Что такое анодирование алюминия?

Анодирование алюминия — это электролитический процесс, используемый для увеличения толщины плотно прилегающего оксидного слоя, который естественным образом образуется на любой алюминиевой поверхности, подвергаемой воздействию воздуха.

Анодированный слой имеет пористую упорядоченную структуру. Эта пористость позволяет легко выполнять вторичные процессы на анодированных деталях, такие как окрашивание их красителем или герметизация их поверхностей.

Слой анодированного оксида действует как барьер, защищающий алюминий от коррозии и износа лучше, чем природный оксид алюминия. Анодирование алюминия — широко используемый процесс обработки металла, потому что он недорогой, долговечный и не требует специальных навыков или оборудования.

Какова цель анодирования алюминия?

Целью анодирования алюминия является повышение его износостойкости и коррозионной стойкости. Алюминий является популярным металлом для производства продуктов от кухонной посуды до автомобильных запчастей, потому что он прочный, но при этом легкий.

Однако алюминий также очень подвержен коррозии и износу, когда коррозионный потенциал окружающей среды увеличивается, например, при воздействии морской воды и других экстремальных условиях.

Чтобы предотвратить это, производители часто анодируют металл, что создает тонкий оксидный слой, защищающий от коррозии и износа. Анодированный алюминий также часто используется из-за его эстетических свойств, поскольку в процессе анодирования можно получить различные цвета.

Где используется анодированный алюминий?

Анодирование алюминия используется везде, где алюминиевые компоненты могут подвергаться коррозии или износу, например, автомобильные детали, велосипеды и уличная мебель.

Анодированный алюминий можно легко покрасить, чтобы получить цветную поверхность, устойчивую к царапинам. Поэтому он используется для многих потребительских товаров, чтобы улучшить их внешний вид и увеличить срок службы.

Примеры применения включают архитектурную облицовку, алюминиевые изделия, лодки и кухонную утварь. Анодирование также превращает алюминий в изолятор, поскольку оксидное покрытие не является проводящим.

Как работает анодирование алюминия?

Анодирование алюминия основано на естественной склонности алюминия к образованию тонкого оксидного покрытия на его поверхности.

Процесс анодирования делает покрытие более толстым и однородным, улучшая его защитные свойства в областях применения с более высокими требованиями к сопротивлению коррозии и износу. Прежде чем алюминий можно будет анодировать, его необходимо очистить, а естественное оксидное покрытие должно быть вытравлено.

Для анодирования чистой алюминиевой поверхности ее погружают в емкость с электропроводящим раствором. Электролит замыкает цепь между алюминиевым анодом и инертным катодом (сделанным из такого материала, как углерод), который может проводить электричество, но не вступает в реакцию с электролитом.

Электролит обычно представляет собой серную или хромовую кислоту в зависимости от типа анодирования алюминия и служит для увеличения скорости добавления анодного слоя.

Процесс анодирования включает анодирующий резервуар, анод (положительный электрод) и катод (отрицательный электрод). Через ванну анодирования пропускают постоянный ток. Алюминий отдает электроны со своей поверхности, оставляя положительно заряженные ионы алюминия.

Электроны, покидающие катод, участвуют в образовании отрицательно заряженных ионов кислорода, которые мигрируют к поверхности алюминия и объединяются с ионами алюминия, образуя тонкий слой оксида алюминия. Толщину этого слоя можно регулировать, регулируя плотность тока, время, температуру и концентрацию раствора электролита.

Первый слой образовавшегося оксида, называемый барьерным слоем, будет сплошным, без пор. Однако по мере того, как оксидный слой продолжает накапливаться, он будет препятствовать прохождению тока.

Затем на барьерном слое образуется ряд точек крепления, которые в конечном итоге образуют ряд цилиндрических пор, ориентированных перпендикулярно барьерному слою.

Ток будет распределяться радиально наружу от центра поры, что означает, что последующий оксидный слой будет излучаться наружу, пока не достигнет оксидных слоев окружающих пор.

Как узнать, анодирован ли алюминий?

Есть несколько простых тестов, которые можно выполнить, чтобы определить, была ли анодирована алюминиевая деталь:

Тест на устойчивость к царапинам: попробуйте поцарапать поверхность металла острым предметом. Если поверхность анодирована, ее будет труднее поцарапать, чем алюминий без покрытия.
Вихретоковый контроль: использование вихретокового толщиномера является хорошим методом не только для проверки анодирования детали, но и для измерения толщины покрытия.
Тест проводимости: Все, что требуется для проведения этого теста, — это обычный вольтметр.

Каковы типы процессов анодирования алюминия?

Существует три типа процессов анодирования алюминия:

Тип I — анодирование хромовой кислотой: в этом процессе в качестве электролита используется хромовая кислота, и из всех методов получается самое тонкое покрытие толщиной 2,5 мкм (0,0001 дюйма). Несмотря на уменьшенную толщину, этот процесс обеспечивает сравнимую коррозионную стойкость с двумя другими процессами. Полученное покрытие имеет тенденцию быть темнее и также не принимает цвет из-за его меньшей толщины и меньшей пористости.

Тип II — сернокислотное анодирование: в этом процессе в качестве электролита используется разбавленная серная кислота. Это наиболее часто используемая техника. Можно создать покрытие толщиной от 5,1 до 15,2 мкм (0,0002–0,0006 дюйма). Это покрытие более твердое, чем покрытие, полученное анодированием хромовой кислотой.

Детали, анодированные с использованием процесса типа II, можно легко окрашивать широким спектром красителей. Серная кислота является относительно дешевым электролитом по сравнению с хромовой кислотой.

Тип III — анодирование с твердым покрытием: в этом процессе в качестве электролита используется серная кислота, но он используется для получения гораздо более толстых покрытий, чем анодирование типа II — от 12,7 до 76,2 мкм (от 0,0005 до 0,0030 дюйма) из-за более высокого напряжения, более длительного времени погружения в ванну и более низкая температура ванны. Это покрытие тверже инструментальной стали и используется там, где требуется высокий уровень износостойкости.

Каковы преимущества анодирования алюминия?

Анодированный алюминий обеспечивает ряд преимуществ, в том числе повышенную коррозионную стойкость, износостойкость и электрическую изоляцию. Анодированный алюминий также может быть окрашен в различные цвета.

Анодированный алюминий легче чистить и обслуживать, чем неанодированный алюминий, потому что алюминиевая поверхность покрыта относительно нереактивным поверхностным слоем и не вступает в реакцию с веществами, которые могут оставить пятна на необработанной алюминиевой поверхности.

Каковы ограничения анодирования алюминия?

Процесс анодирования алюминия имеет некоторые ограничения. Например, существует вероятность того, что незначительные различия в составе между партиями одного и того же сорта алюминия могут привести к различному внешнему виду отделки поверхности.

Различные поверхности могут затруднить подбор цвета деталей. Хотя все типы алюминия могут быть анодированы, не все хорошо реагируют на анодирование. Алюминиевые сплавы серий 5,6 и 7ххх считаются лучшими для анодирования.

Как анодировать алюминий?

Прежде чем алюминий можно будет анодировать, его необходимо очистить и протравить, чтобы удалить грязь, смазочно-охлаждающую жидкость или жир. Очистка обычно выполняется с использованием сильнодействующего обезжиривающего средства с последующим тщательным ополаскиванием.

Далее детали необходимо протравить или осветлить. Этот процесс удаляет любой естественно сформированный оксидный слой и создает чистую однородную поверхность, к которой может приклеиваться анодированный оксидный слой.

После травления детали промывают, затем помещают в нейтрализующий раствор, чтобы удалить все возможные остатки, оставшиеся после травления, а затем снова промывают.

В конце процесса образуется анодный слой, химически связанный с основным алюминием. После достижения необходимой толщины детали промываются и окрашиваются.

Окрашивание анодированного алюминия позволяет солям металлов или химическим соединениям, которые будут давать определенные оттенки, проникать в поры, образовавшиеся в процессе анодирования.

После окрашивания поры должны быть закрыты для оптимальной работы. Герметизация может быть выполнена одним из следующих процессов:

Гидратация: горячая вода или пар вызывают гидратацию оксидного слоя, что вызывает расширение оксидного слоя. Расширение оксидного слоя закрывает поры.
Пропитка: Детали погружаются в резервуар с деионизированной водой и минеральными солями, которые оседают в порах и вступают с ними в химическую реакцию, в результате чего поры закрываются.

Какие материалы необходимы для анодирования алюминия?

Материалы, необходимые для анодирования алюминия: кислотостойкий резервуар для хранения электролита, источник питания постоянного тока для подачи тока, токопроводящий провод для замыкания цепи от источника питания к катоду и аноду, а также катод (обычно в виде свинцовый лист), очищенные и протравленные алюминиевые детали, которые служат анодом, обезжиривателем, травителем и красителем для окрашивания детали после анодирования.

Что происходит с алюминием при анодировании?

Когда алюминий анодируется, на его поверхности образуется слой оксида алюминия, повышающий его стойкость к истиранию и коррозии. Это покрытие также может быть окрашено по желанию.

Какие цвета анодирования алюминия?

Анодированный алюминий может быть окрашен в любой желаемый цвет. Если деталь подверглась дробеструйной очистке перед анодированием, более шероховатая поверхность даст матовую поверхность.

Существует два метода добавления цвета: электролитическое окрашивание и окрашивание погружением. При электролитическом окрашивании используются соли металлов, которые связаны с оксидным слоем, а окрашивание погружением относится к процессу погружения анодированной детали в ванну с красителем.

Электролитическое окрашивание обеспечивает более устойчивое к ультрафиолетовому излучению покрытие, которое лучше подходит для длительного воздействия на открытом воздухе.

Как долго прослужит анодированный алюминий?

Анодированное покрытие может прослужить от 10 до 20 лет. Это зависит от области применения, толщины покрытия и от того, была ли поверхность загерметизирована после анодирования.

Склонен ли анодированный алюминий к ржавчине?

Нет, анодированный алюминий не подвержен ржавчине. Ржавчина обычно используется для описания образования отслаивающегося оксидного слоя на черных металлах, который в конечном итоге разрушает основной металл.

Оксидный слой на алюминии также образуется в результате окисления, но в случае с алюминием он прилипает к поверхности и защищает основной металл от дальнейшего окисления.

В этой статье было представлено анодирование алюминия, объяснено, что это такое, и обсуждены различные типы и преимущества его использования.