Анодування алюмінію: яким буває і які результати дає
Вироби з алюмінію використовуються у всіх сферах людської діяльності. Затребуваний метал має масу цінних переваг, але анодування алюмінію дозволяє зробити його ще кращим. Розбираємось, як отримують анодований алюміній, які переваги він при цьому набуває, які різновиди технології існують.
Що називають анодуванням і навіщо його застосовують
На вигляд алюміній – метал сріблясто-білого кольору. Але він легко окислюється на повітрі, реагуючи з киснем, тому у житті виглядає сірим. Оксидна плівка, що утворюється на поверхні, занадто тонка і неміцна, щоб по-справжньому захистити алюмінієвий виріб від впливу зовнішнього середовища.
Тому була розроблена технологія анодування - це процес, в результаті якого утворюється оксидна плівкаAl2O3 . Вона щільніша і міцніша, ніж та, що виходить природним шляхом; природна модифікація оксиду – корунд, мінерал, що поступається за твердістю лише алмазу.
Щоб отримати захисний шар, метал занурюють у розчин кислого електроліту та пропускають через систему постійний струм. Процес називається анодуванням (по-іншому, анодним оксидуванням або анодним окисленням), оскільки алюміній виступає в ролі анода. Технологію застосовують, коли важливе виконання наступних завдань:
- Збереження цілісності та рівномірності покриття в процесі експлуатації (термін служби покриття становить 20 років).
- Опір корозійним процесам високому рівні.
- Збереження зовнішньої естетики. Покриття вирівнює подряпини, вм'ятини та інші незначні дефекти металевої поверхні.
Де застосовують анодований метал
Технологія покращила початкові властивості металу. Анодований алюміній застосовується в різних областях техніки і дозволяє досягти різних цілей, наприклад:
- Захист від корозії будівельних конструкцій. Алюмінієві конструкції набули популярності у 60-х роках минулого століття, і незабаром анодування витіснило рідке фарбування. Стандарт товщини шару у різних країнах становить 15-25 мкм, залежно від умов довкілля.
- Використання властивостей, що відбивають. Блискуча поверхня знайшла застосування в різних галузях техніки, від теплових відбивачів (у нагрівальних рефлекторах), до відбивачів прожекторів та світлових елементів. Шар товщиною 1-2 мкм з легкістю переносить підвищену вологість та температуру.
- Опір зносу, зменшення тертя. Гладке покриття значно знижує зношування і збільшує твердість деталей, що працюють на тертя. Тому шар завтовшки до 60 мкм використовують для покриття деталей механізмів та двигунів.
- Створення плівки-діелектрика. Електричний ізолятор у вигляді анодованого алюмінієвого шару використовують в електролітичних конденсаторах, деяких типах трансформаторів.
- Особливо тверда мікроплівка знайшла застосування в авіа-і кораблебудуванні, будівництві (будівельні профілі).
- Оксидні плівки потрібні у виробництві нагрівальних та охолоджуючих приладів.
- Підвищення якості виробів. Анодування алюмінієвого віконного профілю покращує його зовнішній вигляд, маскує незначні дефекти, тобто підвищує якість продукту.
- Різноманітність дизайну. Процес дозволяє отримати різні кольори (включаючи імітацію бронзи, срібла, золота) анодовані покриття. Це збільшує привабливість виробів (наприклад, петель, ручок, балюстрад) та дозволяє точніше вписати їх в інтер'єр.
- Підтримка чистоти. Драбина з незахищеного алюмінію бруднити руки. Тому виробники зазвичай прагнуть захистити анодним покриттям такі вироби як рукоятки, перила, в'язальні спиці.
Технологія твердого анодування
У заводських умовах застосовують спеціальне обладнання (наприклад, автоматичну гальванічну лінію), щоб провести анодування алюмінію; технологія включає такі етапи:
- Виріб готують двома способами, механічним та електрохімічним. Поверхня піддається шліфування та знежирення. Потім метал освітлюють, занурюючи послідовно в луг та кислоту. Наприкінці виріб промивають.
- Заготівлю підвішують на кронштейни і занурюють у ванну з електролітом та катодом. Процес протікає за певних параметрів струму.
- Після анодування новий шар виглядає пористим і його необхідно закріпити. Для цього використовують два методи: занурюють заготовку в прісну киплячу воду або в розчин з особливим складом. Закріплення покращує експлуатаційні властивості алюмінію.
- Якщо виріб призначений для фарбування (рідкою порошковою фарбою), етап закріплення пропускають. На пористій поверхні фарба тримається в рази краще; вона заповнює пори, і поверхня виходить рівною.
Якість анодування залежить від параметрів процесу: щільності струму та температури електроліту:
- Тверда плівка утворюється при високій щільності струму та низькій температурі.
- М'яке та пористе покриття формується, якщо щільність струму низька, а температура – висока.
Тверде анодування застосовується у промислових умовах. Його особливість полягає в тому, що нерідко задіють не один електроліт (сірчану кислоту), а кілька (оцтову, борну, щавлеву, винну). У стандартних умовах використовують розчин сірчаної кислоти. Але, якщо в заготівлі багато щілин, проміжків, то її замінюють хромовою кислотою.
Тепле анодування
Альтернативний метод отримання блискучого шару – тепле анодування, яке можна виконати за умов домашньої майстерні. Метод має такі особливості:
- У домашніх умовах неможливо точно витримувати задану температуру та інші умови під час електролітичної реакції.
- Анодоване покриття виходить пористим, що добре, якщо планується фарбування виробу.
- Шар виходить недостатньо міцним, може зруйнуватися під час експлуатації під дією зовнішніх агентів (наприклад, морської води), його нескладно подряпати, у нього низька стійкість до стирання.
Робота виконується за кімнатної температури (в середньому, 15-20°C, але не більше 40°C). Етапи робіт повторюють заводську технологію, Деталь закріплюється на підвісі, знежирюється (наприклад, азотної кислоти), промивається в дистильованій воді і опускається в розчин оксидування.
Коли приблизно через півгодини плівка готова, її виймають з ванни з електролітом, промивають у холодній воді. Потім деталь фарбують у гарячому розчині анілінового барвника відповідного відтінку, промивають водою та сушать. Якщо метал фарбуватиметься, процес закріплення не потрібен, оскільки пори будуть заповнені фарбою.
Холодне анодування
Технологічно процес аналогічний попередньому варіанту, єдина відмінність полягає в тому, що таке анодування протікає за зниженої температури, в проміжку від -10 до +10 °C. Перевага способу полягає в тому, що захисна плівка виходить товстою та міцною. Холодне середовище впливає так, що з внутрішньої сторони шар росте швидше, ніж розчиняється із зовнішнього.
Оброблений виріб відрізняється високою стійкістю до корозії. У методики є мінус - анодований метал практично неможливо якісно забарвити органічними складами.
Корисне відео
Висновок
Анодування алюмінію покращує та розширює експлуатаційні характеристики металу. Сутність процесу полягає в нарощуванні оксидної плівки, властивості якої залежить від способу її отримання. У промислових умовах використовується тверде анодування, оксидне покриття виходить міцним та зносостійким.
Тепле анодування дозволяє отримати не дуже міцну пористу структуру, яка, однак, має гарну адгезію і її можна якісно забарвити. Результатом холодного способу стає товстий шар оксиду з високими антикорозійними властивостями.
