Технология анодирования алюминиевых профилей. Что такое покрытие анодированное
Анодирование алюминия: наполнение анодного покрытия
Свежее анодное покрытие на алюминиевом изделии похоже на твердую хрупкую промокашку. Оно легко впитывает в себя как краситель при его адсорбционном окрашивании, так и возможные загрязнения. Попавшие в поры загрязнения снижают его будущие функциональные свойства: коррозионную стойкость, износостойкость или стойкость к образованию пятен от частого соприкосновения с руками. Поэтому немедленно после анодирования или окрашивания анодное покрытие подвергают наполнению. См. также Применение анодированного алюминия
Наполнение анодно-окисного покрытия
Официальное, «гостовское» название этого процесса — наполнение анодно-окисного покрытия, например, по ГОСТ 9.031 или ГОСТ 9.301. Часто употребляют термин «наполнение пор». Нередко вместо «гостовского» «наполнения» применяют не стандартизированный термин «уплотнение», который, может быть, и лучше отражает существо дела. Вообще о путанице в терминах надо поговорить в отдельной статье. Отдельный разговор нужен и по нормативным документам, которые регламентируют процесс анодирования и контроль его качества – отечественным, а еще больше — заграничным.
Как и ранее под анодированием мы понимаем стандартное сернокислое анодное оксидирование, то, которое применяется, в частности, для строительных алюминиевых профилей. Анодирование в других растворах, например, хромовой кислоты, применяется, в основном, для деталей машин, транспортных средств, военной и аэрокосмической техники.
Чтобы лучше представить себе процессы, происходящие при наполнении пор, полезно осознавать соотношения размеров анодной поры (рисунок 1).
Рисунок 1 — Размеры типичной анодной ячейки при сернокислом анодировании
Если диаметр поры составляет где-то 25 нм, а ее высота 25 мкм = 25000 нм, то представьте себе при тех же соотношениях размеров «пору» диаметром 25 см и высотой 25000 см = 250 м. Это – труба диаметром в четверть, а высотой чуть не с Эйфелеву башню!
Наполнение анодного покрытия по QUALANOD
Европейская организация , которая производит лицензирование производителей сернокислого анодного покрытия на изделиях строительного назначения, «признает» только два стандартных вида наполнения: гидротермическое и частично так называемое холодное наполнение на основе фторида никеля.
Все другие методы при получении лицензии QUALANOD требуют доказательства своей эффективности.
Горячее наполнение анодного покрытия
Этот тип наполнения наиболее широко применяется в промышленности, в том числе, для строительных изделий. Его называют еще «гидротермическим наполнением». Сущность его состоит в обработке хорошо промытого анодного покрытия в насыщенном паре при атмосферном давлении или в кипящей воде. Точный механизм процесса до сих пор до конца не известен, однако обычно процесс гидротермического наполнения представляют в виде трех накладывающихся друг на друга стадий (рисунок 2). Первоначально обезвоженное покрытие постепенно насыщается водой до 8-13 %. Оксид алюминия на стенках пор превращается в гидрат алюминия, обычно считается, что это – так называемый бемит — Al2O3∙h3O. Сначала этот гидрат похож на гель на стенках пор, затем он постепенно увеличивается в объеме, заполняет собой всю пору, уплотняется и окончательно «запирает» пору. Получается плотное покрытие, которое является непроницаемым для жидкостей и устойчивым к воздействию большинства химических сред.
Рисунок 2 — Основные этапы механизма гидротермического наполнения анодного покрытия [1]
Что влияет на качество горячего наполнения?
Наиболее важным факторам горячего наполнение являются следующие.
Температура воды
Вода должна быть при температуре от 99 до 100 °С, но интервал от 96 до 99 °С считается приемлемым.
Величина рН воды
Величина рН воды является очень важной. При рН ниже 5,4 качество наполнения ухудшается, а при рН в щелочном диапазоне, то есть выше 7,0, существует угроза химического повреждения покрытия. В промышленной практике применяют интервал рН от 5,5 до 6,5.
Качество воды
Применяют деминерализованную воду. Загрязнение воды фосфатами, силикатами и фторидами приводит к замедлению процесса наполнения.
Длительность наполнения
Минимальная длительность наполнения – 2 минуты на каждый микрометр покрытия. Это требование установлено, в частности, в технических условиях организации QUALANOD. При повышенных требованиях к качеству наполнения или, скажем, проблемах с чистотой воды или с температурой, длительность наполнения увеличивают до 3 или даже 4 минут на каждый микрон покрытия.
Белый налет
При горячем наполнении может образовываться белый налет. При малых объемах производства его просто вытирают мягкой ветошью. При больших объемах производства для борьбы с этой проблемой применяют специальные добавки в ванну наполнения.
Холодное наполнение анодного покрытия
Холодное наполнение называют так, потому, что это – процесс, которых происходит при значительно более низких температурах, чем горячее наполнение. Типичное холодное наполнение производят в растворе фторида никеля при температуре от 25 до 30 ºС в течение около 1 минуты на каждый микрометр покрытия. В отличие от горячего наполнения, в основе которого лежит процесс гидратации, холодное наполнение «работает» на химической реакции между оксидом алюминия и фторидом никеля. По этой причине «чистое» холодное наполнение без дополнительной горячей обработки часто называют не «наполнением» (sealing), а «пропиткой» (impregnation).
Две стадии холодного наполнения по QUALANOD
Поскольку остаются сомнения в эффективности чисто холодного наполнения анодного покрытия для его наружного применения, QUALANOD предписывает применять холодное наполнение в две стадии: 1) холодная «пропитка» в растворе на основе фторида никеля и тщательная промывка и 2) погружение в «горячую» воду при температуре не ниже 96 ºС или в «теплую» воду с добавкой от 5 до 10 г/л сульфата никеля при температуре не ниже 60 ºС. Первую стадию называют «пропитка», вторую – «старение обработкой в горячей воде». Длительность обеих стадий – от 0,8 до 1,2 минут на микрометр анодного покрытия. Этот процесс QUALANOD называет «cold impregnation/cold sealing (CI-CS)» — холодная пропитка/холодное наполнение. Это процесс широко применяется во многих европейских странах, особенно в Италии, но, насколько мне известно, не применяется в Великобритании.
Другие методы наполнения анодного покрытия
Существуют другие методы наполнения анодного покрытия, но они применяются в основном не для строительных профилей и изделий, а для, например, деталей машин или транспортных средств. Чаще всего применяют наполнение в растворах солями никеля или кобальта, бихроматами (дихроматами) натрия или калия, ацетата аммония. Бихроматы, например, применяют при анодировании деталей в аэрокосмической технике.
См. также Выбор анодно-окисного покрытия по ГОСТ 9.303-84
Источники:1. TALAT 52032. QUALANOD SPECIFICATIONS, edition 01.01.2017
aluminium-guide.ru
Какое покрытие лучше для выпрямителя волос
Добиться красивой прически без выпрямления волос зачастую практически невозможно. Поэтому одним из важных домашних «инструментов» для женщины является выпрямитель. Это устройство, позволяющее сделать укладку без похода в салон и за короткое время. Выпрямитель порой просто называют утюжком для волос, поскольку он работает за счет нагревания. Но у выпрямителя волос могут быть разные типы покрытия. От того, каким именно материалом покрыты пластины этого инструмента, во многом зависит результат его применения.
Устройство выпрямителя можно назвать предельно простым. Это электроприбор, пластины которого при нагревании позволяют избавиться от завитков на волосах. Сами щипцы, присутствующие на выпрямителе, покрываются разным материалом. В зависимости от того, каким покрытием оснащено устройство, оно может действовать на волосы по-разному. Некоторые виды покрытий защищают от пересушивания, помогают сохранить волосы здоровыми, защититься от сухости и ломкости даже при частом использовании. Другие, наоборот, могут нанести прическе вред.
Виды покрытий
Свойство материала, на основе которого изготовлена отделка пластин, определяет в конечном итоге и работу утюжка. Получится назвать немало материалов, которые могут использоваться в данном случае. Каждый из них имеет не только плюсы, но и недостатки. Можно представить следующие типы покрытий, используемые на утюжке.
- Керамическое покрытие – универсальная модель
На большинстве выпрямителей установлено именно покрытие из керамики. Это и понятно, поскольку обходится такой материал недорого, но зато позволяет без особого вреда для волос делать укладку достаточно часто. Необходимо помнить о том, что на керамику легко липнут любые средства для волос. Соответственно, следует либо применять такой утюжок после мытья, либо внимательно за ним ухаживать. Такой уход можно организовать, если просто протирать покрытие мягкой тканью, немного смоченной в воде.
- Турмалин – покрытие с лечебными свойствами
Хорошим вариантом станет приобретение выпрямителя с турмалиновым покрытием. Считается, что турмалин буквально восстанавливает структуру волос, поскольку он сам по себе обладает чуть ли не лечебными качествами. Еще по-другому такой материал называют ионной керамикой. При использовании выпрямителя можно избавить волосы от статического электричества, насытить их влагой, защитить от негативных изменений в будущем. В принципе, это идеальный вариант для частого применения утюжка. Но нельзя забывать, что обойдется покрытие данного типа достаточно дорого.
- Тефлоновое покрытие – простота в применении
Несомненным преимуществом тефлона является то, что он не собирает на себя косметические средства. То есть утюжок будет постоянно оставаться чистым. Обходятся щипцы с тефлоновым покрытием недорого. Но зато их полезность довольно сомнительна. Дело в том, что тефлон не настолько легко скользит по волосам, как другие материалы. Соответственно, он может повреждать локоны, из-за чего часто использовать такую технику нельзя.
- Алюминиевые покрытия – бюджетный вариант
Дешевле всего обойдется покупка авто выпрямителя, на который нанесено алюминиевое металлическое покрытие. Вообще, почти любой металл, который может использоваться для изготовления щипцов, наделен теми же качествами. В частности, стоит подобное покрытие немного, но показывает себя на практике не с лучшей стороны. Есть опасность, что волосы при частом использовании окажутся повреждены и потеряют здоровый вид. Из-за этого рекомендуется использовать утюжок с алюминиевым покрытием максимум два раза в месяц. Иначе волосы не просто начнут хуже выглядеть, а еще и станут болезненными. Сегодня иногда продаются алюминиевые щипцы, на которых присутствует дополнительное анодированное покрытие. Этот тип инструмента обходится дороже, но зато он намного безопаснее для волос.
- Покрытия алмазного, мраморного и титанового типов
Все описанные выше варианты обходятся недешево. В то же время, именно они рекомендованы профессионалами. В салонах обычно используются именно такие выпрямители. Титан, мрамор или алмазное напыление помогают сделать волосы не просто эффектными внешне, но и еще и более здоровыми. Даже в том случае, если раньше использовалась какая-то косметика, обратиться к применению таких выпрямителей все равно возможно. Да, частицы косметических средств на щипцах останутся. Но зато удалить их получится без затруднений.
На каком варианте остановиться
Выбор при учете этих аспектов становится делом не таким сложным. Практически во всех случаях уместными будут утюжки с покрытиями из титана или мрамора. Алмазное покрытие также блестяще отвечает всем запросам при укладке. Поэтому, если нет причин экономить при покупке, следует остановиться именно на названных типах материала. И еще хорошо себя покажет выпрямитель, имеющий турмалиновую отделку пластин. Останавливаясь на каком-либо из этих покрытий, разочароваться точно не придется. Конечно, алюминий, тефлон или керамика тоже могут быть уместны. Но они отличаются не столь хорошими эксплуатационными качествами.
Учитывая все описанные аспекты, обязательно удастся выбрать такой выпрямитель, который сможет блестяще показать себя. Ведь удобный инструмент должен не просто давать хороший результат, но еще и не сказываться на волосах негативно. Иначе использовать его часто не удастся. Все-таки правильный уход очень важен, поэтому не стоит гнаться исключительно за красотой или дешевизной. Не всегда подобный подход оказывается удачным для женщины.
zhenskij-sajt-katerina.ru
Твердое анодирование — Гальванические покрытия
Не имея технического образования и больших познаний в химии, невозможно сказать, в чем же разница между самым обычным анодированием и твердым (холодным). Скажем больше, трудно вообще сказать, что такое анодирование. Прежде всего, анодирование (оксидирование) – это электрохимический процесс пассивации металлов, в основном алюминия. Алюминий, как и большинство металлов подвержен коррозии. В обычном состоянии, на поверхности алюминиевой детали есть слой всего в 2-3 нм, который образуется в результате окисления алюминия. Называют его — барьерный оксид. Этот слой не может долго противостоять коррозии, так как он имеет аморфную структуру, слишком тонок и хрупок. Анодированием наращиваеют на этом барьерном слое оксидный или анодный слой, который имеет уже кристаллическую структуру. Толщина анодного слоя много больше толщины барьерного, да и по крепости он намного лучше, поэтому и защитные свойства лучше. Анодирование – очень сложный процесс. Сложность его в большом количестве факторов. На процесс влияет и состав алюминия, и вид кислоты и ее процентное соотношение с водой, и общая масса, и величина напряжения, и плотность тока, и температура реагента и многое другое. Оксидный слой имеет пористую структуру, вот именно здесь и можно найти отличие холодного от простого. У анодного слоя после холодного ячейки больше, а поры меньше. В результате анодирование дает более прочный и толстый слой достигающий и 100 нм, тогда как обычный только 20 – 30 нм.За счет чего мы получаем процесс твердого анодирования? Обычная анодная реакция проходит при комнатной температуре. Данную температуру к тому же нужно поддерживать, потому что в ходе реакции выделяется тепло. Для этого нужно использовать специальные холодильные установки. Если мы понизим температуру от обычной еще на 10 градусов Цельсия, то получим холодное анодное покрытие. Цветное анодирование алюминия в идеале проводиться при температуре в 60 – 70о С. При данной температуре мы получаем наиболее хорошее качество покраски, но вот качеством защитного слоя мы похвастаться не можем. В этом есть конфликт цветного холодного оксидирования. Цветное холодное анодирование проводится при температуре до 10о С. Анодный слой получается вполне приемлемый, но есть и минус. Цветное холодное анодирование боится солнца, поэтому детали для цветного холодного оксидирования выпускаются для закрытого использования, то есть внутри дома, помещения.
Опыты показывают, что покрытие простого анодирования можно провести с титаном и даже сталью, но вот цветное анодирование и холодное анодирование удается провести только с алюминием, притом опять же не со всеми сплавами.
dneprof.com
Анодирование алюминия: основные параметры
Основные параметры сернокислого анодирования
К основными параметрами сернокислого анодирования алюминия и алюминиевых сплавов относятся:
- концентрация серной кислоты в анодном электролите;
- температура анодного раствора — раствора серной кислоты;
- плотность тока, поступающего через электролит на поверхность алюминиевого профиля.
Как влияют эти параметры на:
- рост толщины анодного покрытия,
- размеры пор,
- внешний вид анодированной поверхности?
Как влияет на качество анодирования химический состав алюминия и алюминиевых сплавов?
Как устроено анодное покрытие
Барьерный слой
Любое анодно-окисное покрытие (далее – анодное покрытие) состоит из двух слоев — относительно толстого пористого слоя и тонкого плотного слоя, который называют барьерным (рисунок 1). Толщина этого барьерного слоя зависит от состава электролита и технологических параметров. При анодировании барьерный слой образуется первым, и его толщина прямо зависит от величины напряжения анодирования.
Рисунок 1
Пористый слой
После того как барьерный слой сформирован, на его наружной стороне, если электролит обладает достаточной растворяющей способностью, начинает формироваться пористая кристаллическая структура. Механизм роста пор до сих пор является предметом дискуссий, однако, по мнению большинства ученых ее образование происходит за счет следующей причинно-следственной цепочки: локальное растворение барьерного слоя — повышение величины тока — увеличение температуры — повышение скорости растворения. Это взаимодействие влияний и приводит к образованию пор.
Окрашивание анодированного алюминия
Для получения цветного анодного покрытия применяют в основном два метода (рисунок 2):
- адсорбцию — пропитку пористого слоя красителями;
- электролитическое окрашивание — электрохимическое осаждение в поры различных металлов (олова, меди, марганца и др.).
Намного реже применяют так называемое интегральное окрашивание, которое обеспечивается специальным легированием алюминиевых сплавов. Окрашивание происходит за счет выпадения частиц в объеме пористого слоя, а не в порах.
Кроме того, в ограниченных объемах применяют так называемое интерференционное окрашивание: вариант электролитического окрашивания, который требует дополнительной ванны для расширения пор вблизи их дна.
Рисунок 2 — Методы цветного анодирования алюминия
Почему шестигранник?
В ходе своего роста анодные ячейки, включающие сами поры и окружающий ее оксид алюминия, образуют шестигранную структуру, которая, по-видимому, обеспечивает выполнение какого-то принципа минимальности энергии. Шестигранная форма анодных ячеек не зависит от типа электролита. Это явно указывает на то, что эта форма имеет чисто энергетическое происхождение.
Технология сернокислого анодирования алюминия
Стандартное анодирование
Сернокислое анодирование алюминия и алюминиевых сплавов является наиболее распространенным. Иногда его называют стандартным.
- Концентрация серной кислоты в электролите составляет от 10 до 20 % по объему в зависимости от требований к покрытиям.
- Плотность тока составляет обычно от 1 до 2 А/дм2 при напряжении от 12 до 20 вольт, температуре от 18 до 25 °С и длительности анодировании до 60 минут.
Скорость роста пор
На большинстве алюминиевых сплавов этот электролит дает бесцветное прозрачное анодное покрытие. При сернокислом анодировании скорость роста пор является постоянной при постоянной плотности тока. При плотности тока 1,3 А/дм2 эта скорость составляет величину 0,4 мкм/мин. Поскольку толщина барьерного слоя остается постоянной, то это значит, что с такой же скоростью растворяется и дно поры.
Размеры анодной ячейки
Размеры анодных ячеек прямо зависят от параметров анодирования (таблица 1). С увеличением напряжения размеры анодной ячейки увеличиваются, а количество пор соответственно уменьшается. Соотношение между размером ячеек и напряжением приблизительно линейное, то есть чем больше напряжение, тем больше размеры ячейки.
Таблица 1
Толщина анодного покрытия
Рост анодного покрытия
Толщина анодного покрытия увеличивается с увеличением длительности анодирования. Однако степень роста толщины зависит от нескольких факторов, таких как тип электролита, плотность тока, длительность обработки и т.д. Вначале происходит быстрое и постоянное увеличение фактической толщины, а затем начинается уменьшение скорости роста толщины, пока не наступит стадия, при которой толщина остается приблизительно постоянной, не смотря на продолжающуюся подачу электрического тока. Это связано с тем, что в ходе анодирования происходит как непрерывный рост толщины покрытия, так и его растворение под воздействием электролита (раствора серной кислоты).
Закон Фарадея
Фактическая толщина вычисляется как теоретическая толщина покрытия минус растворенная толщина оксида алюминия (рисунок 3). Теоретическая толщина является пропорциональной времени анодирования при постоянной плотности тока и определяется законом Фарадея, который говорит, что количество образовавшегося оксида пропорционально электрическому заряду, который прошел через анод.
Рисунок 3
Влияние химического состава алюминиевого сплава
Примеси
В принципе чистый алюминий анодируется лучше, чем его сплавы. Внешний вид анодного покрытия и его свойства (износостойкость, коррозионная стойкость и т.п.) зависят как от типа алюминиевого сплава, так и его так сказать металлургической биографии. Размер, форма и распределение интерметаллидных частиц также влияют на качество анодирования алюминиевого сплава. Химический состав алюминиевого сплава является весьма важным в некоторых изделиях, которые требуют блестящего анодирования, для получения которых необходимо, чтобы уровень нерастворимых частиц был как можно ниже.
Анодное покрытие на алюминии Al 99,99 будет чистым и прозрачным, а при уровне содержания железа 0,08 % оно уже не такое чистое и становится все более «облачным» с увеличением толщины покрытия. При уровне нерастворимых частиц как у алюминия 1050 (алюминий марки АД0) покрытие становиться совершенно «облачным» по сравнению с более чистым металлом. Из всех алюминиевых сплавов на сплавах серий 5ххх и 6ххх получаются самые лучшие декоративные и защитные покрытия. Некоторые сплавы серии 7ххх также дают чистые покрытия с хорошими функциональными свойствами. Цветные покрытия алюминиевых сплавов серии 2ххх обычно получаются низкого качества.
Интерметаллические частицы
Поведение интерметаллидных частиц при анодировании зависит от типа частиц и анодного раствора. Некоторые интерметаллидные соединения окисляются или растворяются быстрее, чем алюминий (например, частицы β-Al-Mg), что приводит к образованию пористой структуры. Другие интерметаллидные частицы, такие как частицы кремния, являются практически нерастворимыми при анодировании и поэтому выпадают в виде включений по толщине анодного покрытия. Промежуточными между двумя этими крайними случаями являются соединения (FeAl3, α-Al-Fe-Si и т.д.), которые частично растворяются, а частично остаются в покрытии, что отрицательно влияет на качество покрытия, особенно цветного.
Влияние температуры анодирования
Влияние повышения температуры электролита пропорционально увеличению скорости растворения анодного покрытия, что в результате дает более тонкое, более пористое и более мягкое покрытие (рисунок 4).
Рисунок 4
Для получения так называемых твердых анодных покрытий применяют низкую температуру (от 0 до 10 °С) в комбинации с высокой плотностью тока (от 2 до 3,6 А/дм2) и очень активным перемешиванием электролита. В декоративном и защитном анодировании алюминия и алюминиевых сплавов обычно применяется температура электролита от 15 до 25 ºС. Если температура поднимается выше, то максимально возможная толщина анодного слоя снижается до более низких величин из-за более высокой растворяющей способности электролита.
Влияние плотности тока анодирования
Интервал плотности тока стандартного сернокислого анодирования алюминия составляет от 1 до 2 А/дм2, в специальных случаях – 3 А/дм2. При плотности тока ниже этого интервала, получается мягкое, пористое и тонкое покрытие. С увеличением плотности тока покрытие формируется быстрее при относительно меньшем растворении его электролитом и соответственно с более твердым и менее пористым покрытием. При очень высокой плотности тока появляется тенденция к так называемым «прижогам» — возникновению чрезмерно высокого тока в локальных областях с их перегревом (рисунок 5).
Рисунок 5
Когда от анодного покрытия требуется хорошее и четкое отражение света, то применяют специальные условия анодирования с низкой плотностью тока около 1 А/дм2.
Влияние концентрации серной кислоты
Влияние увеличения концентрации серной кислоты на характеристики анодного покрытия на алюминиевых сплавах аналогичны влиянию повышения температуры, хотя влияние температуры является более сильным, чем влияние концентрации. Увеличение концентрации ограничивает максимальную толщину покрытия из-за более высокой растворяющей способности более концентрированного раствора (рисунок 6).
Рисунок 6
Источник: TALAT 5203
См. Применение анодированного алюминия
aluminium-guide.ru
Технология анодирования алюминиевых профилей - статья про фасадный профиль
Анодирование в обобщенном смысле – это электрохимический процесс образования стабильных оксидных покрытий на поверхности металлов. Анодные покрытия на алюминии могут формироваться с применением большого количества электролитов при постоянном токе, переменном токе или их комбинации. Для анодирования алюминиевых прессованных профилей обычно применяется электролиты только на основе серной кислоты, иногда с добавкой щавелевой кислоты [1].
Различие между анодированием и окрашиванием
Анодное покрытие образуется в результате реакции алюминия с ионами электролита. Получаемое покрытие имеет больший объем, чем исходное алюминиевое основание. Поэтому после анодирования обычно происходит увеличение размеров изделия. При обычном сернокислом анодировании это увеличение размера составляет около одной трети толщины анодного покрытия.
Основное «размерное» отличие между анодным покрытием и слоем краски на алюминиевом изделии заключатся в следующем. Анодное покрытие образуется из самого алюминия, тогда как слой краски, например, жидкой, дополнительно наносится на поверхность алюминия (рисунок 1).
Рисунок 1 – Размерные различия между анодным покрытием и слоем краски
Процесс анодирования алюминиевых профилей
Существует много способов анодирования алюминиевых изделий в зависимости от их размеров. Например, алюминиевые заклепки, можно анодировать насыпью с помощью специального вращающегося барабана. Прессованные алюминиевые профили, которые обычно имеют длину от 6 до 8 м, анодируют на специальных навесках. Конструкция навесок обеспечивает надежное закрепление профилей и плотный электрический контакт для всех профилей. На одной навеске может устанавливаться до нескольких десятков профилей в один, два или более рядов (рисунок 2).
Рисунок 2 – Схема процесса анодирования навески алюминиевых профилей [2]
В качестве источника тока при анодировании алюминия могут применяться источники постоянного или переменного тока, а также их комбинация. В стандартном сернокислом анодировании обычно применяют выпрямители постоянного тока с напряжением 24 вольта.
Структура анодного покрытия
Известно, что анодное покрытие состоит из двух слоев. Пористый слой оксида алюминия вырастает на относительно тонком сплошном слое, который называют барьерным слоем (рисунок 3). Толщина этого барьерного слоя зависит от состава электролита и технологических параметров анодирования.
Рисунок 3 – Структура анодной ячейки
При сернокислом анодировании скорость роста пористого слоя постоянна при постоянной плотности тока. При плотности тока 1,3 А/дм2 она составляет 0,4 мкм/мин. Так как толщина барьерного слоя остается постоянной, то эта скорость роста должна соответствовать скорости растворения оксида алюминия внутри поры.
Размеры оксидных ячеек анодного покрытия зависят от технологических параметров анодирования. Типичные размеры анодных ячеек для сернокислого анодного покрытия [2]:
- Диаметр пор: 14,5-18 нм
- Плотность размещения пор: 40-80·109 пор/см2
- Диаметр ячейки: 40-53 нм
- Пористость: 15 %
- Толщина барьерного слоя: 14-18 нм
- Толщина пористого слоя: 5-25 мкм
Технологические параметры сернокислого анодирования
Сернокислый электролит
Для анодирования алюминиевых прессованных профилей во всем мире обычно применяют электролиты на основе серной кислоты.
Qualanod задает для сернокислого электролита следующие параметры [2]:
- Концентрация свободной серной кислоты должна быть не выше 200 г/л при колебании внутри интервала 10 г/л от заданной величины;
- Концентрация алюминия должна быть не выше 20 г/л, предпочтительно в интервале от 5 до 15 г/л.
Температура ванны анодирования
Указания Qualanod по температуре ванны анодирования [2]:
- для заданной толщины анодного слоя 5 мкм и 10 мкм: не выше 21 ºС
- для заданной толщины анодного слоя толщины 15 мкм, 20 мкм и 25 мкм: не выше 20 ºС.
Плотность тока
Qualanod рекомендует среднюю плотность тока [2]:
• 1,2 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 5 мкм и 10 мкм• 1,4 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 15 мкм• 1,5 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 20 мкм• 1,5 – 3,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 25 мкм.
Алюминиевые сплавы для анодированных профилей
Для алюминиевых профилей, которые будут подвергаться анодированию, обычно применяют сплавы 6060 и 6063 с некоторыми ограничениями по содержанию магния и кремния, а также примесных элементов, таких как, железо, медь и цинк.
Обычно, чем чище алюминий и чем меньше в нем легирующих элементов, тем лучше он анодируется. Повышенное содержание примесей в сплаве приводит к образованию в анодном покрытии включений, которые неблагоприятно влияют на однородности его внешнего вида.
См. о влиянии химического состава алюминиевых сплавов на качество анодированных профилей здесь.
Изменение толщины анодного покрытия в ходе анодирования
Толщина готового анодного покрытия зависит от общей длительности анодирования. Однако скорость роста толщины покрытия зависит от нескольких факторов, таких как, состав электролита, плотность тока и текущая длительность обработки.
В ходе анодирования происходят два конкурирующих процесса (рисунок 4):
- непрерывный рост толщины анодного покрытия и
- растворение анодного покрытия под воздействием электролита.
Рисунок 4 – Изменение толщины покрытия в ходе анодирования [2]
Теоретическая величина толщины покрытия при постоянной плотности тока подчиняется известному закону Фарадея. Из этого закона следует, что оксид алюминия растет пропорционально количеству электричества, которое проходит через анод (алюминиевый профиль).
Влияние температуры электролита
Увеличение температуры электролита приводит к пропорциональному увеличению скорости растворения образующегося анодного покрытия. В результате анодное покрытие становится более тонким, более пористым и более мягким.
Влияние плотности тока
Интервал плотности тока, который применяется в стандартном анодировании составляет от 1 до 2 А/дм2 и в некоторых случая - до 3 А/дм2. Плотность тока ниже 1 А/дм2 дает мягкие, пористые и тонкие покрытия. С увеличением плотности тока анодное покрытие формируется быстрее и с относительно меньшим растворением электролитом. Поэтому покрытие получается более твердым и менее пористым.
Влияние концентрации серной кислоты
Влияние повышенной концентрации серной кислоты на формирование анодного покрытия аналогично повышению температуры, хотя влияние температуры является более существенным. Высокая концентрация серной кислоты может ограничивать возможность получения анодного покрытия большой толщины из-за повышенной способности электролита растворять формирующийся пористый оксид алюминия.
Цветное анодирование
Для получения цветного анодного покрытия на алюминиевых профилях применяют два основных метода окрашивания (рисунок 5) :
- Адсорбционное окрашивание
- Электролитическое окрашивание
Адсорбционное окрашивание
Алюминиевые профили с бесцветным анодным покрытием без наполнения пор погружают в водный раствор органического или неорганического красителя. Поглощение красителя производится только на 3-4 микрона в глубину пор анодного покрытия (рисунок 5). Затем покрытие подвергают наполнению. Обычно применяют горячие растворы красителей – от 55 до 75 ºС, а длительность окрашивания – от 5 до 15 минут, иногда – 30 минут. Оптимальный диапазон величины рН раствора обычно составляет от 5 до 6.
Рисунок 5 – Основные методы окрашивания анодированных алюминиевых профилей [2]
Электролитическое окрашивание
Электролитическое окрашивание заключается в погружении анодированного изделия в раствор, содержащий соли металлов и приложении к нему переменного и постоянного электрического тока. В таких условиях на дне пор образуется металлический осадок. Цвет анодного покрытия зависит от состава электролита. Такие металлы, как олово, никель и кобальт, дают цвета от бронзового до черного, медь дает красный цвет.
Цвет в определенной степени не зависит от толщины анодного покрытия, а зависит в основном от количества осажденного в поры металла. Так, 200 мг олова на квадратный метр поверхности дает светлую бронзу, 2000 мг – черный цвет [2].
Свойства анодного покрытия после электролитического окрашивания в целом аналогичны обычному (бесцветному) анодному покрытию. Стойкость цвета к воздействию солнечного света для большинства электролитов значительно выше, чем для адсорбционного окрашивания.
Наполнение анодных покрытий
Наполнение анодного покрытия – бесцветного и цветного – это последний технологический этап процесса анодирования. Этот этап является очень важным для долговечности анодного покрытия, в том числе, его внешнего вида.
Гидротермическое наполнение
Наполнение анодного покрытия в горячей воде обеспечивает полное блокирование анодных пор за счет образования различных видов гидратированного оксида алюминия, в основном, богемита [2].
Наполнение пор обычно производят путем погружения в воду при температуре 96-100 ºС при величине рН от 5,5 до 6,5. Длительность операции наполнения обычно составляет 2-3 минуты на каждый микрометр номинальной толщины анодного покрытия. Качество воды в ванне наполнения должно быть очень высокое. Такие загрязнители воды, как фосфаты, силикаты и фториды могут замедлять процесс наполнения пор.
Холодное наполнение
Известны так называемые «холодные» методы наполнения анодных покрытий, которые выполняются при температуре 25-30 ºС. В этом случае применяются растворы на основе фторидных соединения в присутствии солей никеля или кобальта [1, 2]. Применение этих методов требует высокой культуры производства и жесткого контроля качества наполнения. Кроме того, они требуют эффективной очистки стоков, содержащих тяжелые металлы.
Источники:
1. Specifications for the QUALANOD Quality Label for Sulfuric Acid-Based Anodizing of Aluminium, Edition 01.01.2017.
2. TALAT Lecture 5203 – European Aluminium Association, 1994.
Смотрите также - навесные вентилируемые фасады Алюком.
alucom.ru
Глубокое анодирование | Защитные покрытия металлов
Глубоким анодированием называют процесс получения окисных пленок толщиной больше 40 мкм, отличающихся высокой твердостью, износостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. С помощью таких пленок можно повысить износостойкость трущихся поверхностей деталей, например зубчатых передач, увеличить сопротивление эрозионному износу, обеспечить термостойкую электроизоляцию. Глубокое анодирование тонкостенных деталей повышает жесткость конструкции.
Глубокое анодирование часто отрицательно сказывается на механических свойствах анодированных изделий: уменьшается предел выносливости, относительное удлинение и сужение поперечного сечения. Такое влияние незначительно при малой толщине пленки и возрастает с ее увеличением. После удаления окисной пленки восстанавливаются первоначальные свойства (до анодирования).
Механические и электрические свойства толстых окисных пленок и степень их влияния на характеристики металла зависят от условий оксидирования и состава металла или сплава, подвергаемого электрохимической обработке. Роль тепловых процессов, протекающих в зоне формирования окисла, возрастает по мере наращивания толщины пленок. Это объясняется затруднением отвода тепла от поверхности металла в глубине пор, что может привести к увеличению скорости растворения пленки и растравливанию пленки и металла.
Институтом физической химии АН СССР исследован и разработан процесс глубокого анодирования при пониженной температуре электролита и обрабатываемых деталей. Электролиз ведут в 20%-ном растворе серной кислоты при температуре от —3 до 10° С. Для поддержания требуемой температуры применяют интенсивное перемешивание раствора очищенным сжатым воздухом или механическими мешалками и охлаждение его с помощью специальных агрегатов. Анодная плотность тока при глубоком анодировании 2—2,5 А/дм2, в случае интенсивного охлаждения ее можно повысить до 5— 10 А/дм2. Напряжение на ванне по мере увеличения толщины окисной пленки увеличивается и достигает 40— 80 В.
При оксидировании поддерживают постоянную плотность тока с помощью реостатов, включенных в цепь питания ванны. В зависимости от требуемой толщины окисной пленки изменяют скорость повышения напряжения от 22—26 до 30--36 В за 15 мин или до 45—60 В за 45 мин. При охлаждении и перемешивании электролита на алюминии и его сплавах можно получить окисные пленки толщиной 40—60 мкм, а в некоторых случаях — до 120—150 мкм. Хорошие результаты получаются, если применять циркуляцию электролита в ванне с помощью кислотоупорных насосов. Для получения пленок толщиной 200—300 мкм такого охлаждения недостаточно и приходится применять внутреннее охлаждение обрабатываемых деталей. Этот способ пригоден для деталей с внутренними неоксидируемыми полостями, через которые можно осуществить циркуляцию охлаждающего раствора.
В качестве охлаждающих средств используют жидкие хладоагенты или воду, предварительно охлажденную до —3+0° С. Скорость циркуляции охлаждающего раствора должна быть такой, чтобы разница температур при входе и выходе из детали не превышала 1 град. Режим оксидирования устанавливают с учетом марки сплава, из которого изготовлены детали. Окисные пленки, полученные при одинаковой плотности тока и продолжительности электролиза на техническом алюминии и сплаве АВ, имеют большую толщину и твердость, чем на других деформированных сплавах. Микротвердость (кгс/мм2) окисного слоя на техническом алюминии 500—520, на сплаве АВ — 480—500, сплаве Д16 — 330—360, сплаве AJT9 — 450—480.
Лучшие результаты по качеству пленок дает глубокое оксидирование алюминия и его сплавов с магнием и марганцем. На литейных сплавах типа силумина пробивное напряжение окисных пленок в 2—3 раза ниже, чем на деформируемых сплавах АВ, АК4, В95, АМг-5ВМ. Износостойкость деформируемых сплавов также относительно ниже.
Электроизоляционные окисные пленки получают в 15—20%-ном растворе h3SO4 при температуре от —5 до +2° С и анодной плотности тока 5 А/дм2. Электрический режим процесса устанавливают с учетом материала, из которого изготовлены обрабатываемые детали. Для деталей из алюминия марки А7 начальное напряжение на ванне составляет 20—25 В, конечное 60—65 В, продолжительность оксидирования 75—90 мин, пробивное напряжение пленки 600—800 В. Для деталей из сплава Д16 начальное напряжение 20—25 В, конечное 60—65 В, продолжительность оксидирования 25—30 мин, пробивное напряжение пленки 380—450 В. Детали из сплава АМг оксидируют в течение 60—90 мин, начальное напряжение на ванне 20—25 В, конечное 60—70 В, пробивное напряжение 600—800 В. Детали, подвергаемые электроизоляционному оксидированию, должны иметь чистоту поверхности, соответствующую девятому классу, радиус закругления должен быть не менее 2—3 мм; уменьшение его приводит к снижению пробивного напряжения пленки.
www.stroitelstvo-new.ru
что это, как делается и зачем это нужно
Когда мы выбираем какое-то изделие, то в приоритете всегда будет тот продукт, у которого больший термин службы. Срок службы всякого изделия напрямую зависит от многих характеристик, защита от воздействия внешней среды среди которых – одна из основных. В разные периоды эту проблему решали преимущественно одним и тем же методом – для того чтобы защитить, например, окна от пагубного воздействия влаги (дождя, снега) и температурных перепадов (жара, стужа) их покрывают защитной оболочкой (краска, лаки).
С появлением новейших технологий и строительных материалов способ защиты от внешней среды не изменился – изменились методы нанесения защитного покрытия и его виды. В современных строительных материалах, например в алюминиевых профилях, покрытие кроме защитной функции, выполняет еще одну не менее важную функцию – декоративную.
Одним из способов создания эффективного защитного покрытия для изделий из металлов, в том числе и из алюминия является анодирование. Анодирование в нашем случае – это процесс создания на алюминиевой поверхности деталей оксидной защитной пленки.Но зачем ее создавать? Ведь оксидная пленка создается самостоятельно в результате взаимодействия алюминия и находящимся вокруг кислородом.Совершенно верно. Образовавшаяся на поверхности алюминия тонкая пленка оксидов препятствует окислению в последствии. Но дело в том, что такая пленка имеет аморфную структуру, а не кристаллическую, поэтому не является достаточно надежной в плане защиты от коррозионного разрушения.
Надежную защиту алюминиевых изделий от коррозии может обеспечить создание на поверхности детали оксидной кристаллической пленки. Эта пленка имеет толщину от 20 до 30 микрон в отличие от аморфной с толщиной в пару нанометров. В процессе анодирования можно создавать два вида оксидной пленки – пористую и барьерную.
Пористую оксидную пленку создают в кислых электролитах, где оксид алюминия способен и осаждаться и растворяться. Наиболее часто для этого применяют серную, фосфорную или щавелевую кислоту.Барьерная пленка создается в нейтральных растворах, где оксид практически не растворяется. В основном это тартраты, фосфаты или бораты аммония.
Сам процесс анодирования одновременно и достаточно простой, но в то же время и сложный. Его можно разделить на несколько этапов:• обезжиривание;• травление;• нейтрализация;• нанесение анодного окисного покрытия;• наполнение красителем;• уплотнение;
В процессе операции обезжиривания производится удаление загрязнения поверхности профиля, после чего производится травление, целью которого является удаление естественного аморфного оксидного слоя и создание требуемого декоративного эффекта.На этапе нейтрализации с поверхности удаляются остатки элементов входящих в состав сплава алюминия.
После этого наступает очередь непосредственного создания окисного покрытия в результате взаимодействия алюминия и кислорода под действием электрического тока. Образовавшееся защитное покрытие имеет пористую структуру, которую можно либо заполнить красителем, либо оставить в естественном цвете.
Заполнение красителем возможно в четырех вариантах: адсорбционное, электролитическое, интерференционное, а также интегральное.При адсорбционном заполнении краситель естественным образом проникает в поры оксидной пленки.При электролитическом вначале образовывается бесцветная пленка, после чего происходит создание цветового оттенка в растворе солей определенных металлов. Из-за возможности создания оттенка в цветовой гамме от нежно-бронзового до иссиня-черного, такой способ еще называют черным анодированием.Интерференционное цветовое заполнение аналогично электролитическому, с той разницей, что в результате возможно получение большего количества цветовых оттенков, создаваемых с применением специальной светоотражающей пленки.При интегральном окрашивании для получения цветового оттенка раствор электролита разбавляют органическими солями.
После создания оксидного слоя, в специальных водяных термических ваннах происходит операция уплотнения. Эта операция придает покрытию необходимые защитные свойства.
Операция уплотнения является завершающей в процессе анодирования. Образовавшееся покрытие устойчиво к самому экстремальному воздействию внешней среды, как в защитном, так и в декоративном плане, что по достоинству оценили в различных сферах промышленности – от бытовой до военной.
Ну и в довесок, небольшое видео от наших партнеров «ALUTECH» где можно наглядно и поэтапно увидеть процесс анодирования на их производстве.
dubchenko.com
