что такое анодирование титана
Что такое анодирование титана
Тема создана для обмена опытом,так что не стесняемся,пишем,кидаемся ссылками,сам делал и в интернете многое видел,но всё найти,посмотреть,прочитать я не смогу.
Пришлось вытащить информацию по анодированию из старого компа.Думаю,это будет полезным.Сам начинал пробовать,почитав темы из мастерской,но информации не хватало,приходилось много экспериментировать.
Что нужно для анодирования в домашних условиях:
Источник питания 2-5А постоянного тока с регулировкой от 1 до 150В с шагом 1В.Я использую автотрасформатор 2А с выпрямителем.
Измеритель этого самого напряжения.У меня стрелочный вольтметр на корпусе ЛАТРа,больше используется как индикатор работы ЛАТРа и цифровой тестер для точного контроля.
Ёмкость под электролит для анодирования.В зависимости от электролита из стекла,пластика,металла.У меня колба от термоса из нержавейки,заодно служит катодом.
Электроды,анод обязательно из титана с возможность крепления обрабатываемой детали.Крепёж так же обязательно титановый.Катод может быть из любого металла.
Провода,чтобы всё это соединить.
Сам электролит,т.е. любая токопроводящая жидкость,кола,спрайт,уксус и т.п.Не рекомендую соль и соду,язвочки могут образоваться при напряжении выше 30В.Я последнее время использую лимонную кислоту,она не пахнет.
Этот же набор подходит для анодирования алюминия.
Начнём с того,что не все марки титана подходят для анодирования.Наибольшая цветовая гамма и насыщенные цвета можно получить на сплавах ВТ-20 и ВТ-6.На сплавах,содержащих молибден и хром качество анодных плёнок более низкое.Сплавы,содержащие марганец,типа ОТ-4 не очень подходят для анодирования из-за малой цветовой гаммы и особенно из-за неравномерности покрытия(фото будут ниже).У чистого титана также ограничена цветовая гамма.Это в основном теория,сами знаете,не многие продавцы знают марку титана,а на зуб её не определить 
,нужно пробовать анодировать.
Дальше,картинки соответствия цвета и напряжения не соответствуют истине,точнее соответствуют определённым условиям,т.е. используемому электролиту,температуре электролита,плотности тока,марке титана, которые не указаны.
В результате получилось переливчатое серо-зелёно-малиновое покрытие,которое второй час пытаюсь сфотографировать.Глаз видит а объектив нет.Придётся ждать до завтра.
Кажется здесь видно лучше,звук тоже убрали,сам лоханулся со звуковой дорожкой,все мои коменты пропали.Кому интересно-спрашивайте,постараюсь оперативно ответить(сп.здел,извиняюсь,рядом с интернетом буду только в пятницу)
Теперь про подготовку поверхности.На каком-то из форумов читал,что подготовка не нужна.Возможно это подходит для маленьких деталей типа винтиков,шпеньков,бонок.Для более крупных по площади деталей подготовка поверхности важна.Покрытие получается более насыщенным по цвету,более равномерным и более стойким.
Если марка титана известна,начинаем процесс.Задача-плавно и достаточно быстро поднять напряжение с 0 до напряжения,соответствующего нужному цвету.
Если марка титана ХЗ,то опять же плавно но достаточно медленно поднимаем напряжение до,как нам кажется,нужного цвета.Поэтому и колу не рекомендую использовать-в пузырьках и так плохо видно,а в коле не видно ничего.Достаём деталь,промываем,протираем,сушим,смотрим.Попали в цвет-повезло,ещё не достигли нужного-тоже повезло,опускаем в электролит и повторяем всё по новой,останавливаясь на более высоком напряжении.А вот если цвет проскочили,то всё посложнее.Нужно убрать покрытие и снова подготовить поверхность.И снова в электролит и так до нужного цвета.
Теперь завимость цвета от напряжения и марки шлифованного или стпескоструенного титана.Но это для промышленных предприятий,там другое оборудование,другой электролит и другие возможности.
ВТ20,ВТ6
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Тёмно-синий
20В Синий
25В Тёмно-голубой
30В Голубой
35В Светло-голубой
40В Слабовыраженный светло-зелёный
45В Светло-жёлтый
50В Жёлтый
55В Жёлто-розовый
60В Светло-розовый
65В Розовый
70В Розово-малиновый
75В Малиново-фиолетовый
80В Бирюзовый
85В Зелёный
87В Жёлто-зелёный
ВТ14,ВТ15,ВТ16,ВТ3-1,4201.
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Тёмно-синий
20В Синий
25В Тёмно-голубой
30В Голубой
35В Светло-голубой
40В Слабовыраженный светло-зелёный
45В Светло-жёлтый
50В Жёлтый
55В Жёлто-розовый
60В Светло-розовый
65В Розовый
70В Розово-малиновый
75В Тёмно-бирюзовый
80В Зеленовато-жёлтый
ВТ1-0,ВТ5-1.
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Синий
20В Светло-синий
25В Голубой
30В Бледно-жёлтый
35В Светло-жёлтый
40В Жёлтый
ОТ4,ОТ4-1.
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Тёмно-синий
20В Синий
25В Голубой
30В Светло-голубой
И основные ошибки.
Торопиться не надо.
Почти на всех видео процесс протекает очень быстро.Сам такое снял,только потому,что смотреть 10 мин.на бурление пузырьков никому не интересно.Даже в прозрачном электролите из-за них ничего не видно,нужно выключить ИП,чтобы увидеть,что получается.При быстром увеличении напряжения пузырьков гораздо меньше и заметно изменение цвета,это и показывает видео.
На верхних фото результат анодирования очень не удобного для этого титана ОТ4.Попытка получить голубой цвет.Напряжение 25В,электролит лимонная кислота,время 20мин.Конечно долго,но площадь пластины примерно 300 кв.см.Заметна зависимость качества от подготовки поверхности.На верхнем фото слева наждачка 320грит,справа 1000грит,на нижнем старый оксидный слой не тронут.
Нельзя экономить на электролите,при промышленном анодировании концентрация кислоты в среднем 200 г/л.Желательно перемешивать электролит в процессе анодирования,особенно при небольшом объёме,можно воспользоваться аквариумным компрессором.
Обязательно качественно промыть деталь после электролита и высушить.
Например,не смытая кола за ночь серьёзно портит покрытие.И как эту гадость пьют
О трудностях фотографирования Очередная попытка получить зелёный на титане неизвесной марки,превысил напряжение на несколько вольт,в результате глаз видит золото,на солнце под некоторым углом вылезает полированная медь,а объектив увидел это:
Анодное оксидирование сплавов титана с использованием импульсного тока
Анодное оксидирование (анодирование) применяется для улучшения свойств поверхности металла. Импульсное анодирование (с использованием импульсного тока) проводится для придания поверхности изделия большей физической износостойкости и защиты от коррозии, в том числе при взаимодействии с другими материалами, а цветное (с использованием тока постоянной плотности) — в основном для для окраски. Анодированию могут подвергаться многие металлы, но обычно его используют для обработки изделий из алюминия и титана, а также сплавов на их основе.
Цветное анодирование преследует в основном декоративные и маркировочные цели, поскольку тонкий окрашенный слой обеспечивает только минимальную защиту от коррозии.
Для формирования оксидной пленки повышенной толщины на титановых сплавах в промышленности используется импульсное анодирование — защитный слой, получаемый с его помощью, отличается повышенной твёрдостью и способностью удерживать смазку, что позволяет использовать высокодисперсные смазочные составы, а также сохраняет все основные свойства обработанного сплава без потери прочности или предела усталости. Стоит отметить, что полученное таким методом покрытие имеет ряд преимуществ:
Существуют различные методы импульсного анодирования, позволяющие, например, при высокой плотности тока получить ровное покрытие повышенной твёрдости на титане и его сплавах — для титана это условия искрового разряда при напряжении 80-250 В и плотности тока 10-80 А/дм2.
Сам процесс импульсного оксидирования в промышленных условиях обычно состоит из следующих этапов:
Рассмотрим один из вариантов анодирования более подробно. В качестве электролита используется следующий состав: серная кислота (плотность 1,84) — 205 мл/л, ортофосфорная кислота (плотность 1,7) — 15 мл/л, вода — остальное. Температура электролита 5 гр.С. Длительность импульса тока — 0,1-0,3 сек., частота импульсов — 60-120 имп/мин, плотность тока в импульсе — 5-10 А/дм2. При этом в зависимости от соотношения длительности импульса и паузы формируются пленки различной толщины и качества. При плотности тока 1-2 А/дм2 толщина покрытия составит 2-3 мкм, при наличии мощного источника питания можно получить толщину покрытия до 20 мкм. (при плотности тока до 50 А/дм2). Важно, что использование современных выпрямителей позволяет получить покрытия значительно большей толщины — 20 мкм и более за счёт улучшения параметров импульсов. Например, агрегаты выпрямительные Пульсар СМАРТ, производства компании Навиком, на основе силовых модулей МС 32А/300V позволяют проводить процесс анодирования при высоких плотностях тока (до 160 и выше А/дм2) и рабочих напряжениях до 300 В, регулируя частоту (до 200 Гц) и длительность (от 1 мс) импульсов.
Как понятно из описания выше, качество и толщина покрытия будет в первую очередь зависеть от набора качественных показателей импульсов, генерируемых источником питания — выпрямителем, который должен обеспечивать импульсы требуемых параметров. Традиционно, для анодирования использовались тиристорные преобразователи различных типов, требующие для своей работы дополнительных элементов: силового ключа, управляющегося мультивибратором, разделительного трансформатора соответствующей мощности в сети питания источника, дополнительного сглаживающего реактора и прямого вентиля на выходе источника для компенсации противо-ЭДС ванны с электролитом. Все это вынужденные меры исходя из уровня развития технологий того времени.
Вместо морально устаревших схем в настоящее время целесообразно использовать современные инверторные выпрямители. Они не только обеспечивают более высокое качество импульсов за счёт использования актуальных на сегодняшний день технических решений, но и позволяют получить гораздо большую гибкость настроек параметров: тока, напряжения, длительности и частоты, что даёт возможность создания оксидного покрытия практически любой требуемой толщины и качества.
Отличным решением для промышленных предприятий будет использование выпрямителей серии Пульсар СМАРТ от российской компании «Навиком», которая уже почти двадцать лет поставляет на отечественный и мировой рынок промышленные выпрямительные агрегаты. Основные преимущества выпрямителей от «Навиком» для анодного оксидирования:
Выпрямители Пульсар СМАРТ производства ООО «Навиком» разработаны в соответствии с требованиями Российских и международных стандартов и предназначены для решения широкого спектра задач промышленности. При этом специалисты Навиком всегда готовы адаптировать возможности выпрямителей к требованиям заказчика для обеспечения его потребностей.
Оксидирование титана. Часть 2.
Анодное оксидирование титана (анодирование).
Анодирование это процесс, в котором непосредственно на поверхности металлов образуется покрытие в виде окислов при нагревании, воздействии химических веществ (см. «Оксидирование титана.Часть 1.») или с помощью электричества.
Наиболее распространенным методом формирования оксидного слоя на поверхности титана является процесс оксидирования титана под воздействием электрического тока, при котором титановая деталь помещается в токопроводящий раствор и подключается к аноду. В качестве катода используют пластины из свинца или нержавеющей стали.
Анодное оксидирование титана проводят с целью:
На производстве оксидирование титана проводится анодной обработкой деталей в растворах серной, щавелевой, фосфорной, хромовой кислот или их смесей, иногда с добавками других компонентов.
Составы растворов для повышения коррозионной стойкости:
Раствор №1:
Серная кислота 50 – 60 г/л
Температура 15 – 25°С, плотность тока 1,0 – 1,5 А/дм2.
Время обработки 50 – 60 мин.
При анодировании титана первые 2 – 6 минут поддерживают заданную плотность тока, напряжение на ванне возрастает до 90 – 110 В, после чего плотность тока падает до 0,2 А/дм2. Дальнейший процесс анодного оксидирования титана проводят без регулировки тока. Процесс ведут при перемешивании электролита. Катоды применяют свинцовые или из стали Х18Н9Т. Пленки получаются бесцветные.
Раствор №2:
Серная кислота 18%-ный раствор
Температура 80ºС, плотность тока 0,5 А/дм2.
Время обработки до 8 часов.
Пленка получается черного цвета. Толщина пленки около 2,5 мкм.
Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, нанесение которых требует применения толстых оксидных пленок (20 – 40 мкм) с повышенными адсорбционными свойствами.
Повышение адсорбционной способности достигается за счет увеличения толщины оксидной пленки до 20 – 40 мкм. Для этого используют электролит из смеси кислот.
Состав электролита для получения толстых пленок, г/л:
Серная кислота H2SO4 350 – 400
Соляная кислота HCl 60 – 65
Электрохимическое оксидирование титана проводят при 40 – 50ºС; плотность тока ступенчато повышают через каждые 2 – 3 мин на 0,5 А/дм2 до напряжения пробоя, после которого устанавливается плотность тока 2 – 4 А/дм2, при которой продолжают электролиз до получения пленки требуемой толщины.
Фрикционные свойства титановых деталей улучшаются, если на их поверхность нанесены оксидные пленки толщиной 0,2 – 0,3 мкм.
Состав электролита для получения тонких пленок:
5%-ый раствор щавелевой кислоты.
Электролиз ведут при 18 – 25°С в течение 60 мин. Анодную плотность тока в начале процесса оксидирования титана устанавливают 1 – 1,5 А/дм2 и поддерживают постоянной в течение 5 – 10 мин, напряжение на ванне за это время повышается до 100 – 120 В. В дальнейшем плотность тока понижается до 0,2 – 0,3 А/дм2. Использование коллоидно-графитовой смазки еще больше повышает износостойкость оксидированной поверхности.
Декоративное анодирование титана и его сплавов позволяет получить различные интерференционно – окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). Решающее влияние на цветность пленки оказывает напряжение при анодировании титана и состав сплава (см.«Покрытие титана. Часть 1.»).
Декоративное анодирование титана.
При обработке сплава ВТ-5 в 15%-ном растворе H2SO4 с повышением температуры и напряжения на ванне окраска формируемых пленок изменяется от светло-коричневой до фиолетовой. Увеличение продолжительности электролиза также сказывается на окраске пленок (см. «Пассивация металлов»).
Меньшая зависимость окраски оксидных пленок от температуры наблюдается при введении в состав электролита хромового ангидрида.
Состав электролита для стабильного окрашивания титана, г/л:
Хромовый ангидрид CrO3 140
Цвет пленки в данном случае изменяется только с продолжительностью электролиза при постоянном напряжении или с величиной приложенного напряжения.
Так, при обработке титана ВТ1-0 в течение 15 мин и повышении напряжения от 5 до 50 В цвет пленки сначала бывает бледно-коричневый, затем синевато-фиолетовый и потом золотисто-желтый. При постоянном напряжении 50 В и увеличении продолжительности электролиза от 1 до 15 мин цвет пленки изменяется от светло-голубого до золотисто-желтого.
Анодированные изделия могут служить много лет без изменения своих декоративных свойств. Анодная защита от коррозии настолько эффективна, что может защитить детали от самых агрессивных воздействий.
Металлы IV группы побочной подгруппы (Ti, Zr, Hf)
Цель анодирования титана
В процессе анодирования изделие из титана покрывается оксидной пленкой, которая образуется из самого металла в результате электрохимической реакции.
Анодирование изделий из титана также называют анодным оксидированием. Если сравнивать анодирование в условиях промышленного производства с применением специального оборудования и самостоятельное покрытие оксидной пленкой, то, конечно, второй способ несколько уступает качеством результата. Но тем не менее металл, обработанный в домашних условиях, приобретает ряд неоспоримых преимуществ:
Анодирование титана в условиях производства позволяет провести более глубокую обработку деталей, однако даже в домашних условиях можно добиться повышения износостойкости металлических изделий.
Применение титаноксида
Титан образует множество оксидов, однако подавляющее большинство применений имеет только оксид титана (IV) или двуокись. Среди других подобных соединений она является важным керамическим материалом и важнейшим пигментом.
Рис.1. Гранулированный суперконцентрат пигмента TiO2.
Суть применения двуокиси титана в современной индустрии базируется на способности мелкодисперсного порошка оксида с размером частиц от 20 до 50 нанометров демонстрировать очень высокую отражательную способность. Это свойство позволяет применять диоксид титана в качестве белого пигмента при изготовлении красок, известных как «титановые белила». Кроме того, пигмент повсеместно применяется при производстве эмалей, окраске бумаги, пластмасс и эластомеров, синтетических волокон, керамической продукции, стекла и многого другого. Титановые краски имеют ряд преимуществ перед аналогами и прежде всего ранее широко применяющимися свинцовыми белилами:
— отсутствие токсичности (кроме порошкообразной формы – см. ниже),
— имеют более высокие эксплуатационные характеристики, надежность и долговечность.
В промышленности производства и переработки пластмасс и эластомеров диоксид титана является одним из самых важных пигментов. Он применяется в основном в двух формах:
Также двуокись титана используется при приготовлении жидких красителей для пластмасс, опудривании гранул непосредственно пигментами и т.д.
Рис.2. Типичное изделие из ПВХ окрашенное в массе
Способы и методы
В домашних условиях обработку титана осуществляют с использованием холодной или теплой технологий.
Холодный метод
Согласно уравнению оптимальная температура, при которой необходимо осуществлять процессы анодирования по данной технологии, – 0 °C. Однако допустимы колебания от –10 до +10 °C. Именно при таких температурных нормах происходит образование прочной и целостной оксидной пленки на поверхности детали из титанового сплава. Холодный метод позволяет в домашних условиях провести процедуру твердого анодного оксидирования.
При правильной регулировке силы тока можно осуществить напыление с помощью гальваники, используя в качестве материала золото, медь или хром. Такое барьерное покрытие защитит изделия из титана от окислов и ржавчин, что продлевает срок его службы до нескольких десятков лет.
Главный недостаток такой технологии анодирования – невозможность дальнейшей покраски объекта обработки.
Теплый метод
Самый доступный метод для реализации в домашних условиях. Анодирование можно проводить при комнатной температуре воздуха.
Технология предусматривает использование органических красителей, благодаря которым металлу можно придать удивительно красивый декоративный вид. Подойдут как готовые красящие составы, так и подручные красители из домашней аптечки: йод, зеленка, марганцовка, йодинол и прочее.
К сожалению, такая технология не рассчитана на проведение твердого анодирования. Барьерные свойства оксидной пленки очень слабые, как и защита от механических повреждений. Однако при дальнейшем окрашивании оксидное покрытие проявляет высокие адгезивные способности. Эмалевые краски прекрасно сцепляются с таким покрытием, и в свою очередь обеспечивают изделию из титана надежную защиту от коррозии.
Анодное оксидирование сплавов титана с использованием импульсного тока
Анодное оксидирование (анодирование) применяется для улучшения свойств поверхности металла. Импульсное анодирование (с использованием импульсного тока) проводится для придания поверхности изделия большей физической износостойкости и защиты от коррозии, в том числе при взаимодействии с другими материалами, а цветное (с использованием тока постоянной плотности) — в основном для для окраски. Анодированию могут подвергаться многие металлы, но обычно его используют для обработки изделий из алюминия и титана, а также сплавов на их основе.
Цветное анодирование преследует в основном декоративные и маркировочные цели, поскольку тонкий окрашенный слой обеспечивает только минимальную защиту от коррозии.
Для формирования оксидной пленки повышенной толщины на титановых сплавах в промышленности используется импульсное анодирование — защитный слой, получаемый с его помощью, отличается повышенной твёрдостью и способностью удерживать смазку, что позволяет использовать высокодисперсные смазочные составы, а также сохраняет все основные свойства обработанного сплава без потери прочности или предела усталости. Стоит отметить, что полученное таким методом покрытие имеет ряд преимуществ:
Существуют различные методы импульсного анодирования, позволяющие, например, при высокой плотности тока получить ровное покрытие повышенной твёрдости на титане и его сплавах — для титана это условия искрового разряда при напряжении 80-250 В и плотности тока 10-80 А/дм2.
Сам процесс импульсного оксидирования в промышленных условиях обычно состоит из следующих этапов:
Рассмотрим один из вариантов анодирования более подробно. В качестве электролита используется следующий состав: серная кислота (плотность 1,84) — 205 мл/л, ортофосфорная кислота (плотность 1,7) — 15 мл/л, вода — остальное. Температура электролита 5 гр.С. Длительность импульса тока — 0,1-0,3 сек., частота импульсов — 60-120 имп/мин, плотность тока в импульсе — 5-10 А/дм2. При этом в зависимости от соотношения длительности импульса и паузы формируются пленки различной толщины и качества. При плотности тока 1-2 А/дм2 толщина покрытия составит 2-3 мкм, при наличии мощного источника питания можно получить толщину покрытия до 20 мкм. (при плотности тока до 50 А/дм2). Важно, что использование современных выпрямителей позволяет получить покрытия значительно большей толщины — 20 мкм и более за счёт улучшения параметров импульсов. Например, агрегаты выпрямительные Пульсар СМАРТ, производства компании Навиком, на основе силовых модулей МС 32А/300V позволяют проводить процесс анодирования при высоких плотностях тока (до 160 и выше А/дм2) и рабочих напряжениях до 300 В, регулируя частоту (до 200 Гц) и длительность (от 1 мс) импульсов.
Как понятно из описания выше, качество и толщина покрытия будет в первую очередь зависеть от набора качественных показателей импульсов, генерируемых источником питания — выпрямителем, который должен обеспечивать импульсы требуемых параметров. Традиционно, для анодирования использовались тиристорные преобразователи различных типов, требующие для своей работы дополнительных элементов: силового ключа, управляющегося мультивибратором, разделительного трансформатора соответствующей мощности в сети питания источника, дополнительного сглаживающего реактора и прямого вентиля на выходе источника для компенсации противо-ЭДС ванны с электролитом. Все это вынужденные меры исходя из уровня развития технологий того времени.
Вместо морально устаревших схем в настоящее время целесообразно использовать современные инверторные выпрямители. Они не только обеспечивают более высокое качество импульсов за счёт использования актуальных на сегодняшний день технических решений, но и позволяют получить гораздо большую гибкость настроек параметров: тока, напряжения, длительности и частоты, что даёт возможность создания оксидного покрытия практически любой требуемой толщины и качества.
Выпрямители Пульсар СМАРТ производства ООО «Навиком» разработаны в соответствии с требованиями Российских и международных стандартов и предназначены для решения широкого спектра задач промышленности. При этом специалисты Навиком всегда готовы адаптировать возможности выпрямителей к требованиям заказчика для обеспечения его потребностей.