Анодированием называется электролитический процесс, который используется для увеличения толщины слоя природных окислов на поверхности изделий. Свое название эта технология получила из-за того, что обрабатываемый материал используется в качестве анода в электролите. В результате проведения этой операции увеличивается сопротивление материала к коррозии и износу, а также обеспечивается подготовка поверхности к применению грунтовки и краски.
Нанесение дополнительных защитных слоев после анодирования металла осуществляется гораздо более качественно по сравнению с исходным материалом. Само анодированное покрытие в зависимости от способа его нанесения может быть пористым, хорошо впитывающем красители либо тонким и прозрачным, подчеркивающим структуру исходного материала и хорошо отражающим свет. Образованная защитная пленка является диэлектриком, то есть не проводит электрический ток.
Для чего это делается
Анодированное покрытие используется там, где требуется обеспечить защиту от коррозии и избежать повышенного износа в соприкасающихся частях механизмов и устройств. Среди других способов поверхностной защиты металлов эта технология является одной из самых дешевых и надежных. Наиболее распространено применение анодирования для защиты алюминия и его сплавов. Как известно, этот металл, обладая такими уникальными свойствами как сочетание легкости и прочности, имеет повышенную восприимчивость к коррозии. Данная технология разработана и для целого ряда других цветных металлов: титана, магния, цинка, циркония и тантала.
Некоторые особенности
Изучаемый процесс, помимо изменения микроскопической текстуры на поверхности, также изменяет и кристаллическую структуру металла на границе с защитной пленкой. Однако при большой толщине анодированного покрытия сам защитный слой, как правило, обладает значительной пористостью. Поэтому для достижения коррозионной устойчивости материала требуется его дополнительная герметизация. Вместе с тем толстый слой обеспечивает повышенную износостойкость, гораздо большую по сравнению с красками или другими покрытиями, например, напылением. Вместе с повышением прочности поверхности она становится более хрупкой, то есть более восприимчивой к растрескиванию от теплового и химического воздействия, а также от ударов. Трещины анодированного покрытия при штамповке – отнюдь не редкое явление, и разработанные рекомендации тут не всегда помогают.
Изобретение
Первое документально зафиксированное использование анодирования произошло в 1923 году в Англии для защиты от коррозии деталей гидросамолета. Изначально применялась хромовая кислота. Позднее в Японии была использована щавелевая кислота, однако сегодня в большинстве случаев для создания анодированного покрытия в составе электролита применяется классическая серная кислота, что значительно удешевляет процесс. Технология постоянно совершенствуется и развивается.
Алюминий
Анодированное покрытие выполняется для повышения коррозионной устойчивости и подготовки к покраске. А также, в зависимости от применяемой технологии — либо для увеличения шероховатости, либо для создания гладкой поверхности. При этом анодирование само по себе не способно существенно увеличить прочность изделий, изготовленных из этого металла. При контакте алюминия с воздухом или любым другим газом, содержащим кислород, металл естественным путем формирует на своей поверхности слой оксида толщиной 2-3 нм, а на сплавах его величина достигает 5-15 нм.
Толщина анодированного покрытия алюминия составляет 15-20 микрон, то есть разница в два порядка (1 микрон равен 1000 нм). При этом этот созданный слой в равных долях распределен, условно говоря, внутрь и вовне поверхности, то есть увеличивает толщину детали на ½ от размера защитного слоя. Хотя при помощи анодирования возникает плотное и равномерное покрытие, имеющиеся в нем микроскопические трещины могут привести к коррозии. Кроме этого, сам поверхностный защитный слой подвержен химическому распаду вследствие воздействия среды с высокими показателями кислотности. Для борьбы с этим явлением применяются технологии, сокращающие количество микротрещин и внедряющие в состав оксида более стабильные химические элементы.
Применение
Применяются обработанные материалы весьма широко. Например, в авиации многие элементы конструкции содержат изучаемые сплавы алюминия, такая же ситуация в судостроении. Диэлектрические свойства анодированного покрытия предопределили его использование в электротехнической продукции. Изделия из обработанного материала можно обнаружить в различной бытовой технике, включая плееры, фонари, камеры, смартфоны. В быту используют анодированное покрытие утюга, точнее – его подошвы, что значительно улучшает его потребительские свойства. При приготовлении пищи можно использовать специальные тефлоновые покрытия, чтобы избежать пригорания блюд. Обычно такая кухонная утварь стоит достаточно дорого. Однако сковорода из алюминия без покрытия анодированная в состоянии обеспечить решение той же проблемы. При этом с меньшими затратами денежных средств. В строительстве применяется анодированное покрытие профилей для монтажа окон и прочих нужд. Кроме этого, разноцветные детали привлекают внимание дизайнеров и художников, они используются в различных культурных и арт-объектах во всем мире, а также в изготовлении ювелирных изделий.
Технология
Для проведения работ в промышленных масштабах создаются специальные гальванические цеха и производства, которые считаются «грязными» и вредными для здоровья человека. Поэтому рекомендации по проведению процесса в домашних условиях, рекламируемые в некоторых источниках, следует воспринимать крайне осторожно, несмотря на кажущуюся простоту описываемых технологий.
Анодированное покрытие можно создать несколькими способами, но общий принцип и последовательность проведения работ остаются классическими. При этом прочностные и механические свойства полученного материала зависят от, собственно, самого исходного металла, от характеристик катода, силы тока и состава применяемого электролита. Необходимо подчеркнуть, что в результате выполнения процедуры на поверхность не наносится никаких дополнительных веществ, а защитный слой образуется путем преобразования самого исходного материала. Суть гальваники – воздействие электрического тока на химические реакции. Весь процесс делится на три основные стадии.
Первая стадия — подготовка
На этой стадии изделие подвергается тщательной очистке. Поверхность обезжиривается и шлифуется. После чего происходит так называемое травление. Оно осуществляется путем размещения изделия в щелочном растворе с последующим перемещением в кислотный раствор. Завершает эти процедуры промывка, в ходе которой крайне важно удалить все остатки химических веществ, включая труднодоступные участки. От качества проведения первой стадии во многом зависит конечный результат.
Вторя стадия – электрохимия
На этой стадии собственно и создается анодированное алюминиевое покрытие. Тщательно подготовленную заготовку вывешивают на кронштейны и опускают в ванну с электролитом, располагая между двумя катодами. Для алюминия и его сплавов используются катоды, изготовленные из свинца. Обычно в состав электролита входит серная кислота, но могут использоваться и другие кислоты, например, щавелевая, хромовая в зависимости от будущего предназначения обработанной детали. Щавелевая кислота используется для создания изоляционных покрытий разных цветов, хромовая – для обработки деталей, имеющих сложную геометрическую форму с отверстиями небольшого диаметра.
Время, необходимое для создания защитного покрытия, зависит от температуры электролита и от силы тока. Чем выше температуры и ниже сила тока, тем быстрее проходит процесс. Однако в этом случае поверхностная пленка получается достаточно пористой и мягкой. Для получения твердой и плотной поверхности требуются низкие температуры и высокая плотность тока. Для сернокислого электролита диапазон температур составляет от 0 до 50 градусов, а удельная сила тока — от 1 до 3 Ампер на квадратный дециметр. Все параметры для проведения этой процедуры отработаны годами и содержатся в соответствующих инструкциях и стандартах.
Третья стадия – закрепление
После завершения электролиза изделие, имеющее анодированное покрытие, закрепляют, то есть закрывают поры в защитной пленке. Это можно сделать путем помещения обработанной поверхности в воду либо в специальный раствор. Перед этой стадией возможна эффективная покраска детали, поскольку наличие пор позволят обеспечить хорошее впитывания красителя.
Развитие технологий анодирования
Для получения сверхпрочной оксидной пленки на поверхности алюминия был разработан способ использования сложного состава различных электролитов в определенной пропорции в сочетании с постепенным увеличением плотности электрического тока. Используется своеобразный «коктейль» из серной, винной, щавелевой, лимонной и борных кислот, а сила тока в процессе постепенно увеличивается в пять раз. Благодаря такому воздействию меняется структура пористой ячейки защитного оксидного слоя.
Отдельно следует упомянуть технологии изменения цвета анодированного объекта, которое возможно сделать разными способами. Самым простым является помещение детали в раствор с горячим красителем сразу после проведения процедуры анодирования, то есть до третьей стадии процесса. Несколько сложнее организован процесс окрашивания с использованием добавок непосредственно в электролит. Добавками обычно являются соли различных металлов либо органические кислоты, позволяющие получить самую разнообразную гамму цветов – от абсолютно черного до практически любого цвета из палитры.
