3 способа анодирования металла
Защищать металлические изделия от агрессивного воздействия внешней среды можно по-разному. В том числе покрытием красками на масляной, глифталевой, пентафталевой, полиэфирной и эпоксидной основе – с разной степенью адгезии и разной долговечностью. Но ничто не сравнится с анодированием — таким методом защиты, как создании с помощью электрохимического процесса защитной оксидной плёнки. Анодирование также называют — анодным оксидированием.
Оксидировать можно практически все металлы и сплавы, кроме чистых железа и меди. Связано это с тем, что эти два металла образуют сразу два оксидных соединения на своей поверхности. Как бы конкурирующих друг с другом, и потому это плохо сказывается и на прочности самой оксидной плёнки, и на её адгезии (то есть связанностью) с поверхностью.
Откуда появился сам термин
При электрохимическом создание оксидной плёнки на поверхности металлов деталь/изделие опускают в ванну с электролитом. Чаще всего это раствор кислоты. Электролиты электропроводны (что ясно из самого названия). Когда через раствор пропускают постоянный ток (это важно, чтобы ток постоянно шёл в одном направлении!), на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, с помощью которого образуется оксидный, то есть окисленный целенаправленно, слой с заранее заданными свойствами, зависящими от силы тока и концентрации раствора кислоты. А так как эта деталь в системе «катод-электролит-деталь» является анодом, то и создание защитной плёнки назвали «анодированием». Или «оксидированием».
Варьируя силу тока и использование специальных добавок-присадок, можно добиться практически любой окраски анодированного покрытия.
Что дает анодирование
Чем-то анодирование похоже на гальванические процессы, возникающие во время хромирования или оцинковки стали. Но есть существенная разница: исключено использование посторонних веществ, пусть даже похожих по свойствам и химическому составу. Оксидирование ведётся на основе самого металла, подвергаемого электрохимическому воздействию.
При анодировании процесс поддаётся регуляции, оксидному слою придаются заранее заданные свойства, а результатом служит прочность оксидируемого участка.
Лучше всего защитный слой в результате анодирования образуется на таких металлах, как алюминий, титан, сталь, тантал. Главное же требование к технологии, чтобы металл имел только один оксид с высокими адгезивными свойствами.
Но для обеспечения адгезии нужна пористая структура, которая обеспечит соприкосновение рабочей смеси с чистым металлом поверхности, что значительно ускоряет процесс оксидирования.
Получается, что при электрохимическом процессе могут образовываться два типа оксидных защитных покрытий, отличающиеся как назначением, так и строением.
Впрочем, созданием защитных слоёв процесс анодирования не ограничивается. Применяя разные материалы и меняя уровень напряжения, можно получить разные оттенки анодированной плёнки. Чем активно пользуются дизайнеры при оформлении интерьеров, когда облицовочным материалом служит алюминий.
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.
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.
Способы анодирования
Образование на металлах оксидной плёнки зависит от выбранной технологии со всеми её факторами вроде типа электролита, мощности подаваемого тока, поверхности детали-анода. Универсальность раз и навсегда отработанных методов позволяет проделывать процесс анодирования даже в домашних условиях – нужно только владеть технологиями, от которых будет зависеть цвет получаемой оксидной плёнки. Минимизировать вред для здоровья от испарений кислот вряд ли получится, вряд ли в условиях домашней мастерской можно обеспечить герметичность ванны, эффективную систему вытяжки и фильтрации воздуха..
Среди разных видов анодирования популярен процесс нанесения цветной оксидной плёнки. Популярность его связывается не только с декоративностью получаемого покрытия, но и с разной степенью его прочности, которая зависит от цвета.
Теперь о методах, вынесенных в заголовок материала, а именно:
Тёплый метод
В большинстве случаев используется как промежуточный, ибо получаемые на его основе оксидные плёнки не стойки к воздействиям.
Холодный метод
При холодном методе скорость образования анодированной плёнки выше скорости растворения металла на катоде, что обеспечивает высокую прочность получаемого защитного слоя. Но обязательно требование поддержания температуры раствора электролита на уровне не выше 5⁰С, что и дало название методу. Так как температура раствора в ванне в её середине всегда выше, чем у бортов, необходимо обеспечить циркуляцию раствора.
Твёрдое анодирование
Самая лучшая для высокого качества покрытия на стали. Такой способ анодирования применяют в аэрокосмической промышленности, где часто требуются запредельные нагрузки на узлы и агрегаты. Особенность метода — применение сложных по составу электролитов, а рецептура таких составов защищена патентами с международной регистрацией.
Преимущества анодированных поверхностей
Анодирование разных металлов
Нержавеющая сталь
Самый трудный для анодирования объект из-за своей химической инертности. Чтобы получить на ней оксидированную поверхность, нержавейку предварительно подвергают процедуре никелирования. Хотя сейчас ведется активная разработка специальных диффузионных паст, на которых оксид будет образовываться без никелевой «подушки».
Оксидированию поддаётся плохо, а там, где это требуется, применяют дорогие соли в качестве присадок к электролитам или используют не экологичные фосфатные или оксалатные растворы. На практике этот процесс применяют крайне редко.
Титан
Металлические изделия из титана проходят обязательную процедуру оксидирования, из-за того, что нанесение оксидной плёнки на 15-28% увеличивает износостойкость верхнего слоя изделий из титана. А также дополнительно придаёт изделиям декоративность, кардинально меняя цвет. Титан очень нетребователен к составу кислот для электролитических реакций – подойдёт практически любая.
Серебро
Для создания оксидной плёнки на серебре, применяют серную печень – сплав порошкообразной серы с поташом при сильном нагревании без присутствия воды. Впрочем, такой метод нанесения оксидных плёнок применяют и для бронзы, где получаемая плёнка называется искусственной патиной. На серебре обработка таким реактивом способна дать синий и фиолетовый цвета. Но без изменения свойств серебра как металла.
Анодирование алюминия
Оксидирование этого металл даёт самые широкие возможности с широчайшей сферой применения. Есть много способов образования на поверхности этого металла оксидов, более половины из них связаны с получением цветных ярко окрашенных, поверхностей.
Заключение
Анодное оксидирование — универсальный метод защиты многих металлов, а также технологией, позволяющей приготовить металлы к прочной окраске, когда оксидные плёнки бывают пористыми. Анодирование также придает поверхностям дополнительные декоративные свойства. А доступность многих материалов и оборудования позволяет, при обеспечении минимальных мер безопасности, делать анодирование металлов в кустарных условиях.
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.
С появлением технологии анодирования к замечательным свойствам алюминия добавились результаты химической модификации – высокая коррозионная стойкость и сопротивляемость к механическим воздействиям.
Что такое анодирование
Процессом анодирования называется электролитическая химическая реакция металла с окислителем. Тонкий слой оксида наносится на металлическую поверхность, которая в процессе реакции исполняет роль анода. За счёт поляризации в электролитической проводящей среде тонкой оксидной плёнкой можно покрывать как чистые металлы, так и различные сплавы. Оксидный слой эффективно защищает от коррозии и выгорания при воздействии прямых солнечных лучей. Наиболее востребованы в промышленности подвергшиеся анодированию сплавы алюминия и магния.
Конечной целью анодирования является создание на поверхности листа алюминия так называемой АОП – анодной оксидной плёнки. Она выполняет две основные функции:
Во втором случае в проводящую среду добавляются красители различных цветов со строго определённым химическим составом.
Первыми внедрили в производство промышленное анодирование алюминия инженеры из Великобритании. Созданный таким способом лёгкий и прочный металл начали применять в авиационной промышленности. Позже появился стандарт анодирования металла, который успешно применяется в современном авиастроении. Он имеет номенклатурную маркировку DEF STAN 03-24/3.
В состав покрытия входят два компонента:
Краска, нанесённая в соответствии со стандартом, очень устойчива к истиранию и другим механическимповреждениям.
Технология анодирования
На сегодняшний день наибольшее распространение получил процесс сернокислого анодирования алюминия. Его суть в следующем:
Скорость роста анодного слоя на поверхности металла неравномерна и очень невысока. Оптимальное количество окрашенного окисла наносится по достижении плотности тока 1,5-1,6 А/дм². При меньших показателях слой получается практически бесцветным. Большие значения катодной плотности (отношения размера катода к величине обрабатываемой поверхности) вызывают затруднения при обработке массивных деталей – появление прогаров и растравливание. Оптимальная площадь катода – х2 по отношению к размеру обрабатываемой детали.
Также очень важно контролировать зажим и электрический контакт детали с подвеской.
Кроме серной кислоты в качестве электролита при анодировании могут использоваться другие вещества и соединения:
Технология процесса при этом не изменяется. Конечной целью при выборе электролитической среды является получение слоя с определёнными физическими характеристиками перед повторным окрашиванием.
Тёплое анодирование
Процесс тёплого анодирования осуществляется при температуре окружающей среды 15-20 °C. У деталей, обработанных таким способом, есть две отрицательные особенности:
Процесс тёплого анодирования состоит из шести этапов:
Слои плёнки, полученной методом теплого анодирования, получаются исключительно красивыми. Такой алюминий лучше использовать в конструкциях, не подвергающихся резким внешним воздействиям. Кроме того, анодированный слой является отличной основой для повторного окрашивания из-за высочайшего показателя адгезии красителей. Нанесённая краска будет держаться очень долго.
Холодное анодирование
Алюминий получает отличные физические характеристики:
При холодном анодировании нужно обязательно осуществить следующие процедуры:
Отличительной особенностью процесса является большое время принудительного охлаждения. После этого слой анодированного алюминия становится абсолютно невосприимчивым к воздействию агрессивных сред. Только титан спустя несколько десятков лет способен незначительно снизить физические характеристики полученного холодным способом анодированного алюминия.
Покрытие характеризуется исключительной красотой и износостойкостью. У технологии есть только один минус: при повторной окраске можно пользоваться только неорганическими соединениями.
Для чего анодируют алюминий и как его применяют
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.
Способность анодной плёнки отлично впитывать красители различного химического состава делают обработанный таким способом алюминий отличным декоративным материалом. Он широко применяется для внешней отделки интерьеров зданий и сооружений.
Незаменимы алюминиевые конструкции при создании:
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!
Что такое анодированный алюминий и как анодируют алюминиевый профиль
Алюминий сам по себе в обычных атмосферных условиях покрывается оксидной пленкой. Это естественный процесс под влиянием кислорода. Практически использовать его невозможно, так как пленка слишком тонка, почти виртуальна. Но было замечено, что она обладает кое-какими замечательными свойствами, которые заинтересовали инженеров и ученых. Позже они смогли получать анодированный алюминий химическим способом.
Оксидная пленка тверже самого алюминия, а значит, защищает его от внешних воздействий. Износостойкость у деталей из алюминия с оксидной пленкой значительно выше. Кроме того, на покрытую поверхность гораздо лучше ложатся органические красители, следовательно, она имеет более пористую структуру, что повышает адгезию. А это очень важно для изделий с последующей декоративной обработкой.
Так, инженерные исследования и опыты привели к изобретению способа электрохимического образования оксидной пленки на поверхности алюминия и его сплавов, который получил название анодное оксидирование алюминия, – это ответ на вопрос «что такое анодирование».
Анодированный алюминий очень широко применяется в различных областях. Галантерейные изделия с декоративными покрытиями, металлические оконные и дверные рамы, детали морских кораблей и подводных аппаратов, авиационная промышленность, кухонная посуда, автомобильный тюнинг, строительные изделия из алюминиевого профиля – далеко не полный перечень.
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.
Время зависит от размеров покрываемых деталей. Мелкие получают слой пленки 4–5 микрон уже через 15–20 минут, а более крупные висят в ванне до 1 часа.
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.
Применение других электролитов для получения анодированного алюминия
Есть и другие электролиты для получения оксидной пленки на алюминии, основы процесса анодирования остаются те же, меняются лишь режимы тока, время процесса и свойства покрытия.
Преимущества применения алюминиевого анодированного профиля
Анодированный алюминиевый профиль применяется для изготовления навесных вентилируемых фасадов, монтажных лестниц, поручней. Защитная пленка не только защищает сам металл, но и ваши руки от серой алюминиевой пыли. Женщинам интересно будет узнать, что алюминиевые вязальные спицы тоже анодируют, чтобы не пачкались ручки мастерицы. Но и в строительстве анодированный алюминий получил свое применение.
Анодирование алюминиевого профиля используют при монтаже навесных вентилируемых фасадов в высоко- агрессивных средах. Высоко- агрессивные среды- это приморские районы ( из-за высокого содержания солей в воздухе) или территории вблизи заводов. Города миллионники редко имеют высоко- агрессивную среду, чаще средне- агрессивную. Присвоение класса агрессивности происходит на уровне специальных служб сан-эпидемического надзора по согласованию с администрацией города – нужно искать в их постановлениях.
Еще одно важное преимущество – окраска анодированной поверхности. Наверное, это основной плюс описанного процесса. Появилась возможность декоративной обработки изготовленных алюминиевых изделий, что сразу принесло к большому распространению его применения.
Высокая износостойкость анодной пленки способствовала увеличению содержания анодированных алюминиевых деталей в общем объеме судостроительных и авиастроительных предприятий.
Фасады многих Олимпийских объектов в Сочи выполнены с помощью технологии Навесной Вентилируемый Фасад на алюминиевых анодированных системах.
Зачем нужно анодирование
Что такое анодирование и зачем оно нужно?
Вы, возможно, обращали внимание, что на дорогих велосипедах некоторые запчасти и компоненты не покрашены и не отполированы, а как будто покрыты каким-то исключительно гладким и красивым материалом. Обычно это ноги вилки и шток амортизатора, но зачастую встречаются и другие детали, начиная от крупных, типа руля или ободьев, заканчивая всякой мелочью, типа крутилок настройки и колпачков. Так вот, это необычное покрытие и называется анодированием. И несет в себе оно сразу несколько полезных функций.
Суть явления
Итак, анодирование — это процесс, при котором деталь погружают в ванну с электролитическим раствором. В этой же ванне установлены катоды. Когда электрический ток проходит через раствор кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Благодаря этому на поверхности детали образуется оксидный слой, который защищает ее от зла и добавляет целую пачку полезных свойств. Поскольку деталь является «анодом» в этом электролитическом процессе, то весь процесс и называют «анодированием».
Методов анодирования и составов растворов довольно много. В зависимости от химического состава используемого раствора и дополнительных добавок варьируется цвет покрытия готовой детали. Как правило, это разнообразные оттенки желтого, оранжевого или коричневого цветов, а также черный. Однако существуют специальные красители для анодирования, которые позволяют получить на выходе почти любой цвет.
Зачем это нужно
Это все ясно, но зачем же это все нужно в велоиндустрии? Как только цена велосипеда взлетает вверх использовать в нем сталь становится малость не комильфо. Поэтому используют алюминий и различные легкие композитные материалы. Алюминий при малом весе обладает хорошей прочностью и поэтому плотно прижился в велосипедном мире. Ну а вслед за алюминием в этот мир пришли и методы его обработки.
Можно выделить три взаимодополняющих назначения анодирования в велотеме.
Любому будет неприятно, если ваша любимая деталь вдруг покроется противными пятнами и со временем просто-напросто сгниет. Анодирование, пока оно цело, отлично защищает детали от этой напасти. Главное не забывайте следить. К тому же, в случае таких важных деталей как ноги вилки и шток амортизатора повреждение анодирования повлечет за собой помимо коррозии, окисления и некрасивого вида массу неприятностей, таких как, например, протекание масла через образовавшуюся щель.
Ну и, разумеется, определенное значение имеет эстетический момент. Анодированные детали отличаются внешне от крашеных. Для тех, кому важны внешний вид и цветовая гамма байка рынок предлагает огромный ассортимент разноцветных анодированных деталей, начиная от выносов и педалей, заканчивая бонками и колпачками на камеры. В эту же категорию можно включить бесцветные покрытия, которые дают интерференционные эффекты при отражении света. Обладая светоотражающим эффектом такое покрытие способствует лучшей заметности велосипедиста в ночное время.
Особенности ухода за анодированным покрытием
Речь пойдет о вилках и амортизаторах. Царапина или потертость на анодированном руле скорее всего ничего кроме проблем с эстетикой не сулит. А вот с подвижными ногами все намного сложнее и драматичнее. Начнем с того, что даже маленькая царапина на ноге может повлечь огромные проблемы, особенно если расположена в наиболее подвижной части ноги. Поэтому, в идеале надо стараться вообще не допускать царапин и потертостей на ногах.
Если злой рок все-таки оказался неизбежен, то постарайтесь аккуратно наждачкой-нулевкой убрать все образовавшиеся заусенцы. Иначе они будут царапать башинг и пыльники, а те в отместку будут развивать объем царапины, и придет все к тому, что образуется цель такого диаметра, что из нее начнет со свистом вытекать масло.
Старайтесь следить за состоянием пыльников и башингов, потому что, будучи забиты песком, они имеют неприятную особенность начинать обирать ноги. А также следите за тем, чтобы вилка не работала на сухую. Чревато теми же проблемами.
Резюме
Если вы гордый обладатель спортивного горного велосипеда, скорее всего на нем установлена вилка, имеющая ноги с анодированным покрытием. Это хорошо, она легкая, долговечная и отзывчивая в работе. Следите за ней, вовремя меняйте масло, не кладите велосипед на ноги, проверяйте башинги и по возможности делайте регулярное ТО, особенно после эксплуатации велосипеда в жестких условиях с обилием грязи и пыли. И тогда ваш велосипед принесет вам много положительных эмоций.
