Что такое анодированный алюминий
На сегодняшний день алюминий остается очень важным и востребованным материалом для изготовления всевозможных деталей, подделок и прочее. Можно перечислить массу его преимуществ, например, небольшой вес, достаточная прочность, не подвергается коррозии, его легко обрабатывать для дальнейшего использования. Но при всем этом, многих не привлекает его внешний вид. Если вы хоть раз пробовали красить алюминий, то ваши попытки могли заканчиваться безуспешно, ведь краска держится на алюминии очень плохо. Если его использовать без краски, то очень скоро он покроется темными пятнами. Чтобы все это не допустить, была разработана технология анодирования алюминия. Предлагаем вам рассмотреть вопрос о том, что такое анодированный алюминий, какие существуют его разновидности, в каких сферах используется анодированный алюминий и можно ли анодировать этот материал своими руками.
Для чего анодировать алюминий?
Данный металл при нахождении в естественной среде соединяется с кислородом, на поверхности образуется защитная пленка. Защитный слой не позволяет алюминию окисляться. Однако, эти природные оксиды очень тонкие и могут легко повреждаться. Данная проблема решается при помощи анодирования – это позволит улучшить устойчивость металла к неблагоприятным внешним факторам, а также придать более эффектный вид.
Покрытие это не является нанесением именно защитного слоя, как это бывает при покрытии стали хромом или цинком. Оксидная пленка в процессе создания анодированного покрытия формируется непосредственно из самого металла. Анодировать можно не только алюминий, но и другие металлы – титан, магний.
Нередко к анодированию прибегают, когда нужно повысить именно декоративные качества данного металла и придать определенный оттенок. Среди цветов популярны светлый или темный золотистый, цвет жемчуга, серебро с матовым блеском. Цвета покрытия можно менять, используют для этого обычные анилиновые красители, использующиеся для одежды.
В промышленных условиях технология анодирования проводится в 20%-ом растворе серной кислоты. Однако, анодирование алюминия в домашних условиях с применением кислоты может быть опасным, кроме того, это очень неудобно. Вы же не станете использовать именно этот метод?
На видео: как работает анодирование.
Статья по теме: Реставрируем ванну с помощью жидкого акрила: практические советы
Анодированный алюминий
Современные приспособления, изготовленные из металла, очень сильно отличаются от тех, что делались 30-50 лет тому назад. Они стали лёгкими, устойчивыми к вредным воздействиям, минимально опасными для жизни. Анодированный алюминий занимает одно из ведущих мест среди металлов, которые применяются для изготовления таких приспособлений. Анодированный алюминий давно и прочно занял место стали и чугуна там, где кроме прочности и устойчивости к внешним воздействиям требуются другие главные качества – лёгкость и пластичность. Он значительно легче стали, поэтому с успехом заменил её в десятках тысяч единиц продукции, используемых в самых разных областях – промышленности, медицине, туризме, спорте.
Что такое анодирование
Как анодировать алюминий? Анодирование- это такой процесс, при котором получают слой оксидной пленки на поверхности алюминиевой детали. В электрохимическом процессе покрываемая деталь играет роль анода, поэтому процесс и называется анодированием. Самый распространенный и простой способ – в разбавленной серной кислоте под воздействием электрического тока. Концентрация кислоты до 20 %, сила постоянного тока 1,0 – 2,5 А/дм 2, переменного – 3,0 А/дм 2, температура раствора 20 — 22 °С.
Раз есть анод, должен быть катод. В специальной гальванической ванне, где происходит процесс анодирования, детали-аноды закреплены или подвешены посредине. По краям ванны размещаются катоды – пластины свинца или химически чистого алюминия, причем площадь поверхностей анодов должна примерно соответствовать площади катодов. Между катодами и анодами должен обязательно находиться свободный довольно широкий слой электролита.
Подвески, на которых крепятся покрываемые детали, желательно выполнять из того же материала, из которого изготовлены аноды. Не всегда это возможно, поэтому допускаются алюминиевые или дюралевые сплавы. В местах крепления анодов должен быть обеспечен плотный контакт. Места креплений остаются непокрытыми, поэтому для декоративных изделий эти места необходимо выбирать и оговаривать в технологическом процессе. Подвески не снимаются при промывке и последующем хроматировании, они так и остаются на деталях до окончания всего процесса.
После извлечения из анодной ванны детали промывают в проточной воде, затем нейтрализуют в отдельной ванне с 5-процентным раствором аммиака и снова промывают в водопроводной воде.
Пленка станет более прочной, если провести дополнительно финишную обработку. Лучше всего это сделать в растворе бихромата калия (хромпик) концентрацией примерно 40 г/л при температуре около 95 °С, в течение 10–30 минут. Детали в конце приобретают оригинальный зеленовато-желтый оттенок. Таким образом достигается анодная защита от коррозии.
Покраска алюминия анилиновыми красителями
Анодированные таким способом алюминиевые детали покрываем бесцветным лаком или окрашиваем в нужный цвет. Для покраски можно использовать органические или неорганические красители. Часто используют анилиновые красители. Раствор красителя содержит 15 г/л красителя, 1 мл/л уксусной кислоты. Деталь погружают в раствор, предварительно нагретый до 70-800С и выдерживают 10-15 минут. Чем больше время выдержки, тем более интенсивный оттенок и насыщенный цвет получит деталь. Затем деталь сушат и покрывают бесцветным лаком.
В промышленных условиях для окрашивания деталей из алюминия применяют цветное анодирование, при котором применяются специальные электролиты с добавками солей никеля, кобальта или олова. Такие электролиты позволяют получать широкую гамму цветов и оттенков – от светло бронзового до черного. В домашних условиях, анодирование по описанной выше несложной схеме и использование недорогих красителей позволяет добиться высоких декоративных качеств алюминиевой детали и обеспечить ее защиту от внешнего воздействия.
|
Анодирование в домашних условиях — способы и технология
У многих красивое и непонятное слово «анодирование» ассоциируется со сложным физико-химическими технологиями, лабораторными условиями и прочей научной атрибутикой.
Мало кто знает, что этот полезный и несложный процесс можно провести при помощи подручных средств: сделать анодирование титана и других металлов реально даже в домашних условиях.
Но что это такое, и зачем это нужно для металла?
Название анодирования носит процесс, протекающий при использовании электролита и электрического тока различной величины и позволяющий получить на изделии прочную оксидную пенку, которая повышает прочность стали и обеспечивает защиту от коррозии. Прочностные и механические характеристики меняются в зависимости от состава металла, плотности и вида электролита, величины анодного и катодного воздействия, рассчитываемых по специальным уравнениям.
Собственно защитное покрытие не наносится, а образуется из самого железа в процессе электрохимической реакции. Технология, используемая в домашних условиях, схематично выглядит так:
Схема процесса анодирования в домашних условиях
- В диэлектрическую (не проводящую ток) емкость заливается электролит.
- Берется блок питания, способный обеспечить необходимое напряжение постоянного тока на выходе (это может быть аккумулятор или несколько батареек, соединенных в электронные цепи).
- К обрабатываемому предмету подключается зажим «+», и предмет погружается в емкость с раствором.
- Зажим «–» крепится на пластинку из свинца или нержавеющей стали и тоже опускается в жидкость.
- Подключается электрический ток нужной величины, согласно электрохимическому уравнению.
Благодаря ему на поверхности изделия начинает выделяться кислород, способствующий образованию прочной защитной пленки.
Анодное оксидирование (анодирование) различных металлов, проведенное в домашних условиях, конечно, сильно уступает тому, что проводится с применением промышленного оборудования.
Но, все же, оно способно обеспечить изделию ряд преимуществ:
- Повысить устойчивость к коррозии — благодаря тому, что оксидная пленка препятствует проникновению влаги к металлической основе, обеспечивая надежную защиту. Применение такого процесса на быстро ржавеющих предметах обихода или дисках и деталях бытовой техники способно значительно продлить срок их службы.
- Увеличить прочность металла и стали: оксидированное покрытие намного устойчивее к механическим и химическим повреждениям.
- Обработанная таким образом посуда нетоксична, устойчива к длительному нагреву, пища на ней не пригорает.
- Металлические изделия после анодированной обработки приобретают диэлектрические свойства (совсем или почти не проводят ток).
- Возможность провести гальваническое напыление другого металла (хромовое, титановое). Выполненное своими руками, оно способно значительно увеличить прочностно-механические характеристики или повысить декоративные качества (напыление под золото).
Кроме того, процесс дает возможность декорирования. Можно сделать цветное анодное оксидирование.
Такой результат можно получить, изменяя уравнения силы подаваемого тока и плотности электролита (это возможно, когда проводится анодирование титана и других твердых материалов) или с использованием краски (чаще для алюминия и других мягких металлов, но этот процесс применяется и на твердых основах). Окрашенные таким образом предметы имеют более ровный и глубокий цвет.
Промышленный метод дает более высокую прочность покрытия, возможность провести глубокое анодирование с одновременным нанесением катодной электрохимической пенки, дающей дополнительную защиту от коррозии. Но, даже проведенная в домашних условиях анодно-катодная обработка поможет сделать диски или другие детали движущихся механизмов более прочными, износостойкими.
Подготовительный процесс
Чтобы добиться гладкой поверхности, заготовку необходимо отполировать на этапе подготовки. Используйте абразивные круги, например, войлочные, для удаления царапин и затягивания крупных пор. Отсутствие мелких аномалий снижает вероятность коррозии. Анодные пленки не могут скрыть внешние дефекты.
Перед анодированием алюминия важно определить размеры обрабатываемой детали. Поскольку толщина покрытия составляет 50 микрон, накрутить гайку на обработанный винт не представляется возможным
Следует помнить, что анодированные компоненты нельзя полировать, если они соединены с компонентами.
Анодирование в домашних условиях
Для этого процесса требуется контейнер. Емкость для анодирования должна соответствовать размеру детали и быть немного больше. Для этой цели подходят различные ванны. Материал, из которого изготовлен контейнер, — алюминий. Однако если предметы небольшие, достаточно пластиковых контейнеров. На дно и стенки следует укладывать только алюминиевую фольгу. Это необходимо для получения тока равномерной плотности по всему объему.
Электролит должен быть изолирован от внешнего тепла. При нагреве его необходимо заменить. Для предотвращения нагрева внешняя часть резервуара покрывается изоляционным слоем. Он может быть выложен пенопластом толщиной до 50 мм или упакован в коробку, а пустое пространство заполнено монтажной пеной.
Когда к кислоте добавляется вода, смесь сопровождается сильным нагревом, и кислота буквально кипит и распыляется. Поэтому в целях безопасности серную кислоту наливают в емкость с водой.
Перед анодированием алюминия проводится химическая подготовка. Химическая подготовка — это процесс обезжиривания. В промышленных условиях процесс осуществляется с использованием каустической соды или калия. Однако в домашних условиях рекомендуется использовать хозяйственное мыло. Зубная щетка и мыльный раствор используются для удаления поверхностных загрязнений. Затем промойте изделие сначала теплой, а затем холодной водой.
Моющее средство — это альтернатива хозяйственному мылу. Растворите его в герметичном пластиковом контейнере и энергично встряхните заготовку. Затем компоненты промываются и высушиваются в потоке горячего воздуха. Активный кислород в моющем средстве защищает обезжиренный материал, даже если его держать голыми руками.
Как почернить алюминий в домашних условиях — Металлы, оборудование, инструкции
Сущностью процесса анодирования является наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и его сплавах выполняет защитную функцию от воздействий среды. Другое название – анодное оксидирование. Кроме того, оксидирование применяют для повышения эстетичности внешнего вида изделий.
Устраняются поверхностные дефекты– небольшие царапины, мелкие сколы. Можно имитировать покрытие драгоценными металлами или повысить адгезивные свойства. Покрытие можно наносить не только на производстве, но и дома.
Анодирование алюминия в домашних условиях пользуется большой популярностью у домашних умельцев. В изделиях, подвергнутых анодному оксидированию, повышается стойкость защитного покрытия.
Анодирование алюминия
Общие сведения о технологии анодирования
Технология анодирования алюминия схожа с гальванической обработкой. Оседание ионов оксидов раствора на заготовке происходит в жидком электролите при высоких или низких температурах. Использование нагретого раствора возможно в промышленных установках, где есть возможность тщательного контроля и регулирования напряжения и силы тока в автоматическом режиме.
В домашних условиях обычно пользуются холодным методом. Данный способ достаточно прост, не требует постоянного контроля, а оборудование и расходные материалы — доступны. Для приготовления раствора можно использовать электролит, применяемый в свинцовых автомобильных аккумуляторах. Он продается в каждом автомагазине.
Высокая прочность защитной оксидной пленки зависит от ее толщины, которая в домашних условиях получается при обработке в холодном растворе. Наращивание производится ступенчатым регулированием рабочего тока.
Результат анодирования алюминияЧерное анодирование алюминия
Оксидирование алюминия в черный цвет относится к цветному анодированию. Черный цвет получают в два этапа.
Черный алюминий широко используется в строительстве и отделке.
Подготовка электролита
Растворы кислот считаются небезопасными реактивами, поэтому для проведения анодирования алюминия в домашних условиях прибегают к другому типу раствора. Для его приготовления используют соль и соду, которые всегда есть под рукой.
Для приготовления электролита берут две пластмассовые емкости. В них наводят солевой и содовый составы, соблюдая пропорцию: на порцию соли или соды 9 порций дистиллированной воды.
Анодирование в домашних условиях
После растворения компонентов раствор выдерживается с целью оседания не растворившихся частиц на дно. При переливании в емкость для анодирования его необходимо процедить.
Способы анодирования алюминия
Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:
- серную;
- хромовую;
- щавелевую;
- сульфосалициловую.
Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.
Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.
Технология твердого анодирования алюминия
Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:
- микродуговое;
- цветное:
- адсорбцией;
- опусканием в электролит;
- опусканием в красящий раствор;
- гальваникой;
- интерферентное;
- интегральное.
Теплое анодирование
Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.
Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.
Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.
Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.
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 180С до 250С. В большинстве случаев принимается температура в 200С. С применением серной кислоты получают также твердые анодные пленки, в этом случае процесс анодирования проводится при низких значениях температур (от -5 до +5 0С).
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.
Методики анодирования
Анодировать алюминий можно разными способами, по крайней мере, мы упомянем о двух:
- Теплое анодирование.
- Холодное анодирование.
Рассмотрим важные особенности каждой технологии.
Теплое анодирование
Выполняется эта работа при комнатной температуре от 15 до 20 градусов по Цельсию. Процедура известна как легкоповторяемая. При простых манипуляциях можно получить красивый результат. Однако, данный способ не позволяет достигать прекрасной антикоррозийной защиты. При контакте материала с агрессивной средой, коррозия может проявиться. Также заготовка не будет отличаться хорошей механической защитой. Например, покрытый материал легко поцарапать даже иголкой, а иногда можно стереть и рукой.
Но с другой стороны, это покрытие служит прекрасным основанием для дальнейшей обработки материала. Процесс анодирования проходит в такой последовательности:
- Заготовка обезжиривается.
- Изделие крепится в подвеске.
- В ванне необходимо анодировать заготовку до молочно-мутного оттенка.
- После в холодной воде осуществляется процесс промывки.
- Далее происходит процесс окраски заготовки. Для этого используется горячий раствор анилинового красителя.
- На протяжении 30 минут происходит заключительный этап – закрепление всех слоев.
Холодное анодирование
Под этим подразумевается то, что процесс анодирования происходит при температуре от -10 до +10 градусов по Цельсию. Благодаря этому можно достичь намного лучшего качества, твердости и прочности анодного покрытия. Холодный процесс прекрасно демонстрирует небольшую скорость растворения внешней пленки. Как следствие, образуется толстый слой. Совсем обратная ситуация при теплом процессе.
Итак, для достижения таких результатов необходимо создать условия принудительного охлаждения. Без этого создать красивое и износоустойчивое покрытие создать будет невозможно. Если говорить о минусе этой технологии, то она заключается в следующем: поверхность нельзя окрасить органическими красителями.
Технологический процесс того, как происходит холодное анодирование алюминия выглядит так:
- Поверхность тщательно обезжиривается.
- Заготовка крепится в подвеске.
- В ванне происходит процесс анодирования до образования плотного оттенка.
- Осуществляется промывка в холодной и горячей воде.
- Далее происходит процесс варки заготовки в дистиллированной воде. Также изделие выдерживается на пару. Эти действия позволяют закрепить все образовавшиеся слоя.
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.
Подготовка раствора
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.
