Технология выполнения анодирования металла

Анодирование до изменения цвета

Весь процесс анодирования в домашних условиях можно подразделить на несколько этапов. Но прежде хотелось бы остановиться на процессе промышленного холодного анодирования, который протекает с использованием раствора серной кислоты. В результате данного процесса происходит активное газовыделение, причем летучие газы обладают взрывоопасностью. Именно поэтому не рекомендуют в домашних условиях проводить подобный процесс.

Технология домашнего анодирования более безопасная. Поговорим об основных ее этапах подробнее.

1. Готовим необходимые растворы Для твердого анодирования готовится два вида раствора в разных емкостях: один солевой, второй – содовый, основой для которых служит питьевая дистиллированная вода средней температуры (40-50 градусов). Содового раствора нужно будет в девять раз больше, чем солевого, а потому емкость под него выбирается соответствующая.

   В теплую воду при постоянном помешивании добавляется соль (в другую сода). Готовятся насыщенные растворы, т.е. соль и сода добавляются до тех пор, пока не начнет выпадать осадок. После этого растворы необходимо процедить несколько раз. Помните, что от качества растворов (их прозрачности и чистоты) зависит качество анодирования.Перед самим процессом твердого анодирования растворы смешиваются в соотношении 1 часть солевого и 9 частей содового.

2. Готовим к анодированию заготовку.

   Ну здесь все просто. Необходимо заготовку тщательно отшлифовать и обезжирить.

3. Анодируем.

   Итак, приступаем к анодированию. Детали необходимо разместить в ванночке так, чтобы они были полностью погружены в раствор, а также не касались дна или стенок ванночки.Затем подается электрический ток: на ванночку «минус», на заготовку «плюс». Под воздействием напряжения в ванночке заготовки находятся до тех пор, пока не изменят свой цвет. Затем ток отключается, заготовки вынимаются и тщательно промываются в проточной воде. После деталь помещают в раствор марганца, где происходит окончательное удаление следов соляно-содового раствора с поверхности детали. Затем снова промываем.Вы не видите пятен и разводов на заготовке? Значит все прошло успешно.

4. Закрепляем поверхностный слой. В результате анодирования образовалась пленка с большим количеством пор, которые нужно закрыть. Осуществляется это путем обычного кипячения в дист.воде в течение получаса.
5. Лакируем или окрашиваем. Для этого анодированную заготовку помещаем в емкость с лаком или краской анилиновой (10%). Все, деталь готова.

Как видите, процесс анодирования в домашних условиях несложен и доступен каждому.

Анодирование в сернокислом электролите

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

Концентрация серной кислоты и температура электролита

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

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

Напряжение и плотность тока

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

Длительность процесса

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

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

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

Рабочий процесс

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

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

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

См. также

Совет 3 – Согласованность шрифтов

Применение анодированного алюминия

Существует множество сфер использования для достижения абсолютно разных целей. Сейчас рассмотрим их:

Основа для окраски. Защищенное покрытие способно удерживать слой краски продолжительное время. Для этого осуществляется соединение органического покрытия с хромовым анодным. Даже если слой краски повредится, его легко восстановить, а самому изделию не грозит коррозия и прочее. Данная технология эффективна при нанесении органических красок.
Защита от коррозии. Эта защита способна справляться с воздействием даже соленой воды.
В дизайне. Использование специальных красителей можно придавать алюминию абсолютно разные цвета. Благодаря этому изделиям можно придавать красивый внешний вид.
Чистые руки. Нередко алюминий используется для создания перил, рукояток, поручней и прочее. Если он будет без анодного покрытия, то на руках могут оставаться следы. Чтобы это исключить все эти детали анодируют, что позволяет держать руки в чистоте. Для достижения таких результатов поры анодного покрытия наполняются.
Отражение в проекторах. Технология сернокислого анодирования используется для защиты отражателей прожекторов. Это отражение будет сохраняться годами. А если необходимо почистить его поверхность, то для этого нет никаких проблем.
В тепловых отражателях. Используется анодированный алюминий в нагревательных рефлекторах. Поверхность легка к любому очищения. Может использовать в помещениях с повышенной влажностью. Толщина покрытия составляет 1 микрон.
Эффективная борьба с износом и трением. За счет более твердого покрытия значительно снижается износ. В этом случае анодное покрытие может достигать до 60 микрон.
Электрический изолятор. В некоторых типах трансформаторов сегодня принято использовать алюминиевую ленту, в обязательном порядке анодированную. Такое покрытие прекрасно сопротивляется воздействию тепловой энергии.

Технология анодирования металла и ее особенности

Привлекательный внешний вид и повышенные свойства прочности металлической поверхности можно достигнуть путем применения специальных электрохимических реакций. Одним из таких способов является анодирование металла, в процессе которого на плоскости образуется защитная оксидная пленка, наделяющая материал дополнительными качествами.

Методика процедуры в домашних условиях

Приступая к самостоятельному анодированию в домашних условиях, необходимо предварительно подготовить все инструменты:

• контейнер для помещения изделия;
• батареи емкостью в 9 в (несколько штук, в зависимости от желаемого результата);
• алюминиевая фольга;
• кабель с хорошей изоляцией;
• раствор электролита;
• клещи.

В качестве экспериментального опыта можно попробовать обработать болты. Толщина готового покрытия – приблизительно 0,05 мм. Изделия необходимо предварительно подготовить. Если были выбраны элементы из нержавеющей стали, заранее обезжирьте их и зашлифуйте.

Приготовьте электролитический раствор. Для этого понадобится серная кислота и дистиллированная вода. Приобрести кислоту для электролита можно в автомагазинах, специализирующихся на ремонте аккумуляторов. Пропорции воды и кислоты должны быть одинаковыми, однако не стоит использовать неразбавленное вещество.

Для того, чтобы получить черный цвет металла, понадобится больше времени, чем для светлого или бронзового результата.

Для начала протравите деталь в щелочи для ее подготовки. После этого поместите деталь в раствор с электролитом и подключите ток

Важно использовать термометр для контроля температуры и следить за тем, чтоб показатели не снижались. Когда уровень достигнет нижних отметок, необходимо закончить процесс

На видео: анодирование в растворе щелочи.

Меры предосторожности и технические советы

Для получения анодной пленки самостоятельно важно соблюдать некоторые меры безопасности, которые помогут сохранить здоровье и осуществить процедуру правильно:

1. При работе используйте индивидуальные средства защиты кожи – перчатки, маску. Закрывайте глаза защитными очками при необходимости: в процессе получения анодированного металла происходит большая отдача тепла, и раствор может брызгать, попадая на тело.
2. Подбирайте контейнер для обработки правильно: это может быть пластиковая емкость или старая эмалированная ванна без сколов.
3. После травления изделия, поместите его в чистую воду для того, чтоб успеть подготовиться к следующему этапу.
4. Используйте алюминиевые токопроводы для работы: серебро, сталь или детали из меди необходимо подвешивать на специальную планку для того, чтоб вынимать изделия было легче.
5. Толщина кабеля должна соответствовать силе тока. Если показатели были подобраны неправильно, твердая вариация процедуры пройдет безуспешно, вследствие чего металл просто растворится.
6. Для достижения чёрного цвета стали используют нитрат натрия, детали в растворе выдерживают при температуре от 100 до 140 градусов.

Чтобы получить различные цвета металлов также применяют соляную кислоту, гидросернистый натрий, азотную кислоту, этиловый спирт. При данном анодировании образуется не только оксидная пленка, но и достигается определенная цветовая гамма.

Осуществление процедуры в домашних условиях рекомендуется проводить только после изучения техники безопасности по работе с кислотами. Анодированные поверхности имеют долгий срок эксплуатации и отличаются прочностью и стойкостью к повреждениям.

Преимущества применения алюминиевого анодированного профиля

Анодированный алюминиевый профиль применяется для изготовления навесных вентилируемых фасадов, монтажных лестниц, поручней. Защитная пленка не только защищает сам металл, но и ваши руки от серой алюминиевой пыли. Женщинам интересно будет узнать, что алюминиевые вязальные спицы тоже анодируют, чтобы не пачкались ручки мастерицы. Но и в строительстве анодированный алюминий получил свое применение.

Анодирование алюминиевого профиля используют при монтаже навесных вентилируемых фасадов в высоко- агрессивных средах. Высоко- агрессивные среды- это приморские районы ( из-за высокого содержания солей в воздухе) или территории вблизи заводов. Города миллионники редко имеют высоко- агрессивную среду, чаще средне- агрессивную. Присвоение класса агрессивности происходит на уровне специальных служб сан-эпидемического надзора по согласованию с администрацией города – нужно искать в их постановлениях.

Еще одно важное преимущество – окраска анодированной поверхности. Наверное, это основной плюс описанного процесса

Появилась возможность декоративной обработки изготовленных алюминиевых изделий, что сразу принесло к большому распространению его применения.

Высокая износостойкость анодной пленки способствовала увеличению содержания анодированных алюминиевых деталей в общем объеме судостроительных и авиастроительных предприятий.

Фасады многих Олимпийских объектов в Сочи выполнены с помощью технологии Навесной Вентилируемый Фасад на алюминиевых анодированных системах.

Светотехническое применение анодированного алюминия

Эффективность осветительного прибора наряду с комбинацией ламп и пускорегулирующих аппаратов (ПРА) определяется качеством материала светонаправляющей системы. В производстве отражателей для осветительных приборов ведущие светотехнические компании используют анодированный алюминий с улучшенными свойствами. Поэтому отражатели, изготовленные из продукции ALANOD, можно встретить во всех типах осветительных приборов, независимо от их формы и типа используемых источников света.

Светоотражающие материалы ALANOD:

• прочны и не подвержены старению;
• легко чистятся и стерилизуются;
• антистатичны;
• экологичны;
• допускают различные виды обработки: нарезка, изгиб, окантовка, перфорирование;
• имеют всегда постоянный коэффициент общего отражения от 84 до 98% (в зависимости от модификации);
• обладают минимальными толщиной и весом (легче нержавеющей стали в 3 раза).

Раньше лучшие результаты давала обработка поверхности рефлекторов, полученных методом прессования или глубокой вытяжки с анодированием готового рефлектора, а не исходного сырья. Но еще больший эффект дает применение частично сегментированных рефлекторов из материала MIRO.

Изготовление конструкции рефлектора из нескольких сегментов, соединенных методом клёпки, позволяет быстро и с меньшими затратами получать прототип, а в случае необходимости использовать различные поверхности в одном рефлекторе. Также снижается толщина материала и как следствие вес изделия.

Это путь к применению почти всех категорий качества MIRO и путь к трёхмерным формам рефлекторов с наивысшей эффективностью.

Светоотражающие материалы из алюминия компании ALANOD находят применение для решения светотехнических и эргономических проблем первого поколения светодиодных светильников LED на основе линзовой оптики.

Большая интенсивность света и точечное распределение повышенных яркостей ведёт к усилению слепящего действия. Системы светодиод-линза характеризуются повышенной прямой блескостью.

Путь от первого ко второму поколению светодиодных светильников — это путь от линз к рефлектору. Качество формы и материала рефлектора задаёт хорошее распределение света, отсутствие бликов и эффективность всей системы. В излучаемом свете яркость светодиодов маскируется в рефлекторе. Площадь распределения яркости больше, что более приемлемо для восприятия глаз.

Потери света в светодиодных системах с использованием линз, в зависимости от их качества, составляют от 10 до 30 %, в то время как при отражении рефлекторов с применением материала MIRO уменьшаются до 5%, а при использовании MIRO-SILVER — до 2%.

Сочетание светодиодной группы с рефлекторной системой позволяет получить:

• Более высокую эффективность;
• Отсутствие видимых точечных источников света;
• Лучшее распределение света;
• Устранение слепящего действия;
• Отсутствие хроматической аберрации.

В связи с постоянной тенденцией по миниатюризации светильников, у них, из-за уменьшения площади отражающих поверхностей, постоянно снижается к.п.д.

Чтобы противодействовать этому процессу, необходимо использовать материал с максимальным общим отражением света. Материал ALANOD MIRO-SILVER имеет коэффициент светоотражения 98%. Уменьшение веса и увеличение световой отдачи компенсирует более высокую цену материала MIRO-SILVER.

Сравнительный анализ светотехнических свойств поверхностей из алюминия:

Процесс анодирования алюминия

Прежде чем приступить к процессу анодирования необходимо очистить поверхность алюминия от загрязнений и убрать оксидную пленку. Для этого проводят процессы обезжиривания и травления.

Процесс, в результате которого, происходит образование на поверхности металла высокопористых оксидных слоев алюминия. Процесс анодирования является электрохимическим.

Существуют два вида оксидных пленок, которые образуются в процессе анодирования:

• барьерная
• пористая

Барьерная — оксидная пленка растет в нейтральных растворах, в которых оксид алюминия трудно растворим. Преимущественно это бораты аммония, фосфаты или тартраты.

Пористая – оксидная пленка растет в кислых электролитах , в которых оксид может не только осаждаться, но и растворяться. Наиболее широко используется разбавленная серная кислота Н2SO4 . Можно также использовать щавелевую и фосфорную кислотыты.

В первые секунды анодирования на алюминии образуется барьерный слой, сначала формирующийся в активных центрах на поверхности металла. Из этих зародышей вырастают полусферические линзообразные микроячейки, срастающиеся затем в сплошной барьерный слой. При соприкосновении с шестью окружающими ячейками образуется форма гексагональной призмы с полусферой в основании.

Под влиянием локальных воздействий ионов электролита в барьерном слое зарождаются поры (в центре ячеек), число которых обратно пропорционально напряжению. В поре толщина барьерного слоя уменьшается, и, как следствие, увеличивается напряженность электрического поля, при этом возрастает плотность ионного тока вместе со скоростью оксидирования. Но, поскольку растет и температура в поровом канале, способствующая вытравливанию поры, наступает динамическое равновесие, и толщина барьерного слоя остается практически неизменной.

На этом процесс анодирования заканчивается, мы получаем покрытие с замечательными оптическими и технологическими свойствами.

Высверливание отверстий

Для этого вам потребуется дрель и сверло перьевого типа в двух диаметрах:

22 мм — для высверливания торцевого отверстия;

25 мм — для того, чтобы проделать боковое отверстие.

Процесс высверливания осуществляется по следующим шагам:

• Первым делом высверливается отверстие в боковой части. Для сохранения эстетичности отделочного слоя полотна рекомендуется выполнять сверление с двух сторон. Начните с одной стороны, а когда кончик сверла покажется с противоположной стороны, поменяйте позицию и высверливайте с другой стороны.
• По мере готовности отверстия, установите сверло большего диаметра и начинайте высверливать отверстия с торцевой части.

Операция анодирования и ее специфика

Здесь видно 2 ванны с промывочной жидкостью (синего цвета) и жидкостью для анодирования (зеленная жидкость)

Анодирование металла как процедура не представляет собой особенной сложности и при желании может быть произведена собственными силами. Выполнение данной операции подразумевает выполнение следующих этапов работы:

Этап 1. Подготовка поверхности металла

Прежде чем приступать к анодному окислению, поверхность металла следует тщательно подготовить: отполировать, отшлифовать. Обезжиривание поверхности производится при помощи органических растворителей (например, бензина, ацетона или спирта). Затем поверхность обрабатывается любой щелочью. В домашних условиях может быть использован обыкновенный мыльный раствор. Черные металлы отлично обезжириваются при помощи раствора едкого калия или натра, который предварительно нагревается до 80 градусов. Что касается алюминия, для него лучше подойдет 10% раствор фосфорнокислотного натрия.

Этап 2. Протравливание (декапирование) поверхности металла

Протравливание металлической поверхности производится с целью удаления окислов, которые препятствуют качественному нанесению нового покрытия. Для проведения процедуры применяется серная кислота (в соотношении 80 миллилитров кислоты на 100 миллилитров вводы с добавлением 2 граммов хромпика.

Этап 3. Анодирование металла

Процесс анодного окисления металла осуществляется в электролитном растворе под воздействием постоянного тока

Важно чтобы емкость, в которой производится анодирование, не пропускала ток. В качестве электролита чаще всего используется 20% раствор серной кислоты

ВАЖНО! При подготовке электролитного раствора необходимо лить серную кислоту в воду, а не наоборот.

При от отсутствии серной кислоты может применяться раствор пищевой соли и соды.

Сам процесс анодного окисления происходит следующим образом. К аноду при помощи специальной подвески производится крепление изделия из металла, а к катоду – свинцовой пластины (для изделий сложной формы потребуется несколько свинцовых пластин). Расстояние до пластины при этом должно быть не более девяти сантиметров. Процедура проводится при температуре 20 градусов. При этом плотность электрического тока должна варьироваться от 2 до 3 А/кв. дм. Напряжение требуется от 12 до 15 В. Весь процесс занимает порядка одного часа.

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 :

• 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 :

• 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 :

• 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

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.