Что такое анодирование алюминия: Что такое анодирование алюминия – процесс и технология цветной анодировки

Процесс анодирования алюминия

Анодирование алюминия или его анодное окислениерассматривается многими предпринимателями, как одно из самых перспективных направлений обработки алюминия и его сплавов.

 

Сущность анодирования алюминия

 

Почему? Что такого особенного в этом незамысловатом с точки зрения химии процессе? А главное в чем его экономическая выгода? Давайте разбираться.

Как известно, алюминий самый распространенный металл на Земле, а кроме того еще и самый востребованный. Химические и физические свойства алюминия позволяют использовать его практически повсеместно: в машиностроении, авиации, космической промышленности, электро- и теплотехнике и пр. Алюминий на открытом воздухе быстро окисляется и образует на поверхности защитную микропленку, которая делает металлоизделия из алюминия химически более инертными. Однако эта естественная защита слишком мала, поэтому алюминий и его всевозможные сплавы не вечны: со временем они легко подвергаются коррозии.

 

 

Защитить изделия из алюминия, сделать их более твердыми и долговечными можно двумя способами: окрасить их с помощью порошковых красок или оксидировать, т.е. искусственно создать на его поверхности толстую пленку. Оксидирование в свою очередь подразделяется на два подвида: химическое оксидирование в растворах хрома и собственно анодирование с помощью анодной поляризации изделия в электролите.

Преимущества окрашивания в том, что готовые изделия внешне более эффектны: получаемый цвет ровнее, ярче, возможных оттенков окрашивания больше, легче получить нужную текстуру. Однако анодирование гораздо менее зависимо от качества поставляемых материалов, да и производственные линии устроены проще. Кроме того, спектр цветов и оттенков анодированных металлоизделий становится с каждым годом все больше и больше. Сейчас доступно даже радужное анодирование с созданием на поверхности изделия переливающегося блестящего покрытия.

 

Технология анодирования алюминия

 

Производственный процесс анодирования алюминия условно делится на три этапа:

1.

Подготовительный — на этом этапе алюминиевое изделие необходимо тщательно механически и электрохимически обработать. От того, как качественно будет проведен этот процесс будет зависеть конечный результат. Механическая обработка подразумевает очищение поверхности, ее шлифовка и обезжиривание. Затем изделие сначала помещают в щелочной раствор, где происходит так называемое «травление», а после — в кислотный, для осветления изделия. Последний шаг — промывка изделия. Промывка проводится в несколько стадий, так как крайне важно удалить остатки кислоты даже в труднодоступных участках изделия.

 

 

2. Химическое анодирование алюминия — изделие прошедшее первичную обработку подвешивают на специальные кронштейны и помещают в ванну с электролитом между двумя катодами. В качестве электролитов могут выступать растворы серной, щавелевой, хромовой и сульфосальциловой кислот иногда с добавлением органической кислоты или соли. Серная кислота — самый распространенный электролит, однако он не подходит для сложных изделий с мелкими отверстиями или зазорами.

Для этих целей лучше подходят хромовые кислоты. Щавелевая кислота в свою очередь создает наилучшие изоляционные покрытия разных цветов.

Вид, концентрация, температура электролита, а также плотность тока напрямую влияют на качество анодирования. Чем выше температура и ниже плотность тока, тем быстрее происходит анодирование, пленка получается мягкая и очень пористая. Соответственно чем ниже температура и выше плотность тока, тем тверже покрытие. Диапазон температур в сернокислом электролите колеблется от 0 до 50 градусов по Цельсию, а диапазон плотности от 1 до 3 А/дм2. Концентрация электролита может колебаться в пределах 10-20 % от объема в зависимости от требований технической документации.

3.Закрепление — непосредственно после анодирования поверхность изделия выглядит очень пористой. Чем больше пор — тем мягче поверхность. Поэтому, чтобы изделие получилось крепким и долговечным, поры нужно закрыть. Сделать это можно, окунув изделие в почти кипящую пресную воду, обработав под паром, либо поместив в специализированный «холодный» раствор.

Если изделие предполагается окрасить в какой-нибудь цвет, его не «закрепляют», так как краска прекрасно заполнит пустое пространство в порах.

Оборудование для анодирования алюминия делится на 3 вида: основное (ванны для анодирования), обслуживающее (обеспечивает непрерывную работу линии, подает ток в ванны и т.д.) и вспомогательное (на нем осуществляется подготовка алюминиевых изделий, их перемещение по линиям, складирование и пр.).

 

 

 

Разновидности анодирования

 

На сегодняшний день можно встретить компании предоставляющие различные услуги по анодированию алюминия. Это и классическое, и твердое, и цветное анодирование. Некоторые организации предлагают анодировать алюминий в домашних условиях. Каждое направление имеет свои интересные особенности, о которых мы и поговорим дальше.

 

 

 

Твердое анодирование алюминия — это особый способ получения сверхпрочной микропленкина поверхности алюминиевой детали. Он получил небывалое распространении в авиа, космо и автостроении, архитектуре и схожих областях. Суть процесса в том, что для анодирования берется не один электролит, а несколько в определенной комбинации. Так одна из запантенованных методик подразумевает смешение серной, щавелевой, винной, лимонной и борной кислот в пропорции 70-160/30-80/5-20/2-15/1-5 г/л. и постепенным увеличением плотности тока с 5 до 28 В. при температуре раствора до 25 градусов по Цельсию. Твердость покрытия достигается благодаря изменению структуры пористых ячеек анодной пленки.

Цветное анодирование алюминия — технология изменения цвета анодированной детали. Производится как до, так и после расположение детали в электролите. Бывает 4 видов:

 

 

Первое — адсорбационное окрашивание — происходит сразу после перемещения элемента из ванной с электролитом, т.е до заполнения пор. Деталь также погружают в раствор с красителем, разогретым до определенной температуры (55-75 град. по Цельсию), на некоторое время (обычно от 5 до 30 минут), а затем дополнительно уплотняют, чтобы увеличить окрашенный слой.

Второе — электролитическое — оно же черное анодирование алюминия — это получение сначала бесцветной анодной пленки, а затем продолжение процесса в кислом растворе солей некоторых металлов. Цвет готового изделия получается от слабобронзового до черного. Анодирование алюминия в черный цвет востребовано в производстве строительных профилей и панелей.

 

 

Третий вид — интерференционное окрашивание — то же, что и предыдущее, но позволяет получить большее количество оттенков благодаря формированию специального светоотражающего слоя.

Ну и наконец, четвертый вид — интегральное окрашивание — в раствор электролита для анодированию добавляют органические соли, благодаря которым и происходит покраска изделия.

Теперь вы получили общее представление о процессе анодирования. Как видно из всего сказанного — электрохимическое оксидирование позволяет добиться самых разных результатов, не тратя при этом огромных денег на организацию процесса. Не удивительно, что в нем так заинтересованы многие предприниматели.

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.

Что такое анодирование? Отделка на выбор

Что такое анодирование? — Совет по анодированию алюминия

Анодирование представляет собой электрохимический процесс, при котором поверхность металла превращается в декоративное, прочное, коррозионно-стойкое покрытие из анодированного оксида . Алюминий идеально подходит для анодирования, хотя другие цветные металлы, такие как магний и титан, также могут быть анодированы. Структура анодного оксида происходит от алюминиевой подложки и полностью состоит из оксида алюминия. Этот оксид алюминия не наносится на поверхность, как краска или покрытие, а полностью интегрируется с основной алюминиевой подложкой , поэтому он не может отколоться или отслаиваться. Он имеет высокоупорядоченную пористую структуру, которая допускает вторичные процессы, такие как окрашивание и запечатывание. Анодирование осуществляется путем погружения алюминия в ванну с кислым электролитом и пропускания электрического тока через среду. Катод крепится к внутренней части ванны для анодирования; алюминий действует как анод, так что ионы кислорода высвобождаются из электролита соединиться с атомами алюминия на поверхности анодируемой детали. Таким образом, анодирование представляет собой строго контролируемое окисление, усиливающее естественное явление. Узнайте больше об анодировании… Применение анодированного алюминия Историческая перспектива Преимущества анодирования Анодирование и окружающая среда Определения и методы анодирования Анодирование рулона Текущие процессы анодирования Характеристики анодного покрытия Обозначения анодного покрытия Сплавы, подходящие для анодирования Руководство по размещению заказов и ценовым предложениям Как определить отделку алюминия Анодированная отделка сделала алюминий одним из самых уважаемых и широко используемых материалов сегодня в производстве тысяч потребительских, коммерческих и промышленных товаров. Анодированный алюминий: Защищает спутники от неблагоприятных условий космоса. Используется в одном из самых высоких зданий мира — Уиллис-Тауэр в Чикаго, штат Иллинойс. Обеспечивает привлекательный, требующий минимального обслуживания, очень прочный внешний вид, крыши, навесные стены, потолки, полы, эскалаторы, вестибюли и лестницы в небоскребах и коммерческих зданиях по всему миру. Произвел революцию в производстве компьютерного оборудования, стендов для выставок, научных инструментов и постоянно расширяющегося ассортимента бытовой техники, потребительских товаров и строительных материалов. Считается экологически безопасным, оказывает незначительное вредное воздействие на землю, воздух или воду.

Анодирование алюминия: все, что вам нужно знать

Время прочтения: 11 мин

Обзор анодирования алюминия

Процесс анодирования (иногда называемый анодированием) превращает поверхность алюминия в более толстый и однородный оксидный слой через электролитический процесс.

Электрохимически анодирующий алюминий продуцирует поверхность оксида алюминия, которая имеет:

• Коррозионная стойкость
• Адресный внешний вид
• . по анодированию алюминия. Но анодировать можно и другие металлы, в том числе магний, титан и алюминиевый сплав. Существует несколько типов отделки из анодированного алюминия, включая прозрачный анодированный алюминий, черный анодированный алюминий и твердый анодированный алюминий. Есть также несколько часто упоминаемых типов анодирования: Тип I, Тип II и Тип II.

  Многие отрасли промышленности обычно используют военную спецификацию MIL-PRF-8625 (которая заменяет MIL-A-8625) для определения процесса анодирования, например, проектирования линии анодирования и шаблонов анодирования. Мы будем ссылаться на него несколько раз в этой статье. Но всегда полезно проверить свои требования к анодированию, прежде чем указывать свой дизайн.

  Преимущества процесса анодирования

  В процессе анодирования естественный слой оксида алюминия заменяется новым слоем оксида алюминия для повышения долговечности деталей, адгезии краски, внешнего вида компонентов и коррозионной стойкости. Он также образует химически стойкое покрытие против агрессивных чистящих средств. На изображении ниже показаны несколько деталей, которые были анодированы, а затем окрашены в разные цвета.

  В процессе анодирования используется кислотная ванна и электрический ток для создания этого анодного слоя на основном металле. Проще говоря, мы создаем контролируемый и прочный слой оксида алюминия на нашем компоненте вместо того, чтобы полагаться на тонкий слой оксида, который естественным образом появляется на любой голой алюминиевой поверхности. Это похоже на воронение, паркеризацию, пассивирование и другие виды обработки поверхности конверсионным покрытием, используемые для коррозионной стойкости и упрочнения поверхности.

  Типичные области применения деталей из анодированного алюминия

  Анодные оксидные покрытия имеют широкий спектр применения, но одно из наиболее распространенных — эстетическое, поскольку оно позволяет окрашивать компоненты в различные цвета.

  Флэш-накопители, анодированные и окрашенные

  Верхний флэш-накопитель относится к классу 1 (неокрашенный), поэтому анодное покрытие выглядит чистым, а цвет почти такой же, как у основного сплава. Нижний накопитель окрашен в ярко-синий цвет. Другим примером является приведенный ниже резьбовой переходник, который был анодирован и окрашен в черный цвет.

  Резьбовой переходник, анодированный и окрашенный в черный цвет

  Покрытие резьбового переходника не кажется износостойким, что указывает на то, что оно было покрыто более тонким анодированным покрытием типа II или было изготовлено с плохим контролем процесса.

  В качестве четвертого примера у нас есть несколько анодированных радиаторов, показанных ниже.

  Анодированные радиаторы

  Анодированные покрытия могут повысить эффективность радиаторов за счет увеличения коэффициента излучения поверхности на порядок по сравнению с голым алюминием, что улучшает теплопередачу излучением.

  Ниже мы видим матовый черный клапан с относительно качественным анодным слоем. Также обратите внимание на привлекательный логотип с лазерной гравировкой, который контрастирует с остальной частью компонента. Распространено травление через анодный слой вместо печати на поверхности детали — как для увеличения долговечности логотипа, так и для экономии затрат и технологических операций.

  Матовый черный клапан с довольно качественным анодным слоем

  Анодированный алюминиевый лист отлично подходит для наружной рекламы, поскольку он легкий, устойчивый к коррозии и более прочный, чем краска. На анодированную поверхность можно легко нанести трафаретную печать или покрыть отражающими материалами, как в примере наружной рекламы ниже:

  Хотя мы обсудили широкий спектр областей применения, мы лишь коснулись всех потенциальных областей применения анодированного алюминия. Если вам нужна дополнительная информация и примеры, мы рекомендуем вам посетить веб-сайт Совета по анодированию алюминия.

  Типы доступных процессов анодирования алюминия

  Военная спецификация MIL-PRF-8625 Кислотно-серное анодирование типа II и анодирование с твердым покрытием типа III являются наиболее распространенными. Тип II широко называется обычным анодированием, а тип III называется жестким или твердым анодированием. А тип I? Мы вернемся к этому через мгновение.

  Три типа анодирования в соответствии с MIL-PRF-8625:

  Тип I
  • Тип I и IB – Анодирование хромовой кислотой
  • Тип IC – Анодирование без хромовой кислоты вместо Типа I и IB
  Тип II
  • Тип II – обычное покрытие из ванны с серной кислотой
  • Тип IIB – бесхроматная альтернатива покрытиям типа I и IB

  тип III

  3

• Тип III – Твердое анодирование

Каждый тип анодирования создает различные функциональные и эстетические характеристики:

• Типы I, IB и II используются для защиты от коррозии, абразивного износа и подготовки к окраске. Для применений, критичных к усталости, используются типы I и IB, поскольку они представляют собой более тонкое и гибкое покрытие — например, эти типы часто наносят на сильно усталостные конструкционные компоненты самолетов.
• Типы IC и IIB используются, когда желательна альтернатива без хромата, часто из-за экологических норм или требований. При разработке систем в оборонной промышленности новые контракты требуют экологически чистых вариантов (типы IC и IIB) из-за шестивалентного хрома в типах I и IB.
• Тип III используется в первую очередь для повышения сопротивления истиранию и износу. Это гораздо более толстое покрытие, которое превосходит другие типы в отношении истирания и износа. Однако это покрытие может снизить усталостную долговечность. Анодирование типа III часто используется для компонентов огнестрельного оружия, шестерен, клапанов и других деталей, которые скользят друг относительно друга.

Все виды анодирования улучшают адгезию красок и некоторых других связующих веществ по сравнению с чистым алюминием. В дополнение к процессу анодирования некоторые детали могут быть окрашены, загерметизированы или обработаны другими материалами, такими как сухая смазка. Если деталь окрашена, она считается классом II, тогда как неокрашенная деталь относится к классу I в соответствии со спецификацией MIL-PRF-8625.

Элементы, которые необходимо учитывать при планировании анодирования алюминия

Вот что необходимо учитывать при проектировании алюминиевых деталей, которые будут анодированы:

1. Размеры

Сначала рассмотрим изменение размеров, связанное с анодированием алюминиевых компонентов. На чертеже инженер или проектировщик может указать, что размеры применяются после обработки, чтобы компенсировать это изменение. Тем не менее, чертежи редко используются при создании быстрых прототипов, особенно при использовании службы быстрой обработки, основанной на твердотельных моделях.

При анодировании детали поверхности имеют тенденцию «расти» (т. е. наружный диаметр увеличивается, а отверстия уменьшаются). Это связано с тем, что анодный слой нарастает на поверхность детали по мере накопления оксида алюминия.

Размерный рост можно оценить примерно на 50% от общей толщины анодного слоя. В таблице ниже указаны диапазоны толщины различных типов покрытий в соответствии со спецификацией MIL-PRF-8625.

Конечно, эти толщины будут варьироваться в зависимости от конкретного используемого сплава и управления процессом. Если разработчик озабочен контролем над ростом высокоточного элемента, может потребоваться его замаскировать. В некоторых случаях, таких как толстые покрытия типа III, детали могут быть притерты или отшлифованы до окончательного размера, но только за дополнительную плату.

Другим аспектом размеров является радиус внешних краев и внутренних углов, поскольку анодное покрытие плохо формируется на острых углах. Это особенно верно для покрытий типа III, где MIL-PRF-8625 рекомендует следующие минимальные радиусы углов для данной толщины типа III: лучше проконсультироваться с вашим магазином анодирования, чтобы проверить их требования.

2. Износостойкость

Учитывая повышенную твердость анодного слоя, следует, что повышается и поверхностная твердость анодируемой детали. Твердость покрытия обычно не указывается из-за взаимодействия между более мягким основным металлом и твердым анодным слоем. MIL-PRF-8625 определяет тест на стойкость к истиранию для решения этих проблем.

Для справки: необработанный алюминий 2024 имеет твердость в диапазоне 60-70 единиц по шкале Роквелла B , тогда как твердость анодированного типа III составляет 60-70 единиц по шкале Роквелла С . На изображении ниже показан прижимной зажим с ЧПУ, анодированный и окрашенный в красный цвет.

Прижимной зажим с ЧПУ, анодированный и окрашенный в красный цвет

Как видите, поверхности почти не изнашиваются, несмотря на то, что они используются для крепления твердой древесины, инженерных пластиков и неферритных металлов в условиях высокой вибрации.

3. Добавление цвета с помощью красителей

Анодированные покрытия окрашиваются по разным причинам, включая эстетику, уменьшение рассеянного света в оптических системах и контрастность/идентификацию деталей в сборках.

Когда дело доходит до окрашивания анода, также важно обсудить ожидания с мастерской, которая будет анодировать детали. Некоторые ключевые моменты, которые следует обсудить с поставщиками:

Методы окрашивания

• Электролитическое окрашивание
  • Анодированный алюминий погружают в ванну, содержащую соли металлов, и металлические отложения заполняют анодные поры с использованием электролитического тока. Вы можете получить различные цвета, устойчивые к ультрафиолетовому излучению, в зависимости от типа металла и продолжительности пребывания алюминия в ванне.
• Окрашивание погружением
• Анодированный алюминий помещают в нагретую ванну с красителем, чтобы краситель заполнил анодные поры. Затем для завершения процесса используется деионизированная вода. С помощью этого процесса вы можете получить различные цвета, не устойчивые к ультрафиолетовому излучению.
• Интегральное окрашивание
• Этот процесс «интегрирует» процесс анодирования с процессом окрашивания для формирования оксидного слоя, а также для окрашивания материала в оттенки бронзы и черного цвета. Этот процесс позволяет получить деталь, которая более устойчива к истиранию, чем обычное анодирование.
• Интерференционная окраска
• Серная кислота расширяет поры анодированного алюминия, затем в поры осаждается металл, что дает ряд светостойких цветов, включая оттенки синего, зеленого, желтого и красного. Эти цвета являются результатом эффектов оптической интерференции, а не эффектов рассеяния света других процессов окрашивания.

Подбор цвета

Добиться точного совпадения цвета анодированных деталей может быть сложно, особенно если они не все обрабатываются в одной партии. Если сборка состоит из нескольких анодированных деталей, которые должны быть одного цвета, вам нужно будет покрасить их вместе или использовать уникальные элементы управления, чтобы получить желаемую консистенцию.

Выцветание

Анодированные покрытия под воздействием УФ и тепла могут выцветать. Органические красители подвержены большему воздействию, чем неорганические, но многие цвета требуют органических красителей. Соответственно выбирайте оттенки.

Чувствительность к красителю

Не все типы анодирования и покрытия хорошо впитывают краску. Черный анодированный алюминий типа I имеет проблемы с достижением истинного черного цвета, потому что покрытие тонкое. Часто часть будет казаться серой, несмотря на черный краситель; цветной краситель может быть неэффективным без специальной обработки. Жесткий анодированный алюминий типа III может также казаться темно-серым или черным на некоторых сплавах, когда покрытие более толстое, поэтому выбор цвета будет ограничен из-за серого цвета под ним. Некоторые более тонкие покрытия Типа III могут принимать несколько цветов, но если эстетика является вашей главной заботой, Тип II — лучший выбор для получения широчайшего диапазона цветовых вариантов.

4. Проводимость

Анодные слои являются хорошими изоляторами, несмотря на проводимость основного металла. По этой причине может потребоваться нанести прозрачное химическое конверсионное покрытие и замаскировать определенные области, если есть необходимость заземлить шасси или компонент.

(Совет: распространенный способ определить, анодирована ли алюминиевая деталь, — это проверить электропроводность поверхности с помощью цифрового мультиметра. Если деталь не анодирована, она, скорее всего, будет проводящей и иметь очень низкое сопротивление.)

5. Комбинированные покрытия

Анодирование часто выполняется перед другой обработкой поверхности или процессами нанесения покрытий из-за его способности улучшать адгезию и сцепление как с гальваническими покрытиями, так и с покрытиями. Вот некоторые из распространенных покрытий и отделок поверхности, наносимых на анодированный алюминий:

Краска

Анодные покрытия могут быть окрашены для повышения коррозионной стойкости и получения определенных цветов, которые невозможно получить путем окрашивания.

Тефлоновая пропитка

Тефлон может пропитывать твердые покрытия типа III для снижения их коэффициента трения и часто используется в полостях формы и скользящих/контактирующих компонентах.

Гальваническое покрытие

Хромирование выполняется путем гальванического покрытия никелем, а затем хромированием детали из анодированного алюминия. Декоративное хромирование придает эстетичный блестящий вид с повышенной коррозионной стойкостью. Хотя твердое хромирование не такое блестящее, оно обеспечивает исключительную коррозионную стойкость и износостойкость.

Другие процессы могут применяться для изменения свойств анодных покрытий, но они встречаются редко и обычно требуют работы со специализированным поставщиком. Если у вас есть особые потребности, лучше всего обратиться к специалисту по покрытиям.

Рекомендации по анодированию алюминия

Анодирование алюминия дает много преимуществ, но этот процесс имеет свои ограничения. Вот некоторые из них, о которых следует помнить:

• Толстые анодные покрытия могут снизить усталостную долговечность компонентов, особенно если они включают процессы Типа III.
• Необходимо учитывать геометрические изменения для любых частей, которые будут анодированы. Это очень важно для процессов типа II и III, но может не требоваться для некоторых процессов типа I.
• Сопоставление цветов может быть сложным при работе с несколькими партиями и очень трудным при работе с разными поставщиками.
• Для полной защиты от коррозии может потребоваться герметизация пор анодного слоя.
• Стойкость к истиранию твердых покрытий типа III, вероятно, упадет по мере приближения и превышения толщины 0,003 дюйма.
• Различные сплавы могут по-разному реагировать на процесс анодирования. Например, сплавы с содержанием меди 2% или более обычно менее износостойкие, чем другие сплавы, когда они подвергаются испытаниям MIL Spec для покрытий типа III. Это означает, что твердое покрытие типа III на алюминии серии 2000 и некоторых сплавах серии 7000 не будет таким износостойким, как 6061 с твердым покрытием. Мы рекомендуем вам проконсультироваться с вашим поставщиком, если у вас есть сомнения по поводу используемого вами сплава.

Часто задаваемые вопросы

Как происходит процесс анодирования алюминия?

В процессе анодирования поверхность алюминия превращается в более толстый, прочный и однородный оксидный слой посредством электрохимического процесса. Пористая структура полученной поверхности обеспечивает улучшенное сцепление краски и клея, адгезию покрытия, повышенную теплоотдачу и допускает вторичное введение смазочных материалов и красителей.

В какие цвета можно анодировать алюминий?

Большинство цветов можно получить, используя красители в процессе анодирования или окрашивая после него (например, для получения чистого белого цвета).

Для анодирования используются различные методы, включая электролитическое окрашивание, окрашивание окунанием, интегральное окрашивание и интерференционное окрашивание (см. раздел «Методы окрашивания»). Возможные цвета анодирования: черный, синий, сине-серый, коричневый, золотой, серый, зеленый, оливково-серый, розовый, красный, фиолетовый и желтый. Некоторые процессы производят цвета, устойчивые к ультрафиолетовому излучению. Некоторые процессы производят цвета, вызванные эффектами оптической интерференции, другие — рассеянием света.

Анодированная алюминиевая поверхность также идеально подходит для нанесения краски, трафаретной печати или нанесения светоотражающих материалов (например, светоотражающих материалов для дорожных знаков) для достижения желаемого цвета.

Как выглядит прозрачный анодированный алюминий?

Чистый анодированный алюминий имеет равномерную прозрачную пленку с повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью. Цвет пленки меняется от очень светлого до темно-серого по мере увеличения толщины покрытия.

Какой тип анодирования выбрать?

Большинство обрабатываемых деталей анодированы в соответствии с серным анодированием типа II (или «обычным») и серным анодированием типа III с твердым покрытием или «твердым» серным анодированием в соответствии с военной спецификацией MIL-PRF-8625. При анодировании типа I используется экологически небезопасная хромовая кислота, которая редко указывается (например, для военных или аэрокосмических применений, требующих значительных усилий по переаттестации). Дополнительную информацию см. в разделе «Какие элементы следует учитывать…».

Сколько стоит анодирование алюминия?

Стоимость зависит от толщины покрытия, типа анодирования, услуг вторичной отделки, геометрии детали и размера партии.

Стирается ли анодирование?

Анодирование долговечно, поскольку оно входит в состав основного алюминиевого материала. Тем не менее, он может стереться при истирании, а цвет может потускнеть при длительном воздействии на открытом воздухе. Твердое анодирование типа III сохраняет свой цвет и износостойкость дольше, чем тип II.

Выводы

Анодирование алюминия является отличным вариантом обработки поверхности для повышения коррозионной стойкости и износостойкости, но области применения выходят далеко за рамки этого. Анодирование также улучшает адгезию краски, обеспечивает хорошую поверхность для пропитки и улучшает другие качества поверхности и эстетику деталей с покрытием.

Анодирование алюминия является сложным процессом, как описано в этой статье. Воспользуйтесь нашими советами по проектированию и учтите наши опасения, и вы будете на пути к успешной партии деталей из анодированного алюминия.

Упрощенный поиск поставщиков

Также сложно укрепить цепочку поставок анодированных алюминиевых деталей от закупки материалов до обработки на станках с ЧПУ и анодирования. Но вам не нужно покупать детали в одиночку. Если перед вами стоит задача поиска и поставки анодированных деталей, обработанных на станках с ЧПУ, Fictiv — это ваша операционная система для индивидуального производства, которая сделает его быстрее, проще и эффективнее.

Другими словами, Fictiv позволяет инженерам, таким как вы, быть инженерами. Мы предлагаем ряд производственных возможностей для производства как простых, так и невероятно сложных геометрических форм — создайте бесплатную учетную запись и загрузите свои проекты сегодня!

Мета-заголовок: Анодирование алюминия: все, что вам нужно знать

Мета-описание: узнайте все об анодировании алюминия с помощью нашего простого руководства, описывающего различные типы анодирования и конструкции для анодирования

Мы видим, что верхняя флешка относится к классу 1 (неокрашенный), поэтому анодное покрытие кажется чистым, а цвет почти таким же, как у основного сплава, а дно окрашено в синий цвет.