Виды и способы оксидирования металла

Анодирование металла

• Характеристики
• Процесс
• Материалы

• • Алюминий
  • Титан
  • Сталь
  • Медь
• Анодирование дома

В современном мире имеется большое количество методов обработки металлов и металлических изделий. Они применяются и в промышленных масштабах, и в домашних условиях.

Процесс анодирования

Технология анодирования различных видов металлов является несложной. Главное только иметь под рукой все необходимое для ее осуществления.

Она осуществляется в несколько этапов:

Подготовка металлов к образованию оксидной пленки.

На данном этапе проводятся подготовительные работы для анодирования. Они заключаются в том, чтобы тщательным образом очистить и отмыть поверхность металла. Сначала удаляются все загрязнения и налеты. Затем при помощи воды или специальных растворов проводится промывка материала. После этой процедуры его необходимо высушить.

На данном этапе осуществляется подготовка раствора с кислой или любой другой средой и подключают к положительному плюсу источника тока.

Покрытие поверхности металлов или их сплавов оксидной пленкой.

На данном этапе осуществляется погружения металла или изделии я из него в приготовленный раствор.

Материалы для анодирования

Сегодня для анодирования используются различные металлические материалы.

В настоящее время выделяются такие виды анодирования в зависимости от используемых материалов, как:

Анодирование алюминия

Данный процесс сегодня встречается чаще всего. Он заключается в покрытии оксидной пленкой алюминиевого материала. Алюминий в процессе опускается в кислую среду, и к нему проводится положительный плюс источника тока. В результате на материале появляется тонкая оксидная пленка.

Анодирование титана

Всем известно, что титан относится к категории металлов, которые нашли широкое применение в промышленности, но они обладают низким уровнем износостойкости. Для придания ему прочности и устойчивости к разным условиям окружающей среды применяется процедура анодирования. При этом вся анодная обработка металла осуществляется в кислой среде при температуре от 40 до 50 градусов Цельсия.

Анодирование стали

Анодирование стали является сложным процессом. Для этого используется либо щелочная среда, либо кислая. В результате образуется оксидная пленка, которая придает высокий уровень прочности.

Анодирование меди

Медь является достаточно гибким видом металла. Для придания ей прочности используются различные методы. Одним из них является анодирование. Благодаря помещению медного материала в кислую среду, на поверхности образуется плотная пленка оксида, которая придает материалу большое количество полезных характеристик.

Таблица. Таблица совместимости металлов и сплавов

Анодирование в домашних условиях

В современном мире в бытовой сфере используется большое количество металлических предметов, которые используются для различных целей. Каждому их владельцу хочется защитить их появления коррозии, чтобы они прослужили длительный период времени. Для этой цели подходит анодирование в домашних условиях.

Важно: Процедуру домашнего анодирования любого металла необходимо осуществлять на улице или на балконе. https://www.youtube.com/embed/9BZBpxMgiXI

Сначала необходимо приготовить раствор. Для этого нужно смешать дистиллированную воду и кислоту в определенной пропорции

С серной кислотой важно обращаться предельно аккуратно, потому что она при попадании в глаза и на кожу может привести к появлению неприятной ситуации

После этого можно подготовить детали из металлов для обработки. Для этой цели используются всевозможные вещества. Они способны очистить их для проведения процедуры.

На последнем этапе домашнего анодирования осуществляется погружения металлических деталей в раствор и подключение электрического тока.

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.

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.

История

Анодирование сначала использовалось на промышленных весах в 1923, чтобы защитить части гидроплана Duralumin от коррозии. Этот ранний хромовый основанный на кислоте процесс назвали процессом Бенго-Stuart и зарегистрировали в британское оборонное ОПРЕДЕЛЕНИЕ спецификации СТЭН 03-24/3. Это все еще используется сегодня несмотря на его устаревшие требования для сложного цикла напряжения, который, как теперь известно, был ненужным. Изменения этого процесса скоро развились, и первый серный процесс анодирования кислоты был запатентован Гауэром и О’Брайеном в 1927. Серная кислота скоро стала и остается наиболее распространенным электролитом анодирования.

Щавелевое кислотное анодирование сначала патентовалось в Японии в 1923 и позже широко использовалось в Германии, особенно для архитектурных заявлений. Анодированное алюминиевое вытеснение было популярным архитектурным материалом в 1960-х и 1970-х, но было с тех пор перемещено более дешевыми пластмассами и порошковым покрытием. Фосфорические кислотные процессы — новое основное развитие, до сих пор только используемое в качестве предварительного лечения для пластырей или органических красок. Большое разнообразие составляющих собственность и все более и более сложных изменений всех этих процессов анодирования продолжает развиваться промышленностью, таким образом, растущая тенденция в военных и промышленных стандартах должна классифицировать свойствами покрытия, а не химией процесса.

Литература

• Шрейдер А. В. Оксидирование алюминия и его сплавов. — М.: Металлургиздат, 1960. — 198 с.
• Голубев А. И. Анодное окисление алюминиевых сплавов. — М.: Изд-во АН СССР, 1961. — 221 с.
• Юнг Л. Анодные оксидные пленки. — Л.: Энергия, 1967. — 232 с.
• Томашов Н. Д., Тюкина М. Н., Заливалов Ф. П. Толстослойное анодирование алюминия и его сплавов. — М.: Машиностроение, 1968. — 156 с.
• Беленький М. А., Иванов А. Ф. Электрооосаждение металлических покрытий, справочник. — М.: Металлургия, 1985.
• Хенли В. Ф. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов. — М.: Металлургия, 1986. — 152 с.
• Аверьянов Е. Е. Справочник по анодированию. — Москва: Машиностроение, 1988. — 224 с. — ISBN 5-217-00273-5.
• Гордиенко П. С., Руднев В. С. Электрохимическое формирование покрытий на алюминии и его сплавах при потенциалах искрения и пробоя. — Владивосток: Дальнаука, 1999. — 233 с. — ISBN 5-7442-0922-0.
• Артур В. Браке. Технологии Анодирования Алюминия. — М.: Interall, 2000.
• Лыньков Л. М., Мухуров Н. И. Микроструктуры на основе анодной алюмооксидной технологии. — Минск: Бестпринт, 2002. — 216 с. — ISBN 985-6633-50-8.
• Мухуров Н. И. Алюмооксидные микро-наноструктуры для микроэлектромехнических систем. — Минск: Бестпринт, 2004. — 166 с. — ISBN 985-6633-50-8.
• Позняк А. А. Модифицированный анодный оксид алюминия и композитные материалы на его основе. — Минск: Издательский центр БГУ, 2007. — 251 с. — ISBN 978-985-476-561-7.
• Аверьянов Е. Е. Плазменное анодирование в радиоэлектронике. — М.: Радио и связь, 1983. — 79 с.

Совет 3 – Согласованность шрифтов

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.

Износостойкость поверхности деталей после анодирования

Для оценки износостойкости покрытий используется понятие удельного сопротивления к истиранию, которое характеризуется соотношением износостойкости покрытия к его толщине. Износостойкость напрямую зависит от твердости покрытия и его толщины. Наружный слой покрытия имеет меньшую твердость и износостойкость, что характерно не только для анодных покрытий. При использовании растворяющих электролитов (сернокислого электролита) удельное сопротивление анодной пленки к истиранию увеличивается при повышении напряжения в процессе анодирования. Твердые анодные покрытия имеют в 2-3 раза более высокое удельное сопротивление к истиранию по сравнению с обычными пленками. Существуют различные методы определения износостойкости покрытий, например, регламентирован метод испытания износостойкости поверхности металла при воздействии воздушной струи с абразивом в контролируемом режиме.

Влияние режима анодирования на износостойкость анодных покрытий.

Печать

Наиболее часто используемой технологией является трафаретная (растровая) печать красками холодной и горячей сушки. Для того, чтобы поверхность сделать более прочной, в процессе предварительного анодирования, на стадии конечного уплотнения вносятся специальные добавки, препятствующие образованию отложений. С другой стороны, эти добавки играют роль разделителя, который особенно при нанесении печати красками холодной сушки, ухудшает качество сцепления краски с поверхностью. Поэтому мы рекомендуем использовать краски, которые протравливают поверхность, так как тем самым достигается устойчивость к стиранию после полного затвердевания.

При использовании красок горячей сушки в печах с нагнетанием воздуха слишком высокая температура ведет к появлению трещин в анодированном слое. Избежать появления трещин можно путем снижения температуры и увеличения времени сушки. В зависимости от количества ячеек трафарета возможна печать линий шириной 0,2 мм и, кроме этого, возможно определение плотности краски. При необходимости мы можем предоставить информацию о производителях услуг печати и результаты испытаний.

Печать

Изображения качества фотографии и графика в ярком цвете могут быть напечатаны в негерметизированный пористый окисный слой, используя цветные краски через silkscreen, передачу возвышения или цифровой принтер. Качественная графика искусства линии может быть достигнута при помощи принтера. Цветная графика может также быть непосредственно применена рукой, используя аэрограф, губку или кисть. Печатное анодирование запечатано, чтобы предотвратить или уменьшить краску, кровоточат. Использование включает бейсбольные биты, знаки, мебель, хирургические подносы, компоненты мотоцикла и архитектурное лепное украшение.

Устройства, оборудование, реактивы

В промышленных масштабах анодирование делается в растворах серной кислоты разной концентрации. Они обеспечивают как большую скорость процесса, так и заданную глубину оксидной плёнки. Применение автоматики позволило полностью автоматизировать этот достаточно вредный для здоровья процесс.

Оборудование для анодирования бывает трех типов:

1. Базовое, или основное. Тут всё просто: ванна с электролитом из инертного, не вступающего в реакцию, материала, притом обладающего свойствами теплоизолятора для предотвращения перегрева электролита. И катод, материал которого находится в прямой зависимости от того материала, который нужно анодировать.
2. Обслуживающее оборудование. К нему относятся агрегаты, обеспечивающие работоспособность установки для оксидирования. Это узлы подачи напряжения, предохранительные и приводные механизмы.
3. Вспомогательное. Это оборудование для работ по обработке и подготовке изделий к анодированию. В него входят и средства доставки деталей к ваннам. И средства упаковки и перемещения к местам, где готовые изделия складируются.

Самыми трудными, экологически опасными операциями при обработке металлов анодированием являются процессы загрузки и выгрузки деталей в ванны

Поэтому на качество работы приводных механизмов для этого всегда обращается особое внимание

Исторически сложилось так, что все производственные процессы связаны с потреблением переменного тока – который совершенно не годится для процессов анодирования. Для того, чтобы ток был постоянным (то есть текущий в проводниках только в одном направлении, применяют выпрямители с достаточным запасом мощности. Оптимальная мощность для промышленных выпрямителей, связанных с процессами оксидирования – 2,5 киловатта. А для обеспечения получения анодированной плёнки разных цветов и оттенков для таких выпрямителей монтируют бесступенчатую систему подачи мощности.

Как происходит процесс анодирования?

Вся процедура состоит из трех этапов работы: подготовки металла, его химической обработки и закреплении покрытия на поверхности. Предлагаем подробнее рассмотреть каждую из указанных фаз на примере обработки такого материала как алюминий:

1. Подготовительный этап. Профиль из металла очищается механическим путем, после чего шлифуется и обезжиривается. Сделать это необходимо для того, чтоб покрытие крепко зафиксировалось на основе. Далее в действие вступает применение щелочей. Деталь помещают в раствор на некоторое время для травления, после чего перекладывают в кислотную жидкость, где алюминий осветляется. Завершающей стадией анодной подготовки является полная промывка деталей от остатков щелочи и кислоты.
2. Химическая реакция. Заготовленное изделие кладут в электролит. Он представляет собой раствор из кислоты, к которому подключено воздействие тока. Анодируемый материал чаще всего обрабатывают с помощью серной кислоты, а для достижения расцветки применяют щавелевый ее аналог. Успешный результат достигается при правильных показателях температуры и плотности тока. Твердое анодирование предполагает использование низких температур, если же цель – получить мягкую и пористую пленку – показатели повышают.
3. Этап фиксирования покрытия. Полученные алюминиевые детали с образовавшейся на них пленкой имеют пористый вид, поэтому их необходимо упрочнить. Для этого применяется несколько методов: окунание изделия в горячую воду, обработка паром или холодным раствором.

Стоит отметить, что таким анодированием покрывают металлы на промышленных предприятиях. Особо прочный тип покрытия реально получить при твердом типе процедуры. Данный материал применяется в автопроизводстве, строении самолетов и строительстве.

Это интересно: Виды гидроизоляционной обработки фундамента (видео)

Для чего анодируют алюминий и как его применяют

Главная цель анодирования деталей, изготовленных из алюминия — повышение срока эксплуатации в условиях воздействия различных агрессивных сред.

Учитывая, что чистый алюминий обладает высоким сродством к кислороду, его коррозионная стойкость выше, чем у многих других лёгких металлов конструкционного назначения. Естественное окисление алюминия происходит при первом контакте с воздухом. Процесс же анодной обработки ещё больше увеличивает стремление обеих химических элементов создавать окислы, вступая в реакцию между собой.

Незаменимы алюминиевые конструкции при создании:

• рекламных конструкций для культурно-спортивных мероприятий, выставок и шоу.
• информационных стендов для массовых акций, митингов, собраний.

Прекрасная светоотражающая способность анодированного алюминия сделала его незаменимым материалом при изготовлении дорожных знаков. Благодаря интерференции информация, нанесённая на знак при анодировании прекрасно видна автомобилистам в ночное время суток.

Рамы любительских велосипедов также изготавливаются из анодированных сплавов алюминия. На специальную одежду, которой пользуются велосипедисты в тёмное время суток, наносится тончайшая плёнка оксида алюминия. Благодаря этому силуэт легко разглядеть в темноте на почтительном расстоянии. С той же целью анодированный металл применяется при изготовлении отражающего слоя в прожекторных установках.

Отличные свойства анодированного алюминия позволяют использовать его для изготовления самого широкого круга номенклатуры деталей и узлов, применяемых в самых разных областях. Можно смело сказать: если принято решение изготовить что-то из обработанного таким способом металла, прочность и лёгкость конструкции не будет вызывать никаких сомнений!

Рейтинг: /5 —
голосов

Что понадобится для изготовления

Сделать фрезер своими руками из дрели можно, используя любые подручные материалы. Основное требование: конструкция должна быть прочной, наличие люфтов и перекосов не допускается, электродрель должна быть надёжно закреплена.

Для изготовления деталей можно использовать:

ДСП или многослойную фанеру толщиной от 12 мм;

обрезки доски подходящей толщины;

деревянные бруски.

Также возможно использование других материалов. К примеру, можно использовать металл. Неплохая идея — основание, сделанное из толстого оргстекла или акрила. Сквозь такой материал будет видна обрабатываемая поверхность.

Детали соединяют при помощи саморезов. Для надёжности все неподвижные соединения можно проклеить любым подходящим клеем (столярным, ПВА и прочим).

Для крепления подвижных узлов могут понадобиться болты или шпильки диаметром 6 – 8 мм . К ним будут нужны гайки, как обычные, так и барашковые. Для некоторых соединений могут потребоваться шайбы. Возможно использование мебельной фурнитуры: направляющие механизмы, различный крепёж и так далее.