Технологии Анодирование алюминия и его сплавов

Borodaagvali

Команда форума
Admin

49
Агвали
dag-tools.ru
Credits
3,361
Яндекс.Деньги
410017788966356
Skype
borodaagvali
Facebook
borodaagvali
Анодирование алюминия и его сплавов

Алюминий покрывается оксидным слоем даже без специальных технологических приемов, под влиянием кислорода, содержащегося в атмосфере, но толщина этого слоя настолько мала, что практическое использование этого явления невозможно.


В растворе, содержащем разбавленную серную кислоту, можно образовать под воздействием тока оксидные пленки толщиной от нескольких до десятков микрометров, что используется практически в очень широких пределах.


Анодные покрытия значительно тверже алюминиевой подложки и поэтому они имеют более высокую износоустойчивость. Благодаря пористой структуре они легко впитывают органические красители, что используется для декоративной отделки алюминиевых изделий.


Металлическую галантерею анодируют, в основном, с целью получения на ней декоративного покрытия. Толстые анодные покрытия, в основном, наносят на оконные и дверные рамы, наружные стены зданий при необходимости защиты от воздействия атмосферы и солнечных лучей. Для металлической галантереи толстые анодные покрытия могут быть неэффективными, так как длительное анодирование снижает блеск поверхности.


Анодирование в растворах серной кислоты. Этот способ анодирования является самым распространенным и проводится путем анодной обработки деталей в 15-20%-ном растворе серной кислоты при комнатной температуре 22 °С и анодной плотности тока 1-2,5 А/дм2 при постоянном токе или 3 А/дм2 при переменном. В качестве катодов применяют свинец или чистый алюминий. Их поверхность должна быть равна поверхности оксидируемых деталей, которые подвешиваются в качестве анодов между двумя катодами.


Подвески для крепления изделий, подвергаемых анодированию, изготавливают из алюминиевых сплавов. Теоретически подвеска должна быть из такого же материала, как и изделие, закрепляемое на ней, однако выполнение этого условия в большинстве случаев невозможно.


Часто применяемыми материалами для изготовления подвесок являются дюралевые сплавы.


Способ крепления изделий на подвесках имеет существенное значение. Свободная навеска на проволоке и плечах подвески не допускается, так как уже в начале анодирования на ней образуется изоляционный оксидный слой и далее уже анодируется лишь сама подвеска. В местах контакта изделия с подвесками должен быть обеспечен сильный прижим. В этом месте не образуется оксидный слой и после окрашивания может возникнуть меньший или больший бесцветный след, отрицательно влияющий на внешний вид изделия. Место контакта должно быть выбрано так, чтобы оно не влияло отрицательно на декоративные достоинства анодированных и окрашиваемых изделий.


Время оксидирования зависит от размеров обрабатываемых деталей. Оксидирование мелких предметов заканчивается за 15-30 мин, что обеспечивает получение оксидной пленки толщиной 4-5 мкм, а предметы, у которых нужно создать толстую оксидную пленку, оксидируют до 60 мин.


После образования необходимой оксидной пленки деталь тщательно промывают в проточной воде и в нейтрализующей ванне (в 5 %-ном растворе аммиака), а затем опять в воде.


Оксидная пористая пленка, не обеспечивающая достаточной защиты, уплотняется, что достигается кипячением в течение 20-30 мин в дистиллированной воде. Можно также уплотнить поры в растворе бихро- мата калия (около 40 г/л) при рабочей температуре не менее 95 °С. Время обработки колеблется от 10 до 30 мин в зависимости от состава алюминиевого сплава. При этом методе анодированные детали получаются зеленовато-желтого цвета.


Большое значение для процесса имеет температура электролита, повышение которой отрицательно сказывается на качестве оксидной пленки. Поэтому при длительной работе ванн, а также в летний период электролит необходимо охлаждать.


Способность слоя алюминий + оксидная пленка выпрямлять переменный ток позволяет использовать этот, так называемый вентильный эффект для оксидирования алюминия переменным током. При этом роль электродов выполняют оксидируемые детали. Для оксидирования применяют 15%-ный раствор серной кислоты и переменный ток промышленной частоты (50 Гц). Остальные условия режима оксидирования не имеют существенных отличий по сравнению с оксидированием постоянным током.


Оксидная пленка, полученная из сернокислотного электролита и предназначенная для защитно- декоративной отделки, .имеет снежно-белый цвет и является надежной защитой от коррозии. Оксидная пленка не отслаивается от металла, имеет химический состав и твердость корунда и хорошую износостойкость. Оксидная пленка имеет микропористую структуру со средней степенью пористости около 30%. Пропитка пор хромпиком или лакокрасочными покрытиями увеличивает коррозионную стойкость оксидной пленки. Заполнение пор анилиновыми и другими красителями широко применяется для получения красивой декоративной поверхности изделий, а пропитка пленки светочувствительными солями используется для фотохимического изготовления различных шкал и табличек. Оксидная пленка также обладает высокими электроизоляционными свойствами.


Анодирование в щавелевокислых электролитах. Для алюминия и сплавов марок АМг, АМц, АД31 и других широко применяется защитно-декоративное и электроизоляционное оксидирование в растворе щавелевой кислоты. Для оксидных пленок, полученных из щавелевокислых электролитов, характерны малая пористость, естественная окраска в желтые тона и хорошо слышное хрустение оксидной пленки при сгибании тонкостенных деталей. Отслаивания пленки или ухудшения физико-химических свойств ее при этом не происходит.


Процесс оксидирования ведут в растворе щавелевой кислоты с концентрацией 40-60 г/л. Раствор используют при комнатной температуре, однако его можно и нагреть до 40 °С. Плотность тока 0,5-2 А/дм2 при постоянном напряжении 60 В. Время анодирования составляет от 30 до 60 мин в зависимости от размеров деталей. Полученные оксидные пленки имеют желтоватую окраску. Этот оттенок не изменяется после извлечения из ванны и не выцветает. Оксидная поверхность алюминиевых деталей затем промывается в проточной воде и нейтрализующем растворе, после чего поверхность уплотняется таким же способом, как было указано выше.


Анодирование в растворах ортофосфорной кислоты. Оксидирование сплавов алюминия в ортофосфорной кислоте имеет ограниченное применение и используется главным образом для последующего никелирования или меднения. Для этой цели используют раствор ортофосфорной кислоты (350-550 г/л). Рабочая температура оксидирования 20-45 °С, анодная плотность тока 1-3 А/дм2, выдержка 5-10 мин. Для правильного ведения процесса необходимо повышение напряжения от 10 до 15 В и перемешивание. Полученные оксидные пленки имеют толщину 3 мкм. Они весьма пористы, плохо окрашиваются, но легко растворимы в никелевом и кислом медном электролитах при осаждении этих металлов, что и определяет их назначение.


Анодирование в хромовых электролитах. Оксидные пленки, получаемые из хромовых электролитов, бесцветны, стекловидны, имеют толщину в пределах 2-5 мкм, практически не изменяют размеров деталей, сохраняют блеск полированного алюминия и имеют малую пористость. Вследствие своей твердости, плотности и эластичности применяются для деталей, имеющих точные размеры.


При введении в электролит борной кислоты оксидная пленка приобретает красивый серо-голубой цвет и сходство с эмалированной поверхностью, вследствие чего процесс получил наименование эматалирования.


Раствор содержит 30-35 г/л хромового ангидрида и 1-2 г/л борной кислоты. Детали оксидируют при температуре 35-45 °С и плотнос Напряжение при этом процессе в течение первых 30 мин повышают от 0 до 40 В и в последующие 30 мин доводят его до 80 В. Раствор должен постоянно перемешиваться сжатым воздухом, чтобы электролит у поверхности детали имел постоянную температуру.


В промышленных установках эматалирование проводится в электролите более сложного состава: 6-8 г/л хромового ангидрида, 8-10 г/л борной кислоты, 40-45 г/л калия-титана щавелевокислого, 1-2 г/л щавелевой кислоты и 1-2 г/л лимонной кислоты.


Процесс оксидирования проводят при 50-60 °С и анодной плотности тока до 3 А/дм2 с постепенным повышением напряжения от 0 до 120 В в течение 30-40 мин.


Оксидирование в электролитах из органических соединений. Раствор такого электролита содержит: 30 г/л щавелевой кислоты, 100 г/л сульфосалицило- вой кислоты и 3 г/л серной кислоты.


Процесс проводят при температуре 15-30 °С и анодной плотности тока 2-3 А/дм2. Скорость образования оксидных пленок доходит до 1 мкм/мин. Необходимо механическое перемешивание электролита. Во время роста оксидной пленки необходимо повышать напряжение с 25-30 до 50-80 В. Продолжительность процесса 40-120 мин. На силумине марки АЛ-2 пленка имеет темно-серый цвет, на сплавах АМГ — золотисто-коричневый и на дюралях типа Д1 — зелено-голу- бой. Пленки обладают высокой эластичностью, хорошей коррозионной стойкостью и надежными электроизоляционными свойствами.


Для удаления забракованной оксидной пленки, полученной из указанных электролитов, без потери размеров рекомендуется следующий состав раствора: ортофосфорная кислота (плотностью 1,5 г/см3) — 35 мл/л; хромовый ангидрид — 20 г/л.


Процесс ведут при температуре 90-100 °С в течение 10-20 мин.




Окрашивание анодированных алюминиевых изделий


Для того чтобы придать изделиям красивый вид, анодированную поверхность необходимо окрасить.


После анодирования изделия тщательно промывают в проточной воде и в водном растворе аммиака (3 см3/л). После повторной промывки в воде можно начинать окрашивание. Технология окрашивания довольно проста, но необходимо соблюдать определенные минимальные технические условия.


Ванны для окрашивания изготовляют только из коррозионностойкой стали. Можно применять также и эмалированные сосуды при условии, что эмаль не повреждена.


Изделия, предназначенные для окрашивания, подвешивают в ванне так, чтобы они не касались друг друга и стенок ванны. Перед самым окрашиванием рекомендуется ~ 5-мин активация поверхностного слоя изделий в 5%-ной азотной кислоте при комнатной температуре, после чего изделия необходимо очень тщательно промыть с целью устранения остатков азотной кислоты.


Например, для получения популярного и очень часто используемого золотистого цвета применяется хромовый оранжевый краситель (0,25-0,5 г на 1000 мл воды). Детали погружают в красящий раствор на 10 мин (в зависимости от требуемого оттенка) при плотности тока 0,5-1 А/дм2 в течение 55-60 мин.. После окрашивания анодированных поверхностей поры уплотняются кипячением в дистиллированной воде, но ни в коем случае не в указанном выше растворе бихромата калия, так как это полностью уничтожит окраску.



Применяется также окраска анилиновыми красителями. Для окраски красителями изделия погружают в 1 %-ный раствор выбранного анилинового красителя для шерсти при температуре 70-80 °С на 2-3 мин.


Окрашивание может производиться одновременно с уплотнением пор. Для этого детали надо прокипятить в растворе выбранного красителя сразу после окрашивания.


По окончании процесса, при котором используется один из описанных выше способов, детали необходимо просушить (лучше всего горячим воздухом в электрической сушилке).


Для повышения блеска рекомендуется завершающая пропитка, которая выполняется погружением в ванну из парафинового масла, концентрированного или разбавленного трихлорэтиленом или перхлорэтиле- ном, а также из раствора воска или парафина. Рабочая температура ванны около 50 °С, детали погружаются в нее на 20-40 с.


Величина рН существенно влияет на ход процесса окрашивания. У большинства растворов рН = 5,5-7,0. Для каждого красителя изготовитель сообщает оптимальное значение рН. В случае необходимости корректировки рН применяют разбавленные растворы едкого натра или уксусной кислоты. Измерение рН в условиях мастерской затруднительно, так как растворы красителей имеют собственный цвет и, следовательно, окрашивают и лакмусовую бумагу. Корректный метод заключается в измерении рН-метром, но он —за пределами возможностей большинства мелких мастерских.


Окрашивание продолжается в среднем 10-30 мин. Если после 30-мин выдержки окрашивание очень слабое, то увеличение ее, как правило, не дает эффекта и причину неудачи следует искать скорее в некорректном составе раствора красителя или в очень тонкой анодной пленке.


Большинство красителей лучше всего окрашивают материал при 55-65 °С. Более высокая температура закрывает поры и действует замедляюще на процесс окрашивания.


Наиболее велик спрос на алюминиевые изделия, окрашенные в черный цвет и на мелкие изделия разных золотистых оттенков.


Получение красивого золотого цвета является труднейшей проблемой. Некоторые специалисты готовят в мастерской смесь нескольких красителей (преимущественно трех: апельсинового, желтого и черного) в разных количествах, выбираемых экспериментально, с преобладанием апельсинового.


Очень старый, но в настоящее время охотно применяемый метод анодного окрашивания алюминия в желтый цвет состоит в осаждении пигмента в порах оксидной пленки, для чего используют железоаммониевый оксалат. Готовят раствор, содержащий 15 г соли в 1 л и нагревают его до 60 °С. В этом растворе окрашивают анодированные изделия от нескольких десятков секунд и дольше в зависимости от необходимого цвета. Раствор требует ежедневной проверки рН, величина которого должна быть в пределах 6-8. Корректируют рН аммиаком или щавелевой кислотой.


Если процесс в ванне идет очень слабо, то доливают щавелевую кислоту (5 г/л) и пергидроль (1 см3/л) и оставляют на 2 ч при 60 °С до завершения реакции. Затем добавляют аммиак до рН = 6.


В зависимости от времени обработки можно получить самые разные оттенки от свежесеребряного до темно-золотого. Преимуществом этого метода является высокое применимы там, где органические красители оказываются нестойкими. Так как сопротивление окраски действию солнечного света: окрашенные алюминиевые изделия ферроаммониевый оксалат нелегко приобрести, то можно приготовить раствор в собственной мастерской из более доступных химикатов. С этой целью в 800 см3 дистиллированной воды растворяют 22 г щавелевой кислоты и 28 г ферроаммониевого сульфата. Затем добавляют 25-30 см3 аммиака и доливают водой до 1 л. После достижения рН = 5-6 и нагрева до 50 °С можно приступить к окрашиванию анодированного алюминия.


Уплотнение окрашенных покрытий заключается в закупоривании пор в покрытии, что повышает сопротивление коррозии и воздействию света.


Самый простой способ уплотнения состоит в обработке в дистиллированной воде, нагретой почти до кипения. Некоторые красители требуют уплотнения в специальных растворах, например, содержащих ацетат никеля и кобальта.


Осуществляя уплотнение, необходимо стремиться поддерживать рН = 5,5-6,0, для чего служит уксусная кислота. Обычная городская вода содержит много загрязнений, что может привести к порошковатости покрытий. Температура воды должна быть не ниже 96 °С. Время уплотнения зависит от толщины анодного покрытия. В соответствии с общими принципами уплотнение должно длиться также долго, как и анодирование 20 мин).


Операцию уплотнения на практике используют не часто по следующим причинам. Поддержание дистиллированной воды в состоянии почти кипения очень затруднено. Некоторые красители часто вымываются из пор анодного покрытия, в результате чего интенсивность окрашивания слабеет. После уплотнения остается часто легкий налет, ухудшающий внешний вид покрытия. С целью устранения этого недостатка к уплотняющей ванне добавляют борную кислоту (5 г/л).


При анодировании и окрашивании на изделиях могут появиться дефекты. Многие дефекты зарождаются еще до гальванической обработки. Все дефекты механической и термической обработки отчетливо выявляются во время анодирования.


Не все алюминиевые сплавы склонны к анодированию и окрашиванию в желаемый цвет, например, отливки с большим содержанием кремния дают серые покрытия, часто грязно-серые, почти не поддающиеся воздействию органических красителей.


Сплавы, содержащие 3-4 % Cu, так называемые дюрали, не поддаются химической полировке, но механически они могут быть доведены до высокого блеска, который, однако, слабеет в результате анодирования.


Если конструкция алюминиевого изделия настолько сложна, что отдельные его детали необходимо соединять заклепками, то эту операцию следует выполнять после анодирования.


Недопустимо анодирование деталей с медными или стальными заклепками, так как другой металл во время анодирования подвергается быстрому и полному разрушению.


Приведенные примеры включают только небольшой перечень того, что может случиться с анодированными алюминиевыми изделиями.


Например, к браку может привести перегрев ванны для анодирования в результате слабого охлаждения, недостаточного перемешивания или очень большой плотности тока, протекающего через ванну, перегруженную изделиями.


При избыточной температуре образуются очень пористые мягкие покрытия с малой абразивной стойкостью. Очень длительная выдержка изделий в нагретой ванне может привести к полному растворению анодного покрытия, что влечет за собой перегрев материала и серьезные изменения размеров изделия.


Падение температуры ванны ниже 18 °С способствует образованию более твердых покрытий с более высокой абразивной стойкостью, но одновременно и менее склонных к окрашиванию (особенно в черный цвет).


Загрязнение ванны хлоридами (более 0,2 г/л) может явиться причиной образования пятен и даже язв. Составление ванны из сильнохлорированной воды и постоянное добавление такой воды в ванну приводит после длительной эксплуатации к чрезмерному хлорированию ванны. Со временем в ванне для анодирования накапливается алюминий, концентрация которого не должна превышать 18 г/л. Желая избавиться от алюминия, необходимо через определенное время сливать часть ванны в запасную и дополнять рабочую ванну свежим раствором. Таким образом одновременно снижается концентрация всех других загрязнений, а, следовательно, и хлоридов.


Не рекомендуется загружать в ванну очень большое количество деталей, так как это отрицательно скажется на качестве покрытия.


Окрашивание в растворах органических красителей может оказаться малостойким в атмосферных условиях и при солнечном свете. Особенно это проявляется у строительных конструкций, таких как оконные рамы, облицовка наружных стен и т. д.


В поиске лучшего решения было разработано так называемое самоокрашивающиеся анодирование, известное в действительности уже очень давно, но дополненное новыми изобретениями, позволяющими образовывать стойкие анодные цветные покрытия на промышленном уровне. Для этого необходимы растворы, состоящие из органических кислот и малого количества серной кислоты, отвечающие, в основном, потребностям строительной архитектуры, предпочитающей черный цвет, разные бронзовые оттенки и некоторые более светлые цвета. Окончательный вид зависит не только от самого раствора, но и от марки алюминиевого сплава.


Этот метод не пользуется большим успехом у практиков из-за необходимости применения таких органических кислот как сульфофталевая, сульфосалицило- вая и малеиновая.


В настоящее время широко применяется двухступенчатый метод, который заключается в традиционном анодировании в серной кислоте и последующем электролитическом окрашивании в отдельной ванне, состоящей из водного раствора солей таких металлов как никель, медь, олово, кобальт и т. д.


Окрашивание происходит под действием переменного тока таким образом, что в порах анодного покрытия осаждаются мелкие частички металла при одновременной стабилизации оксидной пленки.


Растворы для электролитического окрашивания представляют, в основном, водные растворы сульфатов металлов с добавками серной, борной кислот и некоторых стабилизирующих веществ. Очень простой и дешевый раствор состоит из сульфата меди (25 г/л), серной (15 г/л) и винной (10 г/л) кислот. Напряжение 12 В, длительность 5-15 мин, переменный ток частотой 50 Гц, температура комнатная, противоположный электрод медный. В этом растворе можно получать цвет от розового до бронзового.




 
  • Like
Реакции: ТочМет