;
  • Солнечные панели;
  • Электронные изделия;
  • Огнетушители;
  • Фотооборудование;
  • Телефоны;
  • Дизайн интерьера;
  • Искусство.

Воздействие на окружающую среду

Анодирование алюминия – один из самых экологически чистых процессов обработки металла. В процессе используются только очень небольшие количества тяжелых металлов, галогенов или органических соединений. Процесс окрашивания не приводит к образованию ЛОС или тяжелых металлов. Возможность вторичной переработки анодированного и окрашенного алюминия эквивалентна стандартному алюминию с точки зрения воздействия на окружающую среду. Отходы процесса анодирования легко перерабатываются для производства квасцов, разрыхлителя, газетной бумаги и косметики. Отходы могут также использоваться для удобрения и в промышленных очистных сооружениях.

Оставьте заявку, чтобы бесплатно получить быстрый расчет стоимости интересующей Вас услуги. Менеджеры ответят на любой Ваш вопрос!


Технология анодирования алюминиевых профилей – статья про фасадный профиль

Анодирование в обобщенном смысле – это электрохимический процесс образования стабильных оксидных покрытий на поверхности металлов. Анодные покрытия на алюминии могут формироваться с применением большого количества электролитов при постоянном токе, переменном токе или их комбинации. Для анодирования алюминиевых прессованных профилей обычно применяется электролиты только на основе серной кислоты, иногда с добавкой щавелевой кислоты [1]. 

Различие между анодированием и окрашиванием

Анодное покрытие образуется в результате реакции алюминия с ионами электролита. Получаемое покрытие имеет больший объем, чем исходное алюминиевое основание. Поэтому после анодирования обычно происходит увеличение размеров изделия. При обычном сернокислом анодировании это увеличение размера составляет около одной трети толщины анодного покрытия.    

Основное «размерное» отличие между анодным покрытием и слоем краски на алюминиевом изделии заключатся в следующем. Анодное покрытие образуется из самого алюминия, тогда как слой краски, например, жидкой, дополнительно наносится

на поверхность алюминия (рисунок 1).  

Рисунок 1 – Размерные различия между анодным покрытием и слоем краски

Процесс анодирования алюминиевых профилей

Существует много способов анодирования алюминиевых изделий в зависимости от их размеров. Например, алюминиевые заклепки, можно анодировать насыпью с помощью специального вращающегося барабана. Прессованные алюминиевые профили, которые обычно имеют длину от 6 до 8 м, анодируют на специальных навесках. Конструкция навесок обеспечивает надежное закрепление профилей и плотный электрический контакт для всех профилей. На одной навеске может устанавливаться до нескольких десятков профилей в один, два или более рядов (рисунок 2).     

 

Рисунок 2 – Схема процесса анодирования навески алюминиевых профилей [2]

В качестве источника тока при анодировании алюминия могут применяться источники постоянного или переменного тока, а также их комбинация. В стандартном сернокислом анодировании обычно применяют выпрямители постоянного тока с напряжением 24 вольта.    

Структура анодного покрытия

Известно, что анодное покрытие состоит из двух слоев. Пористый слой оксида алюминия вырастает на относительно тонком сплошном слое, который называют барьерным слоем (рисунок 3). Толщина этого барьерного слоя зависит от состава электролита и технологических параметров анодирования.

Рисунок 3 – Структура анодной ячейки

При сернокислом анодировании скорость роста пористого слоя постоянна при постоянной плотности тока. При плотности тока 1,3 А/дм2 она составляет 0,4 мкм/мин. Так как толщина барьерного слоя остается постоянной, то эта скорость роста должна соответствовать скорости растворения оксида алюминия внутри поры.    

Размеры оксидных ячеек анодного покрытия зависят от технологических параметров анодирования. Типичные размеры анодных ячеек для сернокислого анодного покрытия [2]:

  • Диаметр пор: 14,5-18 нм
  • Плотность размещения пор: 40-80·109 пор/см2
  • Диаметр ячейки: 40-53 нм
  • Пористость: 15 %
  • Толщина барьерного слоя: 14-18 нм
  • Толщина пористого слоя: 5-25 мкм

Технологические параметры сернокислого анодирования

Сернокислый электролит

Для анодирования алюминиевых прессованных профилей во всем мире обычно применяют электролиты на основе серной кислоты.

Qualanod задает для сернокислого электролита следующие параметры [2]:

  • Концентрация свободной серной кислоты должна быть не выше 200 г/л при колебании внутри интервала 10 г/л от заданной величины;
  • Концентрация алюминия должна быть не выше 20 г/л, предпочтительно в интервале от 5 до 15 г/л.  

Температура ванны анодирования

Указания Qualanod по температуре ванны анодирования [2]:

  • для заданной толщины анодного слоя 5 мкм и 10 мкм: не выше 21 ºС
  • для заданной толщины анодного слоя толщины 15 мкм, 20 мкм и 25 мкм: не выше 20 ºС.

Плотность тока

Qualanod рекомендует среднюю плотность тока [2]:

• 1,2 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 5 мкм и 10 мкм
• 1,4 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 15 мкм
• 1,5 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 20 мкм
• 1,5 – 3,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 25 мкм.

Алюминиевые сплавы для анодированных профилей           

Для алюминиевых профилей, которые будут подвергаться анодированию, обычно применяют сплавы 6060 и 6063 с некоторыми ограничениями по содержанию магния и кремния, а также примесных элементов, таких как, железо, медь и цинк.

Обычно, чем чище алюминий и чем меньше в нем легирующих элементов, тем лучше он анодируется. Повышенное содержание примесей в сплаве приводит к образованию в анодном покрытии включений, которые неблагоприятно влияют на однородности его внешнего вида.   

См. о влиянии химического состава алюминиевых сплавов на качество анодированных профилей здесь.

Изменение толщины анодного покрытия в ходе анодирования

Толщина готового анодного покрытия зависит от общей длительности анодирования. Однако скорость роста толщины покрытия зависит от нескольких факторов, таких как, состав электролита, плотность тока и текущая длительность обработки.

В ходе анодирования происходят два конкурирующих процесса (рисунок 4):

  • непрерывный рост толщины анодного покрытия и  
  • растворение анодного покрытия под воздействием электролита.

 

Рисунок 4 – Изменение толщины покрытия в ходе анодирования [2]

Теоретическая величина толщины покрытия при постоянной плотности тока подчиняется известному закону Фарадея. Из этого закона следует, что оксид алюминия растет пропорционально количеству электричества, которое проходит через анод (алюминиевый профиль).

Влияние температуры электролита

Увеличение температуры электролита приводит к пропорциональному увеличению  скорости растворения образующегося анодного покрытия. В результате анодное покрытие становится более тонким, более пористым и более мягким.  

Влияние плотности тока

Интервал плотности тока, который применяется в стандартном анодировании составляет от 1 до 2 А/дм2 и в некоторых случая – до 3 А/дм2. Плотность тока ниже 1 А/дм2 дает мягкие, пористые и тонкие покрытия. С увеличением плотности тока анодное покрытие формируется быстрее и с относительно меньшим растворением электролитом. Поэтому покрытие получается более твердым и менее пористым. 

Влияние концентрации серной кислоты

Влияние повышенной концентрации серной кислоты на формирование анодного покрытия аналогично повышению температуры, хотя влияние температуры является более существенным. Высокая концентрация серной кислоты может ограничивать возможность получения анодного покрытия большой толщины из-за повышенной способности электролита растворять формирующийся пористый оксид алюминия.       

Цветное анодирование

Для получения цветного анодного покрытия на алюминиевых профилях применяют два основных метода окрашивания (рисунок 5) :

  • Адсорбционное окрашивание
  • Электролитическое окрашивание

Адсорбционное окрашивание

Алюминиевые профили с бесцветным анодным  покрытием без наполнения пор погружают в водный раствор органического или неорганического красителя. Поглощение красителя производится только на 3-4 микрона в глубину пор анодного покрытия (рисунок 5). Затем покрытие подвергают наполнению. Обычно применяют горячие растворы красителей – от 55 до 75 ºС, а длительность окрашивания – от 5 до 15 минут, иногда – 30 минут. Оптимальный диапазон величины рН раствора обычно составляет от 5 до 6.  


Рисунок 5 – Основные методы окрашивания
анодированных алюминиевых профилей [2]

Электролитическое окрашивание

Электролитическое окрашивание заключается в погружении анодированного изделия в раствор, содержащий соли металлов и приложении к нему переменного и постоянного электрического тока. В таких условиях на дне пор образуется металлический осадок. Цвет анодного покрытия зависит от состава электролита. Такие металлы, как олово, никель и кобальт, дают цвета от бронзового до черного, медь дает красный цвет.     

Цвет в определенной степени не зависит от толщины анодного покрытия, а зависит в основном от количества осажденного в поры металла. Так, 200 мг олова на квадратный метр поверхности дает светлую бронзу, 2000 мг – черный цвет [2]. 

Свойства анодного покрытия после электролитического окрашивания в целом аналогичны обычному (бесцветному) анодному покрытию. Стойкость цвета к воздействию солнечного света для большинства электролитов значительно выше, чем для адсорбционного окрашивания.  

Наполнение анодных покрытий

Наполнение анодного покрытия – бесцветного и цветного – это последний технологический этап процесса анодирования. Этот этап является очень важным для долговечности анодного покрытия, в том числе, его внешнего вида.

Гидротермическое наполнение

Наполнение анодного покрытия в горячей воде обеспечивает полное блокирование анодных пор за счет образования различных видов гидратированного оксида алюминия,  в основном, богемита [2]. 

Наполнение пор обычно производят путем погружения в воду при температуре 96-100 ºС при величине рН от 5,5 до 6,5. Длительность операции наполнения обычно составляет 2-3 минуты на каждый микрометр номинальной толщины анодного покрытия. Качество воды в ванне наполнения должно быть очень высокое. Такие загрязнители воды, как фосфаты, силикаты и фториды могут замедлять процесс наполнения пор.

Холодное наполнение

Известны так называемые «холодные» методы наполнения анодных покрытий, которые выполняются при температуре 25-30 ºС. В этом случае применяются растворы на основе фторидных соединения в присутствии солей никеля или кобальта [1, 2]. Применение этих методов требует высокой культуры производства и жесткого контроля качества наполнения. Кроме того, они требуют эффективной очистки стоков, содержащих тяжелые металлы. 

   

 

Источники:

1. Specifications for the QUALANOD Quality Label for Sulfuric Acid-Based Anodizing of Aluminium, Edition 01.01.2017.

2. TALAT Lecture 5203 – European Aluminium Association, 1994.  

Смотрите также – навесные вентилируемые фасады Алюком.

Что такое анодированный алюминий? Применение, методики анодирования

Анодирование – технология обработки алюминия, в результате которой на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка. Она имеет большую прочность и предотвращает дальнейшее окисление металла, поэтому анодированные алюминиевые детали служат значительно дольше. Образование защитной пленки электрохимическим методом широко применяется для самых разных изделий, от бытовых предметов до деталей самолетов и автомобилей.

Как проводится анодирование?

Чтобы получить анодированный алюминий, металлическое изделие помещают в гальваническую ванну с 20-22% раствором серной кислоты. По краям емкости устанавливаются пластины, изготовленные из свинца или из химически чистого алюминия. Покрываемые детали в электрохимическом процессе играют роль анода, поэтому он получил такое название. Они закрепляются или подвешиваются в гальванической емкости, при этом между катодом и анодом должен присутствовать большой слой электролита – кислотного раствора.

На детали подается электрический ток со следующими параметрами: постоянный ток силой 1,0 – 2,5 А/дм2, переменный – 3,0 А/дм2. Продолжительность обработки зависит от размеров деталей. Мелкие предметы получают необходимый слой оксидной пленки толщиной 4-5 микрон уже за несколько минут, более крупные изделия необходимо держать под действием электрического тока в течение часа.

После завершения процесса детали извлекают из гальванической ванны и промывают под проточной водой, после этого они проходят нейтрализацию. Их погружают в отдельную емкость с 5%-ным аммиачным раствором. Дополнительно может быть проведена финишная обработка путем погружения в раствор бихромата калия. Он придает изделиям характерный зеленоватый оттенок и обеспечивает повышенную стойкость к коррозии.

Что дает анодирование алюминия?

В результате электрохимической обработки металл приобретает особые свойства и преимущества:

  • Неподверженность коррозии. Обработанные изделия приобретают высокую стойкость к агрессивным воздействиям внешней среды.
  • Долговечность. Пленки из хрома или цинка способны отслаиваться со временем, а оксидная пленка образуется непосредственно из самого металла, поэтому она не может отслоиться.
  • Улучшение декоративных качеств. Металл долгое время сохраняет приятный блеск, на нем не появляются темные пятна. В процессе могут участвовать различные красители, благодаря чему покрытию придаются самые разнообразные оттенки.
  • Пригодность для вторичной переработки. При анодировании не применяются дополнительные наслоения металлов и других химических веществ, поэтому детали можно перерабатывать и использовать вновь.

Все эти плюсы обеспечили методу широкое применение. Анодирование используется повсеместно для обеспечения долговечности металлических изделий и предотвращения коррозии. Метод считается относительно недорогим, поэтому он лишь незначительно увеличивает стоимость готовых изделий.

Возможности применения анодированного алюминия

Анодированные детали используются в самых разнообразных сферах. Этим способом обрабатываются предметы интерьера, посуда, поручни и другие изделия, которые используются каждый день. Также этот процесс используют для навесных алюминиевых фасадов – они приобретают повышенную стойкость к внешним атмосферным воздействиям.

Анодирование применяют для защиты от коррозии деталей различной техники. Это комплектующие автомобилей, самолетов, судов, всевозможных летательных аппаратов. Обработка увеличивает прочность и обеспечивает повышенную стойкость к нагрузкам.

Статья по анодированию алюминия переменным током

Анодирование алюминия – это образование особенного защитного покрытия на поверхности изделий электрическим методом. Оксидные пленки, которые образуется при этом процессе, имеют толщину от 5 до 25 мкм и надежно защищают металл от коррозии. Их же используют как основу для лакокрасочных покрытий. Данную процедуру могут применять и в декоративных целях. Перед тем как проводить анодирование постоянным током, деталь предварительно обезжиривают ацетоном и раствором едкого натра.

Для проведения процесса анодирования алюминия нужно приготовить два насыщенных раствора – поваренной соли и питьевой соды. Делают их в течение не менее получаса, иногда помешивая получившийся раствор. После этого растворы отстаиваются в течение пятнадцати минут и фильтруют. Затем нужно приготовить электролит, смешав девять объемных частей питьевой соды с одной объемной частью раствора соли.

Перед тем как проводить анодирование деталей, нужно тщательно зачистить наждачной бумагой или напильником, а потом обезжирить. После этого нужно провести химическое полирование. Для этого алюминиевая деталь помещается на десять минут в состав из 75 объемных долей ортофосфорной кислоты и 25 серной кислоты. После полирования деталь нужно промыть и опустить в ванную, которая заполнена 20%-нам раствором серной кислоты. Затем ее можно погружать в раствор электролита. Положительный заряд источника тока присоединяется к детали, а отрицательный – к токопроводящей емкости с электролитом. Анодировка длится обычно примерно 90 минут. Окончательным этапом является уплотнение пор пленки, которые уплотняются после кипячения детали в воде примерно в течение двадцати минут.

Анодированные детали имеют серый, золотистый, оливковый, черный или коричневый оттенок и незначительную приятную шероховатость. Качество анодировки можно проверить следующим образом: по анодированной поверхности нужно провести черту химическим карандашом. Если черта не смоется проточной водой, то процедура выполнена хорошо.

Анодирование переменным током

Если анодировать деталь не постоянным током, как описано выше, а переменным, то все подготовительные и заключительные операции нужно проводить так, как уже было описано. Различие состоит в том, что анодироваться должны сразу две детали. Если есть всего одна деталь, то в качестве второго электрода нужно использовать болванку или лист из алюминия. При переменном напряжении 10-12 В можно добиться такой же плотности тока, как и при постоянном токе. Время анодирования при этом составляет 25-30 минут.

При анодировании деталь можно окрасить. Делается это в растворе анилинового красителя. Когда проводится цветное анодирование, красящий раствор должен содержать 15 грамм красителя и 1 миллиграмм уксусной кислоты на литр воды. Окрашивание должно проводиться в подогретом растворе. Деталь нужно выдерживать в растворе красителя не менее 10-15 минут. Для того чтобы закрепить окраску, покрашенную деталь нужно выдержать в кипящей воде в течение 1-1,5 минут.

Зачем нужно анодирование

Для читателей нашего блога действует скидка 10%
по промокоду blog-BB30 на все товары, представленные в нашем магазине

Что такое анодирование и зачем оно нужно?

  1. Суть явления
  2. Зачем это нужно
  3. Особености ухода

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

Не будем здесь вдаваться в лютую физику и прочие инженерные дебри. Поэтому опишем коротко и понятно. Говорим об анодировании, особенно в велосипедной теме, – скорее всего подразумеваем, что наша деталь сделана из алюминия. Этот процесс применяется и к другим металлам, но в процентном соотношении безоговорочный лидер именно алюминий.

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.

  1. Защита от коррозии.

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.

  1. Антифрикционные свойства анодированного покрытия.

Если речь идет не о руле или звездах, а о ногах вилки на первый план выходят именно эти свойства анодирования. Оно служит для уменьшения трения между ногами и направляющими внутри штанов (башингами). Особенно важен параметр называемый страгивание – старт движения ног из состояния покоя. Чем более оптимальным он является, тем более плавно и без рывков работает ваша вилка. Вот здесь раскрывается огромное поле для здоровой конкуренции и разнообразных экспериментов с составами и методами анодирования. Причем иногда даже в рамках одной компании. Так, например, амортизаторы и вилки от Fox имеют две версии, Performance и Factory, одна из которых имеет более простое анодирование, а вторая более сложное, названное Kashima. Надо ли говорить, что цены и характеристики заметно различаются. Вообще с преимуществами покрытия моделей вилок разных производителей можно ознакомиться прямо на их официальных сайтах.

    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.

В случае, если царапина или потертость прям масштабная и неумолимая, несите в ремонт. Там применят сильное колдовство, начиная от лака для ногтей и заканчивая восстановлением покрытия. В таком случае вам повезло, но так бывает не всегда. Возможно все очень плохо и ремонту не подлежит вообще. Тут выход один – донорство. Причем в обе стороны.

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.

Для читателей нашего блога действует скидка 10% по промокоду blog-BB30 на все товары, представленные в нашем магазине


Что такое анодированный алюминий — предназначение, виды и способы создания

Просмотров 147 Опубликовано Обновлено

В настоящее время алюминий широко используется в различных целях благодаря своим характеристикам. Он очень легко поддается обработке, и при высокой прочности имеет сравнительно небольшой вес. Но у него есть существенный минус – легкое окисление, из-за чего металл теряет свою внешнюю привлекательность. Для избавления от этого недостатка используется технология анодирования.

Прежде чем разобраться в технологии, нужно разобраться, что такое анодированный алюминий. Во время процесса анодирования или же анодного оксидирования происходит появление оксидной пленки на поверхности образца за счет химического взаимодействия. При анодировании участок, подвергшийся окислению, не разрушается, а становится прочнее. За счет этого процесс похож на воронение.

Предназначение анодирования

Кислород является сильным природным окислителем, поэтому множество металлов реагирует с ним, образуя соответствующие оксиды. Но пленка природных оксидов зачастую очень тонкая и совсем не защищает металл. Благодаря анодировке эта пленка упрочняется, что позволяет защитить металл от разнообразных агрессивных воздействий внешней среды. Кроме этого, анодированный образец становится гораздо красивее, без дефектов поверхности, и его становится легче обрабатывать, например, красить.

Анодированный алюминий используется во многих областях промышленности, например, для изготовления лестниц, поручней, высокопрочной фурнитуры. Обработанный металл не оставляет следов на руках. Его используют для изготовления отражателей света, например, в прожекторах, а также для нагревательных рефлекторов.

Теплое анодирование

Одним из наиболее простых в исполнении процессов считается теплое анодное окисление. С его помощью можно окрасить поверхность металла. Но при простоте исполнения, у такой технологии есть существенный недостаток – получаемый алюминиевый профиль достаточно хрупок и может подвергаться коррозии. Более того, при ошибках в работе полученное покрытие может легко стираться даже при проведении по образцу рукой. Поэтому теплое анодирование чаще всего используют как основу для дальнейших манипуляций, например, покрытие этого профиля прочной эпоксидной краской.

Холодное анодирование

За счет высокой эффективности данный процесс стал очень популярным для выполнения в домашних условиях. Суть метода заключается в том, что слой со стороны металла увеличивается за счет растворения с внешней стороны. Отличительной чертой данной технологии является необходимость поддержания низкой температуры. Также есть недостаток – это отсутствие возможности использования органических красителей.

В целом процесс состоит из следующих этапов:

  • подготовка и закрепление детали;
  • анодирование;
  • промывка;
  • закрепление слоя посредством обработки.

Технология анодирования

На первом этапе необходимо приготовить алюминиевые ванные. Они могут быть пластиковые, но тогда изнутри ее нужно покрыть алюминиевой фольгой. Должна быть теплоизоляция во избежание нагрева реакционной смеси. Затем необходимо изготовить катод из свинцовых листов. Важно помнить, что площадь полученного катода должна быть в два раза больше, чем площадь поверхности обрабатываемой детали. На фото изображена алюминиевая ванная.

Подготовительный процесс

Прежде чем приступать к анодировке алюминия, необходимо тщательно очистить образец. На нем не должно быть никаких загрязнений. Поверхность обезжиривают и удаляют предыдущий слой металлического оксида, так как его наличие способно помешать равномерному образованию нового покрытия. После удаления всех загрязнений и шлифовки образец окунают в щелочной раствор для того, чтоб на поверхности образовались микропоры, которые увеличили бы плотность поверхности. Эта процедура похожа на травление.

Химическая обработка

В ванную помещают электролит, в качестве которого могут быть растворы как неорганических кислот, например, серной и хромовой, так и органических – щавелевой и сульфосалициловой. Чаще всего используют хромовую кислоту или щавелевую, особенно если необходимо получить окрашенное покрытие. Данные электролиты используются в производственных, хорошо оборудованных помещениях.

В домашних условиях для обеспечения безопасности в качестве электролитов используют содовые растворы.

От состояния электролита напрямую зависит качество анодирования, из-за чего следует внимательно отнестись к его выбору и подготовке.

Закрепление

После процедуры анодного окисления на образце появляются поры различного диаметра, которые необходимо закрыть, чтобы добиться прочности. Для этого необходимо или опустить деталь в горячую пресную воду, обработать паром или поместить его в «холодный раствор».

Но если же изделие после анодировки было покрыто краской, то закреплять не нужно, так как краска закроет образовавшиеся поры.

Типичные ошибки при анодировании

Если не соблюдать все правила анодирования, то полученное покрытие не будет прочным к воздействию извне и держать краску. Кроме этого, необходимо соблюдать технику безопасности. Обязательно наличие защитной одежды, перчаток и очков.

Температура электролита

От температуры электролита зависит то, какой получится окраска детали. Если температура будет слишком низкой, то сопротивление электролита будет слишком высоким и для поддержания плотности тока трудно будет установить необходимое напряжение. Но устанавливать напряжение порядка 100 Вольт небезопасно в домашних условиях, поэтому лучше всего будет поддерживать правильную температуру – около -10°С. Если температура будет слишком высокой, то покрытие будет слабо держаться, и окрашивание будет мутного оттенка.

Анодная плотность

Процесс образования анодного покрытия идет довольно медленно. Если плотность будет слишком низкая, то слой будет хоть и относительно прочным, но мутно-белого цвета.

Оптимальной плотностью является 2-2,2 А на квадратный дециметр. Это обеспечит страховку в случае возможных ошибок. Не стоит увеличивать ток, так как на образце могут возникнуть дефекты. Увеличивать плотность тока можно только в случае, если электролит хорошо перемешивается и существует хороший отвод тепла от детали.

Катодная плотность

Катодную плотность тоже необходимо поддерживать в необходимых пределах, иначе деталь может повредиться, особенно если она больших размеров. Если размер катода будет слишком мал, то силовые линии тока будут распределяться неравномерно, и именно поэтому на детали могут появляться различные дефекты и пробоины. Поэтому используются катоды по размеру в два раза больше, чем поверхностная площадь образца.

Контакт детали с подвеской

Для достижения нужной силы тока деталь должна хорошо контактировать с подвеской. Иногда рекомендуется обматывать образец проволокой, но это ненадежно. Хороший зажим должен состоять из алюминиевой резьбовой контактной шпильки, это позволит тщательно прижать электрод к детали.

Анодирование алюминия и его виды

Помимо вышеперечисленных способов анодирования, применяются и другие виды: твердое, микродуговое и цветное.

В процессе твердого анодного окисления используют смесь нескольких электролитов, например, кислот. Данный процесс часто применяется для изготовления микропленок в промышленности, например, в машиностроении, изготовлении приборов и т.д, где высокая прочность изделия является необходимым требованием.

При микродуговом оксидировании происходит не только окисление поверхности металла, но и ряд других электрических процессов, за счет чего покрытия получаются очень качественные и с высокой способностью к адгезии.

Задача цветного анодирования очень проста – изменить цвет детали. Для этого применяют разнообразные методы:

  • Метод адсорбции, во время которого деталь погружается в ванную с электролитом.
  • Интегральное окрашивание. Во время этого процесса используется смесь электролита и органических солей.
  • Интерференционное окрашивание. В этом методе создается специальный светоотражающий слой, что приводит к большему разнообразию цветовой гаммы.
  • Электролитическое окрашивание (черное анодирование). Состоит из двух этапов – получения пленки, а затем ее погружение в кислый солевой раствор. Окраска полученного изделия в этом методе варьируется от черного до бронзового, поэтому такой вид окрашивания используется в различных областях строительства.

Виды поверхностной обработки – PBS


Анодирование алюминия Стойкость, жесткость и износостойкость материала
Анодирование (анодное окисление) – это поверхностная обработка алюминия, отличающаяся отличной коррозионной стойкостью и в зависимости от типа анодирования – и важными функциональными свойствами (жесткость, износостойкость).
Полностью автоматизированная линия с возможностью записи всего процесса обеспечивает высокое качество анодированных деталей даже при серийном производстве. Твердое анодирование в серной кислоте – анодирование алюминия и его сплавов с толщиной слоя 5 ÷ 100 мкм. Возможность выбора окрашивания E0 или E6 (сатиновое окрашивание, гарантирующее окончательный матовый вид), окрашивание в черный цвет и герметизацию.

Естественное анодирование в серной кислоте (декоративное) – анодирование алюминия и его сплавов без окраски или с дополнительной окраской черным цветом толщиной слоя 10–25 мкм с последующим уплотнением анодированного слоя в деминерализованной воде со специальной уплотнительной добавкой.

Анодирование алюминия и его сплавов в хромовой кислоте (chromelox) с последующим уплотнением в деминерализованной воде или в растворе дихромата калия. Шар толщиной мин. 3 мкм.

Свойства и цветовое исполнение
Избранный тип анодирования определяет вид и свойства поверхностного слоя (т.е цель его использования). При твердом анодировании возникает твердый, непроводимый слой, обладающий высокой стойкостью к механическим повреждениям. Тип используемого сплава и толщина слоя – это важные аспекты, определяющие окончательный цвет (оттенки коричневого, оливкового зеленого, темно-серого…). Естественным анодированием в серной кислоте возникают прозрачные, непроводимые слоя, пригодные для декоративного использования. Слои, возникшие при твердом естественном анодировании мы можем дополнительно окрасить в черный цвет. Анодирование в хромовой кислоте применяется, главным образом, в авиационной и военной промышленности, благодаря высокой стойкости нанесенного слоя к коррозии нанесенного слоя. Возникшие слоя имеют светло-серый цвет и пригодны в качестве основания под лакировку. Мы предлагаем заказчикам анодирование широкой гаммы алюминиевых сплавов в различных слоях.
 

Поверхностная обработка Макс. размеры детали (мм)
Твердое анодирование 1850 x 850 x 550
Твердое черное анодирование 1850 x 850 x 550
Естественное анодирование 1850 x 850 x 550
Естественное черное анодирование 1850 x 850 x 550
Анодирование в хромовой кислоте 1850 x 850 x 550
Защита материала от коррозии
При гальванической оцинковке возникает на поверхности детали слой цинка, который отличается отличной защитой от коррозии. Слой цинка в целях повышения стойкости к коррозии пассируется синей или желтой пассировкой (обе без Cr6+).
Оцинковка в щелочном растворе без цианида с последующей синей или желтой пассировкой.


Никелирование Высокий блеск и жесткость
Гальваническое никелирование создает на деталях слой с характерным высоким блеском и большой жесткостью. Поэтому данные слоя никеля используются в качестве декоративного поверхностного слоя или в качестве функциональной поверхностной обработки с высокими требованиями к коррозиестойкости и механическому износу.
Блестящее никелирование на подвесках.


Лужение Стойкость к коррозии при воздействии воды и гигиеническая безвредность
При блестящем лужении происходит удаление сильно блестящего слоя олова на деталях из железа, меди и сплавов меди (бронза, латунь). Слой олова придает основному материалу хорошую стойкость к коррозии, улучшает спаиваемость и электропроводность металлизированных деталей. Нанесенный слой олова безвреден для здоровья, это используется в пищевой промышленности.
Глянцевое лужение на подвесках.


Чернение Декоративная поверхностная обработка
Черные окислительные слои, созданные на стали, используются, главным образом, в качестве декоративной поверхностной обработки – напр. на охотничьем оружии, на оптических запчастях и т.п. Толщина возникшего слоя составляет всего 0,5 ÷ 0,8 мкм, из этого следует только минимальная защита в нормальной атмосфере. Поэтому необходимо пропитать возникший слой пригодным консервирующим средством.
Почернение на подвесках.  Полностью автоматизированная линия с возможностью записи целого процесса обеспечивает высокое качество анодированных деталей при серийном производстве.
 
Поверхностная обработка Макс. размеры детали (мм)
Гальваническое никелирование 1200 x 750 x 350
Гальваническое лужение 1200 x 750 x 350
Оцинковка с синим и желтым хроматом 1200 x 750 x 350
Почернение 1200 x 650 x 350

 

8 вещей, которые вам необходимо знать

Анодирование — это метод изменения химического состава поверхности металлов и других материалов. Он защищает от коррозии, улучшает эстетические качества, устойчив к царапинам и является одним из самых прочных доступных покрытий поверхности. Анодирование может быть выполнено на различных материалах, но сегодня давайте посмотрим на алюминий. Эти 8 вопросов помогут понять, почему анодирование — это умная обработка поверхности, которая одновременно практична и красива.

Анодирование — один из самых прочных способов обработки поверхности

1.Как анодируется алюминий?

Чтобы подготовить алюминий к анодированию, поверхность сначала тщательно очищают и промывают, а затем помещают в ванну с электролитическим раствором, например серной кислотой. Электролит — это электропроводящий раствор с большим количеством положительных и отрицательных ионов, которые он хочет поменять местами.

Положительный электрический заряд прикладывается к алюминию, превращая его в «анод», а отрицательный заряд прикладывается к пластинам, подвешенным в электролите. Электрический ток в этой цепи заставляет положительные ионы притягиваться к отрицательным пластинам, а отрицательные ионы стекаются к положительному аноду, куску алюминия.

2. Что такое барьерный слой при анодировании?

В результате электрохимической реакции на поверхности алюминия образуются поры по мере выхода избыточных положительных ионов. Эти поры образуют геометрически правильную структуру и начинают проникать в подложку. Алюминий на поверхности соединяется с отрицательно заряженными ионами O 2 , образуя оксид алюминия. Это называется барьерным слоем, защитой от дальнейших химических реакций в этих местах.

Барьерный слой защищает поверхность от дальнейшего окисления

По мере подачи тока относительно слабые и реакционноспособные области пор будут продолжать проникать глубже в подложку, образуя ряд столбчатых полых структур.

При подаче электрического тока создается регулярная структура пористости поверхности.

Чем дольше подается ток, тем больше проникновение этих столбцов. Для типичных нетвердых покрытий глубина может достигать 10 микрон. Как только этот уровень достигнут, и если цвет не нужен, процесс останавливается, и поверхность можно запечатать, просто ополаскивая водой. Это оставит вам твердое покрытие из натурального оксида алюминия, способное противостоять химическому воздействию и очень устойчивое к царапинам.Оксид алюминия имеет оценку 9 из 10 по шкале твердости Мооса, что означает второе место после алмаза.

3. Что такое твердое анодирование?

Твердое анодирование, иногда называемое типом III, обеспечивает лучшую защиту от коррозии и износостойкость в экстремальных условиях или при работе с движущимися механическими частями, подверженными сильному трению. Это достигается путем подачи электрического тока до тех пор, пока глубина пор не превысит 10 микрон, вплоть до 25 микрон или даже больше. Это занимает больше времени и стоит дороже, но дает превосходный результат.

4. Нужна ли защита алюминия от коррозии?

Хотя алюминий не ржавеет, он может разрушаться в присутствии кислорода, что называется окислением . Что такое окисление? Это просто означает реагировать с кислородом. А кислород очень реактивен, легко образуя соединения с большинством других элементов. Когда алюминий подвергается воздействию атмосферы, он быстро образует на поверхности слой оксида алюминия, и этот слой обеспечивает определенную степень защиты от дальнейшей коррозии.

Анодирование функционально и красиво

Но алюминий должен выдерживать не только чистый воздух и воду. Кислотные дожди, соленая вода и другие загрязняющие вещества могут по-прежнему использовать недостатки пассивации поверхности. Даже современные сплавы по-разному реагируют на это воздействие окружающей среды, начиная от простого обесцвечивания поверхности и вплоть до механического разрушения.

5. Как при анодировании металла добавляется цвет?

Цветной алюминий — это то, что большинство из нас представляет, когда думает об анодировании.Вот настоящая гениальность этого процесса. Красивые, стабильные поры, протравленные на поверхности, идеально подходят для введения красок или пигментов.

Пустые поры идеально подходят для добавления красителей.

Пигмент заполняет все пустые поры до самой поверхности, где он затем навсегда закрывается. Вот почему анодированные цвета такие долговечные — их нельзя поцарапать с поверхности, потому что на самом деле цвета находятся глубоко внутри и могут быть удалены только путем шлифовки подложки.

6.Почему анодированный алюминий всегда имеет характерный металлический блеск?

После окраски анодированный алюминий имеет характерный «металлический» вид. Это вызвано двумя факторами. Во-первых, из-за равномерного электрохимического травления остается шероховатая поверхность. Чем глубже поры, тем более шероховатой будет поверхность, но цвета также будут намного более стойкими.

Во-вторых, свет, падающий на поверхность, частично взаимодействует с красителем и частично с неокрашенным металлом наверху.

Свет меняет цвет, отражаясь от анодированной поверхности.

Таким образом, свет, который отражается и попадает в глаза, на самом деле представляет собой комбинацию двух различных длин волн, взаимодействующих при отражении от несколько разных поверхностей. Это обуславливает характерный блеск анодированного алюминия.

7. Можно ли анодировать материалы, отличные от алюминия?

Да. Анодирование также работает с магнием, титаном и даже с проводящими пластиками. Он недорог, надежен и чрезвычайно долговечен.Вот почему он так часто используется в архитектурной отделке, потому что он красив и почти невосприимчив к воздействию погодных условий.

8. Почему невозможно анодировать деталь целиком?

Анодирование требует погружения детали в ряд химических ванн. Для удержания детали на месте требуется, чтобы она была закреплена на какой-либо подвеске, чтобы она не упала на дно резервуара. Везде, где удерживающее приспособление касается детали, эта область будет заблокирована, и химические вещества для анодирования не будут работать должным образом.Вот почему разумно спроектировать место с вашей стороны, которое можно использовать для хранения, но которое не будет подвергаться неблагоприятному косметическому воздействию.

Подходит ли вам анодирование?

Когда вы свяжетесь с нами для получения бесплатного предложения и обзора проекта, мы сможем посоветовать множество различных услуг по отделке, которые мы предлагаем для быстрого прототипирования и мелкосерийного производства. Наши специалисты помогут вам найти решение, соответствующее вашему бюджету, времени выхода на рынок и желаемым результатам.Давайте начнем сегодня!

*Star Rapid выражает благодарность Engineerguy за использование некоторых иллюстраций в соответствии с лицензией Creative Commons Share Alike License 3.0.

Компании по анодированию алюминия | Услуги по анодированию алюминия

Тем не менее, анодирование может также применяться к таким металлам, как титан, где вместо этого оно будет называться анодированием титана.

Готовая продукция

В архитектуре производители используют этот процесс для повышения структурной стабильности и прочности таких элементов, как крыши, внешние панели и оконные рамы.В автомобильной промышленности анодирование алюминия используется в качестве защитного кожуха для открытых алюминиевых деталей в автомагазинах, а также для нанесения последних штрихов на такие компоненты автомобиля, как отделка салона. Далее, анодирование алюминия повышает прочность защитных внешних корпусов электроники, такой как спутники, mp3-плееры, камеры и многое другое.

Продукты питания и напитки, как коммерческие, так и бытовые, выигрывают от устойчивости анодированных кастрюль, сковородок и другой посуды и столовых приборов. Наконец, в промышленном производстве производители выполняют анодирование алюминия на заводском оборудовании, таком как конвейеры, электролитические конденсаторы и весы.

История

Анодирование началось в 1920-х годах. Сначала в 1923 году британские граждане Гай Данстан Бенгоу и Джон Макартур Стюарт получили патент США на свой метод анодирования. Позже британское правительство задокументировало этот метод отделки, названный процессом Бенго-Стюарта, в своих оборонных спецификациях. Они использовали его для создания антикоррозионного покрытия на гидросамолётах.

Также в 1923 году японцы запатентовали анодирование щавелевой кислотой. Они, а позже и немцы, использовали этот процесс отделки в архитектуре.Четыре года спустя Гауэр и О’Брайен запатентовали свой процесс сернокислотного анодирования.

Несколько десятилетий спустя, между 1960-ми и 1970-ми годами, строители начали активно использовать анодированный алюминий в своих архитектурных проектах. В те годы анодирование алюминия стало очень популярным. С тех пор строительные материалы из анодированного алюминия были заменены материалами с порошковым покрытием и пластиком. Тем не менее, анодирование алюминия по-прежнему популярно, и нам не терпится увидеть, куда производители приведут его в будущем.

Материалы

Существует множество областей применения, в которых используются неалюминиевые анодированные материалы. Примеры этих металлов включают титан, тантал, ниобий, цинк и магний.

Титан часто анодируют для улучшения ювелирных изделий и других декоративных предметов. Анодированный титан все чаще используется для изготовления обручальных колец, потому что он твердый и не вызывает аллергии.

Тантал — это материал, который после анодирования производители используют для изготовления конденсаторов и в декоративных целях.Производители могут манипулировать анодированным танталом, чтобы он отображал широкий спектр цветов. Они также могут контролировать толщину пленки, изменяя напряжение и температуру анодирования. Обычно толщина пленки анодированного тантала находится в диапазоне от 18 до 23 ангстрем на вольт.

Ниобий — еще один материал, который производители любят анодировать в декоративных целях. Анодированный ниобий – распространенный элемент памятных монет и украшений. Как и тантал, анодированный ниобий доступен в широком диапазоне цветов и толщины пленки.

Цинк — еще один металл, который сервисные службы анодируют альтернативными методами. Хотя они не часто анодируют его, когда они это делают, производители используют процесс, введенный Международной организацией по свинцу и цинку. Этот процесс создает оливково-зеленый, твердый и устойчивый к коррозии цинк.

Магний — это материал, который производители довольно регулярно анодируют. Производители могут запечатать его маслом, воском и подобными материалами. Анодированный магний популярен в качестве грунтовки под краску.

Описание процесса

Для анодирования алюминия производители могут использовать различные методы. Однако в целом процесс выглядит примерно так:

1. Сначала производители устанавливают ванну с электролитическим раствором. Они могут или не могут улучшить это с помощью красителей.

2. Далее берут металл типа алюминия и погружают в раствор электролита.

3. После погружения металла производители пропускают постоянный ток через раствор электролита, вызывая выделение кислорода и водорода.

4. Когда это происходит, кислород реагирует на поверхности алюминия, действуя как анод (положительный электрон), а водород реагирует на его поверхности как катод (отрицательный электрон). Эти реакции проявляются в виде накопления оксида алюминия (или другого оксида, если металл не алюминий).

Дизайн

При подготовке к анодированию детали или изделия производители думают о ряде аспектов применения, таких как желаемая толщина пленки, желаемая твердость пленки, желаемый цвет пленки и желаемые изменения металла.Исходя из этих соображений, производители могут принять решение о деталях процесса, таких как состав раствора/красителя, концентрация электролита, температура раствора, кислотность и текущее напряжение. Чтобы создать более толстые или твердые пленки, они будут использовать более слабые растворы в сочетании с более низкими температурами и более высокими напряжениями. Для производства более тонких или мягких пленок они будут делать противоположное.

Используемое оборудование

Производители используют ряд различных систем для анодирования материалов.Хотя они предлагают клиентам комплекты для анодирования, они чаще всего сами используют оборудование для анодирования, включая анодирующие выпрямители и контроллеры для анодирования.

Анодирующие выпрямители преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Производители используют этот постоянный ток для анодирования устойчивых к коррозии деталей. Это связано с тем, что при прохождении через конструкцию постоянный ток останавливает коррозию.

Контроллеры выпрямителя для анодирования представляют собой цифровые элементы управления, которые позволяют производителям тщательно управлять операциями анодирования.Они часто сочетаются с технологией ЧПУ и компьютерным программированием. С их помощью производители могут создавать анодированные детали и изделия с точными слоями и цветами.

Вариации и аналогичные процессы

Для анодирования алюминия производители используют один из трех основных процессов: анодирование хромовой кислотой (Тип I), анодирование серной кислотой (Тип II) и анодирование твердого покрытия серной кислотой, или твердое анодирование (Тип III).

Тип I — самый старый и наиболее часто используемый процесс анодирования.Чтобы заставить его работать, операторы сочетают химически активный металл с электролитическим процессом, в котором используется хромовая кислота. (Хромовая кислота представляет собой коррозионную окисляющую кислоту, которая совместима с большинством алюминиевых сплавов.) Они инициируют анодирование, присоединяя к обрабатываемому металлу анод, вырабатывающий кислород, а затем погружая металл в раствор электролита, через который проходит постоянный ток. На протяжении всего процесса производители увеличивают напряжение этого тока. Поскольку анод вырабатывает кислород, он создает оксидную пленку.

Тип I является хорошим вариантом для анодирования, но он уменьшает толщину алюминия только на 0,02–0,4 мила, что значительно меньше, чем скорость уменьшения, возможная для двух других типов. Кроме того, поскольку EPA (Агентство по охране окружающей среды) пометило выбросы хромовой кислоты как вредные для окружающей среды, возможность ее использования ограничена.

Типы II и III используют другой агрессивный раствор, раствор серной кислоты. Этот раствор кислоты, образованной из двуокиси серы, плотный и маслянистый.Оба процесса очень похожи, но различаются рабочей температурой и плотностью тока. Одним из примечательных подтипов анодирования типа II является светлое анодирование погружением.

Анодирование блестящим погружением — это процесс анодирования алюминия, в ходе которого производители придают алюминию блеск до различной степени блеска. Лучше всего работает с необработанным алюминием. Чем тверже производители покрытия из оксида алюминия позволяют наращивать его, тем ярче оно будет.

Анодирование алюминия типа III выполняется при более низких температурах и при более высокой плотности электрического тока, что приводит к увеличению анодного роста и более твердой поверхности.

Анодирование типов I, II и III — все процессы, которые можно применять только к алюминию и алюминиевым сплавам. Для анодирования неалюминиевых металлов производители могут использовать различные аналогичные процессы. Примеры включают хроматное конверсионное покрытие, прозрачное анодирование, цветное анодирование, черное анодирование, титановое анодирование и ряд специальных процедур анодирования.

Конверсионное хроматное покрытие в основном отличается от анодирования тем, что позволяет сохранить электропроводность алюминия, а не нейтрализовать ее.

Чаще всего в хроматном конверсионном покрытии используется либо шестивалентный, либо нешестивалентный хром. Химическое соединение шестивалентного хрома, которое содержит хром в состоянии +6-окисления, к сожалению, классифицируется EPA как канцероген для человека.

Чтобы избежать проблем, связанных с этой классификацией, многие производители используют нешестивалентный хром, экологически чистый альтернативный материал покрытия, который соответствует требованиям как Ограничения по использованию опасных веществ, так и директив Европейского Союза по утилизации автомобилей с истекшим сроком службы.

Прозрачное анодирование , наиболее распространенный тип анодирования, использует серную кислоту и добавляет в конце водяной затвор. Производители чаще всего выполняют прозрачное анодирование для автомобильных приложений.

Цветное анодирование — это процесс, который производители обычно используют для эстетических целей. Обычно они выполняют этот процесс после первоначального анодирования и герметизации изделия. Для создания таких цветов, как желтый, черный и белый, производители используют либо соли металлов, либо органические красители.

Органическое анодирование — это процесс анодирования, во время которого производители используют органические кислоты, такие как яблочная кислота, для анодирования покрытий. Производители должны быть очень осторожны и внимательны при использовании этого процесса. Это потому, что эти кислоты часто заставляют ток обращаться с алюминием с необычной агрессией. Такое лечение может привести к образованию ямок или рубцов.

Преимущества

Анодирование алюминия и связанные с ним процессы анодирования предлагают покупателям широкий спектр преимуществ.Во-первых, процесс анодирования алюминия оставляет после себя прочное покрытие, которое более долговечно, чем краска или даже гальваническое покрытие. Это связано с тем, что краска просто наносится поверх металла, а анодированное покрытие становится частью изделия. Во-вторых, на анодированную окраску не влияет ультрафиолет; он не исчезнет. Далее, анодирование алюминия является экологически чистой процедурой. Анодированные изделия подлежат вторичной переработке, и, в отличие от органических покрытий, анодированные покрытия не представляют опасности для окружающей среды.Кроме того, сам процесс анодирования не представляет опасности для человека. Еще одним преимуществом анодирования алюминия является его экономичность. Анодированные изделия недороги в изготовлении и являются отличным вложением средств. Наконец, анодированные изделия требуют минимального ухода, поскольку они не царапаются и на них не остаются отпечатки пальцев.

На что следует обратить внимание

Получите лучшие услуги по анодированию алюминия, связавшись с поставщиком высококачественных услуг.На этой странице вы найдете имена, профили и контактную информацию нескольких поставщиков анодирования алюминия, которых мы знаем и которым доверяем. Проверьте их, прокрутив вверх; вы найдете их между этими информационными абзацами.

Прежде чем ознакомиться с ними, мы рекомендуем вам уделить время составлению списка ваших спецификаций, требований, вопросов и опасений. Не забудьте указать такие вещи, как ваш бюджет, крайний срок проекта и ваши предпочтения по доставке. Кроме того, прежде чем соглашаться работать с кем-либо, убедитесь, что они знакомы и могут соответствовать стандартным требованиям вашей продукции.Если вы не уверены, каким стандартам должны соответствовать ваши анодированные продукты, проконсультируйтесь с лидерами отрасли. Они должны быть в состоянии дать вам совет.

После того, как вы составили свой список, просмотрите производителей, перечисленных на этой странице. Основываясь на том, какие из них предлагают услуги, наиболее соответствующие вашим требованиям, выберите три или четыре компании, с которыми вы хотели бы поговорить. Затем обратитесь к каждому из них, чтобы просмотреть свое приложение. После подробного обсуждения ваших потребностей с каждым из них, сравните и сопоставьте ваши разговоры.Подумайте, какая компания не только предлагает лучшие цены, но и предлагает лучшие услуги для вас. Наконец, выберите производителя, который подходит именно вам, и начните работу над своим проектом. Удачи!

Информационное видео об анодировании алюминия

Введение в анодирование алюминия — журнал Light Metal Age

Д-р Энн Дикон Юл, AluConsult и AnodizingSchool.

Примечание редактора: производители алюминия не всегда удовлетворены качеством поверхности анодированного экструзионного и листового проката, возвращаемого из их анодирующих установок.Анодированные продукты могут иметь пятнистую поверхность, вариации цвета или коррозионные язвы, что приводит к браку, увеличению стоимости и разочарованию. Поэтому очень важно, чтобы производители алюминия понимали основы процесса анодирования, чтобы эффективно взаимодействовать с их анодирующими установками. Эта серия статей познакомит вас с общим процессом анодирования, в том числе с тем, какие свойства возможны, какие из них подходят для конкретного продукта, и как алюминиевая компания может прийти к соглашению со своим анодировщиком по спецификациям, чтобы каждый раз гарантировать правильные результаты.

Анодирование – это электрохимический процесс, который утолщает естественный оксидный слой на поверхности алюминия. Увеличивая толщину оксидного слоя от нанометров до микронов, анодирование способно изменить свойства алюминиевого изделия, что приводит к повышению коррозионной стойкости, окрашиваемости и однородному внешнему виду. Изменяя свойства, анодирование делает алюминий более универсальным для других применений, таких как анодированный протез ноги, который не поцарапается при восхождении на гору и не повредится при плавании в море.

Существует несколько типов анодирования: анодирование хромовой кислотой (тип I), анодирование серной кислотой (тип II) и анодирование твердым покрытием (тип III). Для целей этой серии статей мы сосредоточимся на анодировании серной кислотой (SAA), также называемом анодированием типа II, поскольку это наиболее распространенный метод, который используется в 70% всех анодированных изделий.

Преимущества анодирования типа II Анодирование

обеспечивает ряд преимуществ для алюминия, повышая качество и универсальность продукта.Это включает в себя повышенную долговечность, превосходную эстетику и устойчивость.

Долговечность

Утолщенный оксидный слой почти такой же твердый, как алмаз, защищая относительно мягкий алюминиевый материал под ним. Поскольку анодное покрытие представляет собой преобразование поверхности алюминия в оксид алюминия, оно создает химическую связь с металлом. Поэтому поверхностный слой с меньшей вероятностью будет трескаться или отслаиваться. При правильной обработке большинство цветов, включенных в пористый слой, будут иметь высокий уровень устойчивости к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.

Эстетика

Обычно считается, что анодированный слой обеспечивает привлекательный внешний вид. Сама по себе поверхность анодирования прозрачна или «подобна стеклу», что придает вашему изделию высококачественную поверхность без необходимости окрашивания. Тем не менее, к анодированной поверхности можно добавить красивую гамму цветов. Это возможно, потому что анодированная поверхность является пористой, что позволяет красителям оседать в порах, создавая привлекательный, стойкий цвет.

Еще одним преимуществом анодирования является металлический внешний вид, подчеркивающий сам алюминий.Для сравнения, окрашенная поверхность может создать более пластиковый вид.

Устойчивое развитие

Анодирование является наиболее экологически безопасным процессом отделки поверхности, особенно при использовании сернокислотного анодирования и красок без содержания хрома. Защищая алюминиевую поверхность и предотвращая коррозию, анодирование продлевает срок службы алюминиевого изделия, тем самым снижая стоимость его жизненного цикла. Кроме того, анодированные продукты могут быть переработаны напрямую, в отличие от окрашенных, которые должны пройти процесс предварительной обработки для удаления краски и вредных химических веществ.

Процесс анодирования

Процесс анодирования состоит из нескольких этапов и может быть разделен на три этапа: предварительная обработка, анодирование и последующая обработка. Наиболее распространенный метод анодирования типа II показан на рисунке 1. Обратите внимание, что этап окрашивания является необязательным.

Рисунок 1. Этапы процесса анодирования типа II.

Фаза 1 – Предварительная обработка

Для подготовки алюминиевой поверхности к анодированию металл необходимо очистить.Наиболее распространенный процесс состоит из трех этапов — обезжиривания, травления и удаления мути. Обезжиривание означает удаление любых остатков с поверхности, вызванных прикосновением к материалу и его механической обработкой. Для лучшей практики анодизатор должен провести испытание на разрыв водой (неразрушающий метод измерения чистоты).

Травление включает в себя удаление линий штампа и других поверхностных дефектов в результате экструзии или других полуфабрикатных производственных процессов. Наиболее распространенный процесс травления – щелочной.После этого этапа обработки поверхность становится гладкой и имеет ровный вид.

В процессе травления некоторые сплавы образуют на своей поверхности черную сажу. Таким образом, последним этапом процесса предварительной обработки является обесцвечивание, при котором удаляется копоть и подготавливается алюминиевая поверхность к кислотному анодному раствору.

Этап 2 – Анодирование

При анодировании типа II алюминий погружают в емкость с электролитом, состоящим из серной кислоты и воды.В резервуаре электрический ток формирует анодную пленку на поверхности алюминия, тем самым формируя более толстый слой искусственного оксида с пористой структурой. То, что происходит в ванне для анодирования, меняет свойства конечного продукта.

Поэтому, чтобы анодированные детали соответствовали требованиям к продукту, важно обсудить желаемые свойства с анодировщиком и создать спецификации для продукта. В более поздней статье этой серии будут обсуждаться изменения, которые можно выполнить на этапе анодирования, чтобы изменить свойства алюминия в соответствии с этими спецификациями.

Фаза 3 – Последующая обработка

На этом этапе процесса анодирования поверхность алюминия имеет пористую оксидную структуру. Пористая структура похожа на губку, которая может впитывать различные материалы, изменяя свойства поверхности. Например, пористую поверхность можно заполнить частицами клея, чтобы сделать ее липкой. Точно так же можно добавить цветные красители, чтобы изменить внешний вид. Наконец, алюминий герметизируется, что закрывает пористую структуру для создания максимальной защиты конечного покрытия.

Важным и недооцененным этапом процесса является промывка. Это следует делать неоднократно в течение всего процесса анодирования, чтобы обеспечить постоянную чистоту поверхности и, таким образом, безупречный результат анодирования алюминиевого изделия.

Микроструктура сплава и ее влияние на анодирование

Помимо процесса анодирования, большое влияние на результат анодирования оказывает сам алюминиевый сплав. Поскольку анодный слой прозрачен, то, что вы видите на поверхности до анодирования, вы увидите и после анодирования.Поэтому важно понимать, как сплав может повлиять на результаты процесса анодирования.

Рис. 2. Верхнее изображение показывает очень мелкозернистую микроструктуру, а нижнее изображение — очень крупнозернистую. Оба изображения обнаружены на одной и той же алюминиевой детали, изготовленной из алюминиевого сплава EN AW 6061.

Во избежание изменения внешнего вида поверхности алюминий следует измерять с помощью прибора для измерения проводимости или под микроскопом. Например, на рис. 2 показаны микрофотографии алюминиевой детали EN AW 6061.Хотя оба изображения взяты из одной и той же детали, микроструктура на каждом из них отличается, что в конечном итоге приведет к разному внешнему виду детали из анодированного алюминия.

Имейте в виду, что микроструктура может различаться не только от детали к детали, но даже в пределах одного и того же алюминиевого изделия. Это может быть вызвано механической обработкой или сваркой деталей, что может привести к возникновению различных микроструктур в одной и той же алюминиевой детали. Другими словами, узнайте об истории металлургии ваших алюминиевых деталей и о том, как это может повлиять на процесс анодирования и отделку поверхности.

Приведу пример из жизни: в 2014 году дизайнерская компания Vitra хотела выпустить стул Landi (разработанный в 1938 году Хансом Кораем). Классический стул войдет в историю как один из первых полностью алюминиевых уличных стульев. Тем не менее, Vitra столкнулась с трудностями в достижении высокого качества и эстетического стандарта, которым славится их дизайн. В частности, погнутый подлокотник доставил команде много головной боли (рис. 3), так как он показал зернистую структуру на алюминиевой поверхности.

Рис. 3. Изогнутый подлокотник алюминиевого стула с зернистой структурой на анодированной поверхности.

Витра почти разочаровалась в кресле Лэнди, когда они обратились за консультацией. После трех месяцев тестирования и анализа детали, а затем дальнейшего анализа на месте, мы с Vitra смогли определить, что проблема заключалась в микроструктуре алюминиевого подлокотника кресла. Зная это, анодировщик смог изменить этап предварительной обработки, чтобы он соответствовал требованиям этого конкретного алюминиевого сплава.Таким образом, компания смогла добиться высокого качества поверхности, необходимой для ее алюминиевого стула.

Заключение

Крайне важно, чтобы производители алюминия и конечные пользователи улучшали и поддерживали связь со своими анодировщиками, чтобы добиться желаемой отделки поверхности. Во-первых, определитесь со свойствами, которых хотят добиться от поверхности (внешний вид, стойкость, универсальность и т. д.). Во-вторых, определите общие свойства, которые необходимы алюминиевому компоненту (прочность, обрабатываемость, свариваемость и т. д.).). Сообщите своему анодатору эти желаемые свойства и согласуйте спецификации процесса и способы обеспечения точных результатов. Другими словами, сначала подумайте о свойствах поверхности, а потом уже о свойствах продукта. В следующих статьях этой серии (доступных по печатной или цифровой подписке) будет более подробно рассказано о том, как этого добиться, путем предоставления дополнительной информации о каждом из этапов процесса.


Примечание редактора: Эта статья впервые появилась в выпуске журнала Light Metal Age за апрель 2021 года.Чтобы получать текущий выпуск, подпишитесь.

Руководство по проектированию и применению для анодирования алюминия

Время прочтения: 9 мин.

Анодирование является одним из наиболее распространенных вариантов обработки поверхности алюминия с ЧПУ. Мы, наверное, все видели анодированные детали, используемые в различных приложениях, от некоторых iPhone и iPod от Apple до звездочек на мотоциклах и картах. В этой статье вы ознакомитесь с соображениями дизайна, а также с приложениями для анодирования.

Хотя мы можем анодировать и другие материалы, в этой статье мы сосредоточимся на алюминии, поскольку он очень широко используется и занимает большую долю рынка анодированных деталей. Этот процесс хорошо подходит для алюминиевых деталей, изготовленных с помощью различных производственных процессов, таких как обработка на станках с ЧПУ, литье и формование листа.

В этой статье мы будем ссылаться на военную спецификацию MIL-A-8625 для получения многих технических деталей. Это общая спецификация, используемая во многих отраслях, но полезно проверить наличие других требований, которые могут определять другую спецификацию.

Введение в анодирование

Анодирование представляет собой процесс, при котором поверхность металла превращается в оксидный слой с помощью электролитического процесса. Этот процесс увеличивает толщину слоя естественного оксида, чтобы повысить долговечность деталей, адгезию краски, внешний вид компонентов и коррозионную стойкость. На изображении ниже показаны несколько деталей, которые были анодированы, а затем окрашены в разные цвета.

В процессе используется кислотная ванна и электрический ток для создания этого анодного слоя на основном металле.Проще говоря, мы создаем контролируемый и прочный оксидный слой на нашем компоненте вместо того, чтобы полагаться на тонкий оксидный слой, который создастся сам. Это похоже на воронение, паркеризацию, пассивирование и другие виды обработки поверхности сталей, которые используются для повышения коррозионной стойкости и упрочнения поверхности.

Возможно, вы заметили, что ржавчина — это тоже оксид, так почему же мы намеренно «ржавеем» металлические детали? Что ж, оксид не всегда плох, если он имеет контролируемый и, в случае сталей, правильный состав.

Типы анодирования

Как я упоминал ранее, эта статья будет ссылаться на MIL-A-8625, чтобы соответствовать отраслевым спецификациям. В этой спецификации есть три типа и два класса анодирования. Три типа:

Тип I

Тип I и IB – Анодирование хромовой кислотой

Тип IC – Анодирование без хромовой кислоты в качестве замены типа I и IB

Тип II

Тип II – Обычное покрытие из ванны с серной кислотой

Тип IIB – бесхроматная альтернатива покрытиям типа I и IB

Тип III

Тип III – твердое анодирование

Каждый тип анодирования используется по определенной причине.Некоторые из этих причин:

  • Типы I, IB и II используются для коррозионной стойкости и некоторой степени стойкости к истиранию. Для применений, критичных к усталости, используются типы I и IB, поскольку они представляют собой более тонкое покрытие. Одним из примеров этого являются сильно утомленные конструкционные компоненты самолетов.
  • Типы IC и IIB используются, когда для I и IB требуется бесхроматная альтернатива. Это часто является результатом экологических норм или требований. При разработке систем в оборонной промышленности новые контракты часто требовали экологически чистых вариантов (тип IC и IIB) из-за наличия шестивалентного хрома в типах I и IB.Тем не менее, можно получить отказы, если это требуется из-за сложности геометрии и обширных усилий по переквалификации.
  • Тип III используется в первую очередь с повышенной стойкостью к истиранию и износу. Это гораздо более толстое покрытие, поэтому оно превосходит другие типы в отношении истирания и износа. Однако это покрытие может снизить усталостную долговечность. Анодирование типа III часто используется для компонентов огнестрельного оружия, шестерен, клапанов и многих других компонентов, которые будут скользить относительно друг друга.

Все типы могут улучшить адгезию красок и некоторых других связующих веществ по сравнению с чистым алюминием.В дополнение к процессу анодирования некоторые детали могут быть окрашены, загерметизированы или обработаны другими материалами, такими как сухая смазка. Если деталь должна быть окрашена, она считается классом 2, тогда как неокрашенная деталь относится к классу 1. 

Эти факторы, а также другие факторы будут более подробно затронуты ниже.

5 Соображения по проектированию

К этому моменту вы, вероятно, уже поняли, что есть некоторые ключевые элементы, которые необходимо учитывать при проектировании деталей, подлежащих анодированию. Их легко не заметить (и часто так бывает) в мире дизайна.Однако знание этой информации и обмен ею помогут вам в работе с анодированными деталями.

1. Размеры

Первый фактор, который необходимо учитывать, — это изменение размеров, связанное с анодированием компонентов. На чертеже инженер или дизайнер может указать, что размеры применяются после обработки, чтобы компенсировать это изменение, но с быстрыми прототипами у нас редко есть чертеж, особенно если мы пользуемся услугой быстрой обработки, которая опирается на твердое тело. модели.

При анодировании детали поверхности имеют тенденцию «расти». Когда я говорю «расти», я имею в виду, что внешние диаметры будут увеличиваться, а отверстия уменьшаться. Это связано с тем, что анодный слой растет как внутрь, так и наружу от поверхности детали по мере накопления оксида алюминия.

Размерный рост можно оценить примерно на 50% от общей толщины анодного слоя. В приведенной ниже таблице указан диапазон толщины различных типов покрытий в соответствии с MIL-A-8625.

Толщина зависит от конкретного используемого сплава и контроля процесса.Если разработчик озабочен контролем над ростом высокоточного элемента, может потребоваться его замаскировать. В некоторых случаях, таких как толстые покрытия типа III, детали могут быть притерты или отшлифованы до конечного размера, но это увеличит стоимость.

Другим аспектом размеров являются радиусы кромок и внутренних углов, поскольку анодные покрытия плохо формируются на острых углах. Это особенно верно для покрытий типа III, где MIL-A-8625 предлагает следующие радиусы скругления углов для заданной толщины типа III:01-.02 может быть достаточно, но лучше проконсультироваться в цехе анодирования, чтобы убедиться в этом.

2. Износостойкость

Учитывая повышенную твердость анодного слоя, мы знаем, что увеличивается твердость поверхности. Обычно твердость покрытия не указывается из-за взаимодействия между более мягким основным металлом и твердым анодным слоем. MIL-A-8625 определяет тест на стойкость к истиранию для решения этих проблем.

Для справки, однако, алюминиевый сплав 2024 имеет твердость в диапазоне 60-70 по шкале Роквелла B , где твердость анодированного покрытия типа III составляет 60-70 единиц по шкале Роквелла C .На изображении ниже показан один из моих зажимов с ЧПУ, анодированный и окрашенный в красный цвет.

A Прижимной зажим с ЧПУ, анодированный и окрашенный в красный цвет

Поверхности почти не изнашиваются, несмотря на жесткое прижатие твердой древесины, инженерных пластиков и неферритных металлов в условиях высокой вибрации.

3. Добавление цвета красителями

Как мы видели выше, анодированные покрытия можно окрашивать. Это может быть сделано по разным причинам, таким как эстетика, уменьшение рассеянного света в оптических системах и контраст/идентификация деталей в сборках.

Когда дело доходит до анодирования краской, также важно согласовать ожидания с цехом, который собирается анодировать детали. Вот некоторые проблемы, которые необходимо обсудить с вашими поставщиками:

  • Соответствие цвета — может быть трудно добиться точного совпадения цвета анодированных деталей, особенно если они не все обрабатываются в одной партии. Если сборка состоит из нескольких анодированных деталей одного цвета, потребуются специальные средства контроля.
  • Выцветание — анодированные покрытия, подвергающиеся воздействию УФ-излучения и/или тепла, могут выцветать.Органические красители будут затронуты сильнее, чем неорганические, но многие цвета требуют органических красителей.
  • Чувствительность к красителю — не все типы анодирования и покрытия хорошо впитывают краску. Анодирование типа I будет иметь проблемы с достижением истинного черного цвета из-за того, насколько тонкое покрытие. Часто деталь будет казаться серой, несмотря на черную краску, поэтому цветная краска может быть не очень практичной без специальной обработки. Твердое покрытие типа III может также выглядеть темно-серым или черным на некоторых сплавах, когда покрытие имеет большую толщину, и выбор цвета будет ограничен.Некоторые более тонкие покрытия типа III могут принимать несколько цветов, но если эстетика является основным фактором, тип II является лучшим выбором для цветовых вариантов.

Эти списки не претендуют на то, чтобы быть исчерпывающими, но они должны дать вам отличный старт для изготовления нужных вам деталей с первого раза.

4. Проводимость

Анодные слои являются хорошими изоляторами, несмотря на проводимость основного металла. По этой причине может потребоваться нанести прозрачное химическое конверсионное покрытие и замаскировать определенные области, если необходимо заземлить шасси или компонент.

Обычный способ определить, является ли алюминиевая деталь анодированной, заключается в проверке электропроводности поверхности с помощью цифрового мультиметра. Если деталь не анодирована, она, скорее всего, будет проводящей и будет давать очень низкое сопротивление.

5. Комбинированные покрытия

Анодированные детали также могут подвергаться вторичной обработке для покрытия или обработки анодированной поверхности для улучшения свойств. Некоторые распространенные дополнения к анодному покрытию:

  • Краска — анодные покрытия можно окрашивать для получения определенных цветов, которые невозможно получить с помощью красителей, или для дальнейшего повышения коррозионной стойкости.
  • Тефлоновая пропитка — твердые покрытия типа III могут быть пропитаны тефлоном для снижения коэффициента трения по сравнению с чистым анодированием. Это может быть сделано в полостях пресс-формы, а также в скользящих/соприкасающихся компонентах.

Существуют и другие процессы, которые можно применять для изменения свойств анодных покрытий, но они менее распространены и, скорее всего, потребуют специализированного поставщика. Если у вас есть особые потребности, лучше всего обратиться к специалисту по покрытиям.

Общие области применения

Анодные покрытия имеют широкий спектр применения, как мы видели в этой статье.Наиболее распространен, вероятно, для эстетики из-за возможности окрашивания этих компонентов.

Флэш-накопители, анодированные и окрашенные

Мы видим, что верхний флэш-накопитель относится к классу 1 (неокрашенный), поэтому анодное покрытие выглядит чистым, а цвет почти такой же, как у основного сплава, а нижний окрашен в синий цвет. . В другом примере мы видим резьбовой переходник, анодированный и окрашенный в черный цвет.

Резьбовой переходник, анодированный и окрашенный в черный цвет

Это покрытие далеко не так износостойко, как прижимные зажимы выше, что указывает на то, что это может быть более тонкий тип II, или управление процессом было плохим.В третьем примере у нас есть несколько анодированных радиаторов.

Анодированные радиаторы

Анодированные покрытия могут повысить эффективность радиатора за счет увеличения коэффициента излучения поверхности на порядок по сравнению с голым алюминием, что улучшает теплопередачу излучением.

В последнем примере ниже мы видим матовый черный клапан с относительно качественным анодным слоем. На сегодняшний день деталь не имеет признаков износа. Еще одной интересной характеристикой детали ниже является лазерная гравировка, которая позволяет логотипу контрастировать с остальной частью компонента.Обычно протравливают анодный слой, а не печатают на поверхности детали. Это может быть сделано для увеличения долговечности логотипа или для экономии средств и технологических операций.

Матово-черный вентиль с довольно качественным анодированным слоем

Несмотря на то, что это широкий спектр примеров, он все еще не охватывает многочисленные области применения анодированных деталей. Если у вас есть алюминиевая деталь и вам нужна защита от коррозии или эстетические улучшения, я рекомендую вам изучить процесс анодирования.

Основные предупреждения

Как и в любом другом процессе, существуют некоторые предупреждения, которые необходимо обсудить или резюмировать из приведенной выше информации. Этот список не является исчерпывающим, но он затрагивает основные аспекты проектирования деталей для анодирования.

  • Толстые анодные покрытия могут снизить усталостную долговечность компонентов, особенно если они включают процессы типа III.
  • Геометрические изменения необходимо учитывать для любых частей, которые будут анодированы. Это критично для процессов типа II и III, но может не требоваться для некоторых процессов типа I.
  • Сопоставление цветов может быть затруднено при работе с несколькими партиями и очень сложно при работе с разными поставщиками.
  • Для полной защиты от коррозии может потребоваться герметизация пор анодного слоя.
  • Стойкость к истиранию твердых покрытий типа III, вероятно, упадет, когда толщина приблизится к 0,003 дюйма и превысит ее.
  • Различные сплавы могут по-разному реагировать на процесс анодирования. Например, сплавы с содержанием меди более 2 % обычно менее износостойкие при проведении испытаний MIL Spec для покрытий типа III по сравнению с другими сплавами.Другими словами, твердое покрытие типа III на алюминии серии 2000 и некоторых сплавах серии 7000 не будет таким износостойким, как 6061 с твердым покрытием. Проконсультируйтесь с вашим поставщиком, чтобы получить его отзывы, если есть какие-либо проблемы с используемым сплавом.

Основные выводы

Анодирование — отличный вариант обработки поверхности для придания коррозионной стойкости и износостойкости, и его применение выходит далеко за рамки этого. Мы можем использовать анодирование для улучшения адгезии краски, обеспечения хорошей поверхности для пропитки и улучшения других качеств поверхности.

Кроме того, этот процесс может привести к улучшению эстетики. При соблюдении ключевых факторов, упомянутых в этой статье, добавление процесса анодирования к вашим компонентам должно быть простым в реализации.

Что такое анодирование? – ARCOR Epoxy Technologies

Что такое анодирование?

Покрытие из оксида алюминия выращивают из алюминия путем пропускания электрического тока через ванну с кислым электролитом, в которую погружен алюминий.Толщина покрытия и характеристики поверхности строго контролируются, чтобы соответствовать спецификациям конечного продукта.

Это электрохимический процесс, который сгущает и делает более жестким естественный защитный оксид. Полученная отделка, в зависимости от процесса, является вторым самым твердым веществом, известным человеку, уступающим только алмазу. Анодное покрытие является частью металла, но имеет пористую структуру, которая допускает вторичные воздействия (например, органические и неорганические красители, смазывающие вещества и т. д.).)

Какова цель анодирования?

Целью анодирования является формирование слоя оксида алюминия, который защитит находящийся под ним алюминий. Слой оксида алюминия обладает гораздо более высокой устойчивостью к коррозии и истиранию, чем алюминий. Существуют некоторые типы анодирования, при которых образуется пористый оксидный слой, который можно окрашивать органическими красителями или металлическими пигментами, придающими алюминию декоративный и защитный вид.

Анодирование защитит алюминиевые детали, сделав поверхность намного тверже, чем натуральный алюминий.Оксид алюминия вырастает из поверхности при анодировании и затем превращается в чрезвычайно твердый гидрат алюминия. Пористая природа анодированного слоя позволяет окрашивать изделие в любой требуемый цвет. Анодирование типа II (комнатная температура) дает анодированный слой от 0,0002 до 0,001 дюйма (половина которого врастает в поверхность, а половина выходит за пределы поверхности). Анодированные детали станут немного больше примерно на 0,0005″.

Анодирование типа III (твердое покрытие) выполняется при гораздо более низких температурах и при более высоких плотностях тока и может достигать толщины 0,05 мм.002″. Анодированные поверхности типа III обычно могут быть окрашены только в черный или темно-зеленый цвет из-за более плотного размера пор.

«Твердое анодирование — это электрохимический процесс, который упрочняет поверхность алюминия. (Твердоанодированный алюминий на 30% тверже нержавеющей стали). Во время твердого анодирования алюминий погружают в кислотную ванну, а затем подвергают электрическому заряду. В результате происходит химическая реакция, при которой поверхность алюминия соединяется с кислородом, превращаясь в оксид алюминия.Эта реакция также известна как окисление, процесс, который происходит самопроизвольно в природе. Твердое анодирование – это фактически контролируемое, ускоренное окисление.

Они используют этот процесс на алюминии, используемом на спутниках, чтобы защитить их от суровых условий космоса! Твердое анодирование оставляет практически непористую поверхность. Отлично работает на наших «антипригарных» кастрюлях, сковородках, решетках для барбекю и т. д., но не на чем-то, что мы пытаемся покрасить. Те из нас, кто готовит вилкой, знают, насколько прочны сковороды. Странно то, что посудомоечная машина больше всего испортит «сковороду с антипригарным покрытием с тефлоновым покрытием».(прежде, чем вы спросите, я не знаю, как они добавляют тефлон в процессе твердого анодирования, это нужно спросить у белых халатов. Я режу, свариваю и крашу, но не в лаборатории.)

могу сделать поверхность алюминия 30-35 баллов от твердости алмаза. Напильником не разрежешь. Твердость по Роквеллу примерно 65-70. Это одна из причин, по которой она используется во многих важных областях».

Она дешевле, чем нержавеющая сталь. Он работает в два раза быстрее и весит меньше.Это позволяет сэкономить на доставке. «И это более долговечно, чем твердое хромирование, потому что покрытие является неотъемлемой частью детали, а не только детали

Анодирование — это процесс, при котором алюминий превращается в его оксид. Оксид толще потребляемого алюминия, что означает изменение размера анодированной детали. Величина изменения будет зависеть от условий процесса анодирования (температура, плотность тока и т. д.) и сплава. При номинальных условиях анодирования типа II эмпирическое правило: 2/3 на 1/3 снаружи; например, покрытие, которое равно 0.Толщина 6 мил будет потреблять 0,4 мил алюминия. В условиях анодирования с твердым покрытием (тип III) соотношение изменяется до ½ на ½ на выходе. Имейте в виду, что при расчете усадки отверстия вы должны удвоить приведенные значения, поскольку отверстие имеет две стороны, например, уменьшение диаметра отверстия для покрытия типа II толщиной 0,6 мил будет (1/3 от 0,6 мил) x 2 = 0,4 мил. Другим примером для рассмотрения является уменьшение отверстий в покрытии типа III толщиной 1,5 мила (1/2 от 1,5 мила) x 2 = 1,5 мила.

Анодирование твердым покрытием не следует путать с сернокислым анодированием, при котором на поверхность алюминия наносится очень тонкий слой оксида алюминия.Твердое анодирование требует процесса электролиза, при котором образуется плотный слой оксида алюминия как на поверхности алюминия, так и внутри нее. Толщина этого твердоанодированного покрытия колеблется от 1 до 3 мил и более. (Более толстые покрытия могут гореть, трескаться или иметь порошкообразный вид.) Толщина покрытия зависит от плотности тока, времени нахождения в растворе, температуры, состава сплава и самого раствора, поставляемого SIC Technologies.

Свойства твердых анодно-оксидных покрытий

Твердость.Характеристики износа выгодно отличаются от твердой инструментальной стали при низких нагрузках. Испытания на микротвердость твердоанодированного алюминия обычно дают значения 500-530VPN. Это число относится к весу, необходимому алмазному индентору для создания вмятины в покрытии.

Микротвердость практически не зависит от толщины покрытия, до 1,5 мил. Алюминиевое покрытие с твердостью 450 ВПН имеет такие же характеристики износа, как и инструментальная сталь, микротвердость которой в два раза выше, чем у алюминиевых твердых покрытий.

Износостойкость. Износостойкость измеряется весом абразива, необходимого для того, чтобы струя с регулируемым давлением прошла сквозь покрытие. Твердые покрытия демонстрируют износостойкость, более чем в 10 раз превышающую износостойкость обычного анодированного алюминия. В стандартном испытании на истирание по Таберу твердоанодированный алюминий продемонстрировал лишь половину износа, по сравнению с закаленной цианидом сталью после 50 000 циклов. Когда испытание было расширено до 100 000 циклов, поверхности из стали 4130, низкоуглеродистой и хромированной стали показали больший износ, чем твердый анодированный алюминий (см.2).

Внешний вид. По мере увеличения толщины покрытия цвет изменяется от бесцветного до светло-коричневого на чистом алюминии при толщине 1-5 мил. Сплавы различаются по цвету в зависимости от состава сплава, обычно от желтовато-коричневого до угольно-черного для толщины 1-3 мил.

Однородность. В процессе твердого анодирования покрытие повторяет контур детали. Твердое покрытие накапливается в отверстиях до такой же толщины, как и на внешней стороне детали. Это позволяет точно контролировать очень жесткие допуски в критических приложениях.

Теплостойкость. Инертная природа анодного покрытия обеспечивает превосходную термостойкость. Детали с твердым анодированием не проявляют никаких изменений после кратковременного воздействия температур до 2000°C. Хотя толщина покрытия не является основным фактором термостойкости, воздействие прямого пламени показало, что более толстые покрытия обеспечивают более длительный срок службы открытой детали. Шероховатость поверхности, которая увеличивается в зависимости от индивидуальных применений, толщины сплава и покрытия, можно отшлифовать до гладкости. Благодаря отличной рассеивающей способности процесса можно эффективно покрывать детали необычной формы.

Тепловые свойства. Твердоанодированные покрытия обладают низкой теплопроводностью и малым расширением. Поршни для двигателей внутреннего сгорания имеют твердое анодирование, чтобы свести к минимуму величину теплового расширения по отношению к возможному тепловому расширению блока цилиндров.

Электрические свойства. Оксид алюминия и его сплавы могут использоваться в качестве электрических изоляторов. Высокая термостойкость покрытия позволяет работать до 500°С. Анодные покрытия обычно демонстрируют напряжение пробоя 2000-3000 В/мил, диэлектрическую проницаемость 7.4-7,6 и удельное сопротивление от 1014 Ом·см до 200С. Это удельное сопротивление того же порядка, что и у стекла и фарфора.

Эти свойства делают покрытие превосходной изоляцией для монтажа электронных компонентов.

Смазывающая способность. Любая твердоанодированная поверхность обладает высокой степенью смазывающей способности. В некоторых случаях поверхности с твердым анодированием могут работать с другими поверхностями с твердым анодированием без смазки. Твердоанодированные алюминиевые поверхности, пропитанные твердыми смазочными материалами, такими как ПТФЭ, имеют еще более низкий коэффициент трения.

FWA предлагает вакуумную пропитку литья под давлением и литья в песчаные формы. Вакуумная пропитка — это способ герметизации пористости в отливке, поскольку необработанная пористость может привести к утечкам жидкости и газа, дефектам покрытия, сокращению срока службы станков и высокому коэффициенту брака.

При вакуумной пропитке используется вакуумная система для удаления воздуха и летучих веществ из пористости отливок. После создания вакуума в поры отливки втягивается жидкий герметик, создавая герметичное уплотнение.Пропитка является самым быстрым и эффективным методом устранения пористости и внутренней коррозии металлических отливок, поковок, деталей из порошкового металла и пластмасс. FWA утверждает, что с помощью этого метода может восстановить до 95% брака. Компания использует как сухие (вакуум и давление), так и мокрые (только вакуум) процессы.

Решение вашей проблемы может быть применено в любом количестве ситуаций, связанных с прилипанием связующих или органических покрытий (красок) к анодированному алюминию. Анодирование может быть отличной поверхностью для этих применений, но анодирование должно выполняться с учетом этого.Решение вашей проблемы предполагает метод промывки и герметизации анодного оксида после анодирования.

Довольно часто анодные покрытия наносят на так называемые «фирменные» растворы, содержащие определенные смачивающие вещества (ПАВ). Это делается в первую очередь для предотвращения образования нагара на поверхности детали. Грязь портит внешний вид продукта и делает его грязным или мутным. Если известно, что анодное покрытие будет использоваться в качестве основы для краски или что будут использоваться клеи (например, герметизация окон в архитектуре), анодированные детали могут быть герметизированы либо в близкой к кипению деионизированная (DI) вода или разбавленный раствор имеющегося в продаже ацетата никеля.В этом случае также допускается герметизация фтористым никелем комнатной температуры. Все три метода не содержат поверхностно-активных веществ. Также полезно, если детали можно тщательно промыть чистой деионизированной водой до и после этапа герметизации. Это даст чистую, «нескользкую» поверхность (без смачивающих веществ), к которой будут приклеиваться краска и большинство клеев. (Анодированный алюминий, подлежащий окраске, иногда вообще не герметизируют.) Также было бы целесообразно загрунтовать анодированную поверхность перед нанесением клея, протерев ее легколетучим растворителем, таким как метилэтилкетон (МЭК) или ацетон, чтобы удалить все загрязнения. грязь, отпечатки пальцев и другие возможные загрязнения.

Электрохимическая энциклопедия. Анодирование

Вернуться к: Домашняя страница энциклопедии – Содержание – Авторский указатель – Предметный указатель – Поиск – Словарь – Домашняя страница ESTIR – Домашняя страница ЭКС

АНОДИРОВАНИЕ

Robert S. Alwitt
Boundary Technologies, Inc.
Northbrook, IL 60065-0622, USA

(декабрь 2002 г.)

 

Оксидную пленку можно вырастить на некоторых металлах — алюминии, ниобии, тантале, титане, вольфраме, цирконии — с помощью электрохимического процесса, называемого анодированием.Для каждого из этих металлов существуют технологические условия, которые способствуют росту тонкого, плотного, барьерного оксида одинаковой толщины. Толщина этого слоя и его свойства сильно различаются в зависимости от металла, и только пленки алюминия и тантала (а в последнее время и ниобия) имеют существенное коммерческое и технологическое значение в качестве конденсаторных диэлектриков . Среди этих металлов алюминий уникален тем, что в дополнение к тонкому барьерному оксиду при анодировании алюминиевых сплавов в определенных кислых электролитах образуется толстое оксидное покрытие, содержащее микроскопические поры высокой плотности.Это покрытие имеет разнообразные и важные применения, включая архитектурную отделку, предотвращение коррозии автомобильных и аэрокосмических конструкций, а также электрическую изоляцию. На самом деле именно это пористое покрытие чаще всего считают продуктом анодирования. Поскольку на алюминии можно выращивать как барьерные, так и пористые оксиды, мы будем использовать этот металл для большинства примеров в последующем обсуждении. Те же принципы справедливы и для роста барьерного оксида на других металлах.

В ячейке для анодирования алюминиевая заготовка становится анодом, подключая ее к положительной клемме источника питания постоянного тока. Катод подключается к отрицательной клемме источника питания. Катод представляет собой пластину или стержень из углерода , свинца, никеля, нержавеющей стали – любого электронного проводника, нереакционноспособного (инертного) в ванне анодирования. Когда цепь замкнута, электроны отрываются от металла на положительном выводе, позволяя ионам на поверхности металла вступать в реакцию с водой с образованием оксидного слоя на металле.Электроны возвращаются в ванну на катоде, где они реагируют с ионами водорода, образуя газообразный водород. (См. Приложение о химических реакциях, происходящих во время этого процесса.)

Выбирают электролиты ванн, в которых оксид нерастворим или растворяется медленнее, чем осаждается, а затем растет прилипший оксидный слой. Состав ванны является основным фактором, определяющим, будет ли пленка барьерной или пористой. Барьерный оксид растет в почти нейтральных растворах, в которых оксид алюминия трудно растворим, чаще всего в композициях бората аммония, фосфата или тартрата.Пористый оксид растет в кислых электролитах, в которых оксид может не только осаждаться, но и растворяться. Наиболее широко используемая ванна представляет собой разбавленную серную кислоту, обычно с концентрацией около 1 моля или 10 весовых процентов. Другие ванны, используемые для конкретных целей, изготавливаются из щавелевой или фосфорной кислоты.

Барьерные оксиды

Рис. 1. Эскиз, иллюстрирующий транспорт ионов через оксидную пленку.
Металлы, поддающиеся анодированию, также легко реагируют (окисляются) с кислородом воздуха, так что в условиях окружающей среды их поверхность всегда покрыта тонкой оксидной пленкой.Детали структуры и состава пленки зависят от истории воздействия окружающей атмосферы, но на алюминии рядом с металлом всегда имеется барьерный оксидный слой толщиной 2-3 нм. Барьерный оксид стабилизирует поверхность от дальнейших реакций с окружающей средой и является отличным электрическим изолятором. Когда кусок алюминия, покрытый этим оксидом, используется в качестве анода в электролитической ячейке, содержащей, скажем, боратный электролит, значительный ток не течет до тех пор, пока напряжение не поднимется до 1–2 вольт.Этот оксид поддерживает электрическое поле (вольт/толщина) порядка 1 В/нм, действительно очень сильное поле. Если бы это был электронный ток, то вода окислялась бы с выделением кислорода. Но выделения кислорода не видно – его не происходит, потому что оксид блокирует электроны, движущиеся в направлении от электролита к металлу. Напряжение на оксиде можно увеличивать, не вызывая протекания тока, до тех пор, пока поле в оксиде не станет достаточно большим, чтобы пропускать ионы алюминия и кислорода через оксид.Ток через оксид представляет собой ионный ток, и эти ионы вступают в реакцию, образуя оксидный слой. Процесс высокопольной ионной проводимости занимает центральное место в анодировании. Оксидные анионы движутся внутрь, реагируя с алюминием на границе раздела металл/оксид с образованием оксида. Катионы алюминия выходят из металла и реагируют с водой на границе раздела оксид/электролит с образованием оксида на этой поверхности. На катоде цепь завершается восстановлением ионов водорода до газообразного водорода. Новые оксидные отложения на обеих границах оксида, как показано на рисунке 1.(Химические реакции, происходящие во время этого процесса, см. в Приложении.) Скорость загустевания оксида пропорциональна плотности тока (А/см 2 ). Поле в оксиде не меняется с толщиной оксида и слабо зависит от плотности тока и температуры. По мере утолщения оксида напряжение на оксиде пропорционально увеличивается, и при комнатной температуре отношение толщина/напряжение близко к 1,2 нм/В. Толщина очень однородна по всей поверхности, потому что везде падение напряжения должно быть одинаковым.

Для каждого состава ванны и температуры существует максимальное напряжение, которое может поддерживаться до того, как произойдет пробой. При пробое происходят реакции, отличные от роста оксида: выделение кислорода, окисление растворенного вещества или искрение из-за лавины электронов через оксид. Чем больше разбавлена ​​концентрация электролита, тем выше напряжение пробоя, а максимальное напряжение, достигаемое в водных электролитах, составляет около 1000 В. При этом напряжении барьерный оксид имеет толщину около одного мкм, что в 300–500 раз толще, чем природный оксид в окружающей среде. .

Барьерный оксид, нанесенный на чистый алюминий при комнатной температуре, имеет аморфную (некристаллическую) структуру, то есть его рентгенограмма представляет собой диффузное гало. На рис. 2 показано поперечное сечение аморфного оксида, выращенного при фиксированной плотности тока 10 мА/см 2 в 0.16 М тартрат аммония при 20 o C (68 o F) до напряжения 200 В. Толщина оксида составляет 220 нм, что эквивалентно 1,1 нм/В. Как и ожидалось для аморфной структуры, здесь нет отличительных структурных особенностей. Микрофотография на рис. 2 (а также на рис. 3) была получена с использованием просвечивающего электронного микроскопа, который может отображать мелкие детали при очень большом увеличении.
 
Рис. 3. Вид сверху (слева) и поперечное сечение (справа) кристаллического барьерного оксида.(Из Alwitt and Takei (1983), см. библиографию).
Модификация исходного природного оксида определенными способами, например путем нагревания на воздухе при высокой температуре, а затем анодированием при повышенной температуре, приводит к получению барьерной пленки, которая является кристаллической. На рис. 3 показан вид сверху и поперечное сечение кристаллического барьерного оксида, выращенного до 140 В. На виде сверху видна тонкая нанокристаллическая структура оксида. Кристаллиты с разной ориентацией создают характерную текстуру в поперечном сечении.Для получения такой структуры алюминий сначала нагревали до 550 o C (1022 o F) в течение 30 секунд. Аморфный оксид, который растет во время этого кратковременного воздействия воздуха при высокой температуре, лишь немного толще, чем обычная пленка при температуре окружающей среды, но он, вероятно, содержит «зародыши» кристаллического оксида, который был идентифицирован в пленках, выращенных в течение более длительного времени при этой температуре. При последующем анодировании при 70 o С (158 o F) эти зародыши способствуют росту однородной кристаллической фазы.Для перемещения ионов алюминия и кислорода через кристаллический оксид требуется более сильное поле, чем в аморфном оксиде, поэтому более тонкий кристаллический оксид поддерживает то же напряжение, что и более толстый аморфный оксид. Пленка на рисунке 3 имеет толщину 125 нм, что эквивалентно 0,90 нм/В. Кристаллический оксид выгоден в качестве диэлектрика
конденсатора , поскольку более тонкий диэлектрик обеспечивает более высокую емкость.
 

Пористые анодные оксиды

Пористые оксиды алюминия чаще всего выращивают в разбавленной серной кислоте, обычно с концентрацией 10 весовых процентов, но также существуют промышленные процессы с использованием фосфорной кислоты, хромовой кислоты, щавелевой кислоты и смесей неорганических и органических кислот.Общей чертой этих ванн для анодирования является способность удерживать в растворе относительно высокую концентрацию алюминия. Это существенно, так как большая часть окисляющегося алюминия не удерживается в пленке, а переходит в раствор. Например, при анодировании в серной кислоте около 60 % окисленного алюминия находится в пленке, а оставшаяся часть находится в растворе. Можно легко изготовить пористые пленки толщиной 100 мкм – это в 100 раз толще самой толстой барьерной пленки. В отличие от барьерных пленок, для изготовления толстой пористой пленки не требуется высокого напряжения из-за уникальной структуры этих пленок.

Рис. 4. Идеализированная структура анодного пористого оксида алюминия (из Asoh et al. (2001), см. библиографию).
Идеализированный эскиз структуры пленки показан на рис. 4. Оксид имеет ячеистую структуру с центральной порой в каждой ячейке. Эскиз показывает однородные шестиугольные ячейки, но большинство условий анодирования производят пленки с большим беспорядком, с распределением размера ячеек и диаметра пор. Размеры ячеек и пор зависят от состава ванны, температуры и напряжения, но конечным результатом всегда является чрезвычайно высокая плотность мелких пор.Диаметр клетки находится в диапазоне 50-300 нм, а диаметр пор обычно составляет от 1/3 до 1/2 диаметра клетки. Плотность клеточной популяции составляет от приблизительно 10 до более чем 100 на мкм 2 . Соотношение сторон еще более поразительное — обычно порядка 1000:1. Например, для покрытий, выращенных в серной кислоте, характерна толщина пленки от 20 до 50 мкм с порами 20 нм.
 
Рис. 5. Сечение пористого оксида при малом (3500×, слева) и большом (40000×, справа) увеличениях.
На рис. 5 представлены два вида излома пленки толщиной 9,4 мкм, выращенной в серной кислоте. Эти изображения были сделаны в сканирующем электронном микроскопе, который показывает особенности поверхности. При увеличении в 3500 раз тонкая пористая структура не видна, но при увеличении в 40000 раз отчетливо видны поры и клеточные стенки.
8, стр. 2109, 1996).
На рис. 6 показан участок поверхности другой пленки, выращенной в серной кислоте. Структура одинакова по всей толщине покрытия.
 
В центре: перенос ионов происходит только в темно-серых зонах. Внизу: снимки вблизи поверхности металла при коротком и длительном времени анодирования.(От Томпсона и Вуда, см. библиографию).
Тонкий барьерный оксид находится в основании каждой поры. На рис. 7 вверху показана пленка вблизи границы раздела металл/оксид, выращенная в фосфорной кислоте. Это трансмиссионная электронная микрофотография углеродной копии поверхности излома. На микрофотографии видны четыре поры, центр каждой поры расположен над углублением в форме гребешка в металле. В основании каждой поры находится анодный оксид толщиной 0,2 мкм, а поры разделены оксидом, входящим в состав клеточных стенок.Как показано на рисунке 7 в центре, геометрия ячейки концентрирует ток через оксид в основании поры, темно-серые зоны на рисунке. Кратчайший путь между металлом и электролитом находится в пределах этой зоны, а поле является однородным и максимальным. Это критическая особенность для развития пористой структуры. Ионы перемещаются за счет проводимости в сильном поле: катионы алюминия достигают поверхности пор и переходят в раствор, а отложение оксида ограничивается границей раздела металл/оксид в основании поры.Когда металлический алюминий окисляется, граница раздела металл/оксид перемещается в металл. Это показано на Рисунке 7 внизу, где мы пытаемся показать это внутреннее движение, накладывая друг на друга положения пор в более раннее и более позднее время анодирования. То, что было барьерным оксидом на периферии основания поры, больше не проникает в поле и становится частью клеточной стенки. Клеточная стенка и поры увеличиваются в высоту, т. е. пленка утолщается, а диаметры клеток и пор остаются фиксированными. Поскольку толщина барьерного оксида остается постоянной, напряжение и ток ячейки остаются почти постоянными по мере утолщения пленки.

Из этого описания стационарного роста пленки не ясно, как инициируются поры и ячейки. Металлическая поверхность имеет некоторую степень шероховатости. Это может быть процесс изготовления металла, такой как прокатка, или химическое травление, или очистка перед анодированием. Даже электрополировка, которая оставляет зеркальный блеск, создает фестончатую текстуру поверхности с мелкими ячейками диаметром порядка 100 нм. В начале роста пленка на гребнях и выступах становится толще, чем в углублениях.По-видимому, в этих местах ионы легче проходят через оксид. Это может быть из-за более высокого напряжения пленки, примесей или дефектов оксида, поэтому ток концентрируется в этих местах. Это временная ситуация, и по мере того, как оксид приобретает более однородные свойства, ток смещается в сторону более тонкого оксида в углублениях. Из-за развившейся вогнутой геометрии электрическое поле во впадинах несколько выше, а растворение под действием поля способствует локальному истончению оксида и концентрации тока.Это инициирует поры, а размер, плотность и распределение пор регулируются до тех пор, пока не преобладает стационарное состояние. Для коммерческих процессов большая часть корректировки обычно происходит в течение первой минуты.

Полезность этих пленок была бы весьма ограниченной, если бы не было возможности закрыть поры после завершения роста. Этот шаг называется «герметизация» и чаще всего выполняется путем взаимодействия анодированного покрытия с горячей водой. Оксид на поверхности и внутри пор вступает в реакцию с образованием водного оксида, имеющего другую структуру и меньшую плотность, чем анодный оксид.Из-за меньшей плотности водный оксид занимает больший объем, чем анодный оксид, из которого он образовался. Этот продукт реакции заполняет поры и образует непроницаемый анодированный слой, устойчивый в широком диапазоне атмосферных условий и условий окружающей среды. (См. Приложение о химической реакции, происходящей во время герметизации.)
 

Приложения

Ниже описаны некоторые из наиболее важных приложений, а также новые приложения нанотехнологий, значение которых может возрасти.

Прозрачное анодирование Чистое анодирование обычно означает анодирование серной кислотой с последующим уплотнением горячей водой. Это наиболее распространенное анодированное покрытие. Он используется на некоторых алюминиевых сплавах в качестве отделки поверхности для автомобильной отделки. Это также поверхность для коммерческих пластин для фотолитографии. Фотоэмульсия прилипает к анодированному покрытию, а печатный рисунок создается путем селективного растворения эмульсии. Печатная краска прилипает к эмульсии, а вода прилипает к открытому оксиду.Оксидная поверхность устойчива к износу и выдерживает суровые условия высокоскоростных печатных машин.

Погружение анодированного покрытия в раствор красителя перед герметизацией создает привлекательную цветную поверхность для потребительских товаров.

Твердое анодирование Твердое анодирование обычно производится путем анодирования в серной кислоте при низкой температуре. В результате образуется покрытие с крупными ячейками и порами малого диаметра. Покрытие чрезвычайно твердое и долговечное и используется для инженерных приложений, таких как опорные поверхности.

Тонкое анодированное покрытие из фосфорной кислоты используется в качестве адгезионного грунтовочного покрытия на листах из авиационных и аэрокосмических сплавов. Это отличная поверхность для эпоксидного клея, а также улучшается устойчивость к коррозии. Анодирование хромовой кислотой используется для обеспечения оптимальной коррозионной стойкости в тяжелых условиях, таких как аэрокосмическая и военная промышленность, но поскольку хром в той или иной форме является канцерогеном, этот процесс постепенно прекращается.

Архитектурные приложения Анодированный алюминий применяется в архитектуре, включая отделку дверей и окон, а также наружные структурные панели.Эти поверхности должны быть стабильными в течение многих лет в суровых атмосферных условиях. Ни прозрачные, ни окрашенные покрытия не являются удовлетворительными. Покрытия в диапазоне цветов от золотого до темной бронзы изготавливаются путем «интегрального окрашивания», которое достигается за счет использования определенных органических кислот в ванне для анодирования. Органические анионы включаются в оксид и вызывают его потемнение. Подобные оттенки получаются в результате двухэтапного процесса анодирования, в котором анодирование ацетонитом следует за этапом сернокислотного постоянного тока. На стадии переменного тока металл, обычно олово или никель, осаждается на дне пор.Металлический налет изменяет оптические свойства покрытия, а толщина металлического налета регулируется для получения желаемого цвета с помощью оптической интерференции. Эти покрытия обладают превосходной долговременной стабильностью по сравнению с цельными цветными покрытиями.

Применение нанотехнологий
Рис. 8. Процесс изготовления идеально упорядоченного пористого оксида. Черная структура представляет собой форму SiC (карбид кремния), используемую для создания упорядоченного массива выпуклых углублений на поверхности алюминия перед анодированием (от Asoh et al., см. Библиографию).
Рис. 9. Микрофотография поверхности с помощью сканирующей электронной микроскопии, показывающая идеально упорядоченные поры (слева) и обычное случайное распределение (справа) (из Asoh et al., см. Библиографию).
Недавно была ярко продемонстрирована важность текстуры поверхности в развитии пор, и результаты открывают новые области применения анодированных структур. Гексагональный массив наноразмерных (порядка миллиардных долей метра) углублений был отпечатан на поверхности алюминия с помощью матрицы из карбида кремния, изготовленной с помощью электронно-лучевой литографии.Интервал признаков составлял 70-500 нм, глубина признаков составляла 200 нм, а ширина признаков была такой же величины. Эта последовательность показана на рисунке 8. В этом конкретном эксперименте анодирование в растворе щавелевой кислоты привело к образованию совершенно упорядоченных массивов пор, соответствующих узорчатой ​​текстуре. Это показано на рис. 9, где оксид слева вырос на поверхности с рисунком, в отличие от оксида справа, который вырос на поверхности без рисунка. Регулировка условий процесса позволяет получить точно упорядоченные массивы пор с размерами, подходящими для использования в качестве двумерных (двумерных) фотонных кристаллов в видимом диапазоне длин волн.
 
, 1996).
Поры можно использовать в качестве шаблонов для создания таких структур, как нанопроволоки и нанотрубки. Для изготовления нанопроводов поры заполняются металлом или другим материалом путем катодного осаждения или химического осаждения . Трубки изготавливаются путем покрытия стенок пор; добавление функциональных групп к внутренней стенке трубки создает трубчатые нанореакторы.Провода и трубки восстанавливаются путем растворения шаблона оксида алюминия (оксида алюминия) в реагенте, который не воздействует на наноструктуры. На рис. 10 показаны пироуглеродные трубки, созданные потоком пропилена при температуре 800 o C (1472 o F) через пористую мембрану из оксида алюминия, которая была отделена от металлической подложки. Затем оксид алюминия растворяли в растворе плавиковой кислоты.
 

Электролитические конденсаторы Основное коммерческое применение оксида анодного барьера – это диэлектрическая пленка в электролитических конденсаторах
.Эти конденсаторы имеют высокую плотность энергии, широкий диапазон напряжений (от 3 до 600 вольт) и относительно низкую стоимость. Эти конденсаторы бывают двух типов: жидкостные и твердотельные. Мокрый тип использует органический электролит в качестве электрического контакта между оксидным диэлектриком и токосъемником. Большинство алюминиевых электролитических конденсаторов относятся к этому типу и содержат рулон из двух алюминиевых фольг — одна фольга с оксидным диэлектриком — разделенных бумажной прокладкой, пропитанной органическим электролитом. В твердотельных конденсаторах в качестве контакта между оксидным диэлектриком и токосъемником используется проводящий оксид, обычно диоксид марганца, или проводящий органический полимер (например, политиофен).В основном это танталовые конденсаторы, хотя есть некоторые алюминиевые, а в последнее время и ниобиевые конденсаторы с такой конструкцией. Для увеличения емкости на единицу объема площадь поверхности металлической подложки увеличивается перед нанесением анодного оксидного диэлектрика. Алюминиевая фольга подвергается травлению, а порошок тантала или ниобия спекается для получения гранул с большой площадью поверхности. Высокая удельная площадь, тонкий диэлектрический слой и относительно высокая диэлектрическая проницаемость (около 8 для оксида алюминия и 25 для оксида тантала) в совокупности позволяют создавать конденсаторы с более высокой плотностью энергии, чем у любого другого типа диэлектрика, такого как полимерная пленка или керамика.

Приложение

Краткое описание реакций анодирования и герметизации

Общая реакция, которая происходит во время анодирования:

2Al + 3H 2 O ==> Al 2 O 3 + 3H 2

Это сумма отдельных реакций на каждом электроде. Реакции на аноде происходят на границах раздела металл/оксид и оксид/электролит. Ионы, составляющие оксид, подвижны в условиях сильного поля.На границе раздела металл/оксид движущиеся внутрь анионы кислорода реагируют с металлом:

2Al + 3O 2- ==> Al 2 O 3 + 6e

На границе оксид/электролит движущиеся наружу катионы алюминия реагируют с водой:

2Al 3+ + 3H 2 O ==> Al 2 O 3 + 6H +

(В случае растворения алюминия в электролите при образовании пористой пленки анодная реакция имеет вид:

2Al ==> 2Al 3+ + 6e )

На катоде протекает реакция выделения водорода:

6H + + 6e ==> 3H 2

Реакция уплотнения может быть записана как:

Al 2 O 3 + 3H 2 O ==> 2AlOOH*H 2 O

Связанные статьи

Катодная/анодная защита от коррозии
Коррозия
Распределение плотности тока в гальванических элементах
Электролитические конденсаторы

Библиография

  • Структурные особенности кристаллических пленок анодного оксида алюминия, H.Учи, Т. Канно и Р. С. Алвитт, “Журнал электрохимического общества”, том. 148, стр B17-B23, 2001.
  • Условия изготовления идеально упорядоченного анодного пористого оксида алюминия с использованием предварительно текстурированного алюминия, H. Asoh, K. Nishio, M. Nakao, T. Tamamura и H. Masuda, “Journal of The Electrochemical Society” Vol. 148, стр B152-B156, 2001.
  • Обработка поверхности и отделка алюминия и его сплавов (издание 5 th ), С. Верник, Р. Пиннер и П.Г.Шисби, ASM International, Металс Парк, Огайо, США, 1987 г.
  • Кристаллические пленки оксида алюминия, Р. С. Алвитт и Х. Такеи, в «Науке и технологии тонких пленок, том 4, пассивность металлов и полупроводников», стр. 741-746, М. Фромент (редактор), Elsevier, Нью-Йорк , 1983.
  • Анодные пленки на алюминии, GE Thompson and GC Wood, в «Трактате о материаловедении и технологии», том 23, Коррозия: водные процессы и пассивные пленки», стр. 205-329, JCСкалли (редактор), Academic Press, Нью-Йорк, 1983.

Списки книг по электрохимии, обзорные главы, тома трудов и полные тексты некоторых исторических публикаций также доступны в Информационном ресурсе по науке и технологиям электрохимии (ESTIR). (http://knowledge.electrochem.org/estir/)


Вернуться к: Топ – Домашняя страница энциклопедии – Содержание – Авторский указатель – Предметный указатель – Поиск – Словарь – Домашняя страница ESTIR – Домашняя страница ЭКС

Преимущества анодирования | Хансен Архитектурные Системы

Анодирование алюминия, одного из нескольких металлов, способных подвергаться этому процессу электрохимического превращения, необратимо изменяет внешнюю структуру металла.Анодированный алюминий используется во многих областях благодаря его прекрасным эстетическим качествам, идеальным механическим свойствам и низкой стоимости.

Естественно, когда алюминий подвергается воздействию воздуха, на нем образуется толстый слой пленки оксида алюминия, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Процесс анодирования создает гораздо более толстую окисленную поверхность, что делает алюминий более устойчивым к коррозии, легче чистится и легче окрашивается в различные цвета.

Преимущества анодирования:

  • Долговечность. Большинство анодированных деталей не изнашиваются при обращении, установке, использовании и техническом обслуживании. Анодирование является частью алюминия для полного склеивания и непревзойденной адгезии.
  • Цвет-Анодированные детали сохраняют хорошую стабильность цвета при воздействии ультрафиолетовых лучей, не имеют нанесенного покрытия, которое подвержено скалыванию или отслаиванию, и имеют повторяемый процесс окраски.
  • Качество оригинальной отделки- Детали не подлежат маркировке в результате оригинального процесса анодирования.
  • Техническое обслуживание. Мягкая очистка водой с мылом обычно восстанавливает первоначальный внешний вид анодированного профиля.
  • Эстетика. Анодирование предлагает большое количество вариантов глянца и цвета, в то же время позволяя металлическому внешнему виду экструдированного алюминия просвечиваться.
  • Стоимость Анодирование является очень экономичным по сравнению с другими методами отделки. В дополнение к низким затратам на обработку и техническое обслуживание долговечность сводит к минимуму затраты на замену.
  • Окружающая среда, здоровье и безопасность. Анодирование не противоречит действующим экологическим нормам, поскольку является одним из наиболее экологически безопасных промышленных процессов и, как правило, не наносит вреда здоровью человека. Анодированное покрытие химически стабильно, не разлагается, нетоксично и термостойко до температуры плавления алюминия.Поскольку процесс анодирования является усилением природного оксидного процесса, он не является опасным и не производит вредных или опасных побочных продуктов. Химические ванны, используемые в процессе анодирования, часто регенерируются, перерабатываются и используются повторно.

Анодированные перила Галерея:

Для получения дополнительной информации об анодировании алюминиевых перил посетите нашу страницу анодирования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.