что это, где применяется, как изготавливается
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.
Нанесение гальванических покрытий: анодированный алюминий
Алюминий – отличный материал, и вот почему: он легок в обработке, прочный и легкий. Сегодня его используют во многих целях. Но у алюминия есть недостаток – он очень быстро окисляется. Вот тут-то нам и понадобится технология анодирования, о которой подробно расскажем далее.
На анодированном алюминии обычно появляется оксидная пленка. Главный плюс процесса анодирования заключается в том, что обработанный участок материала в последствии становится более прочным. Можно сказать, что, как и при любом процессе гальваники, материал защищается от коррозии за счет нанесения дополнительного покрытия.
Чем так важен процесс анодирования?
По сути, это химический процесс. Если Вы понимаете, как распространяется коррозия металлических изделий, то точно знаете, что кислород для металла – мощный окислитель.
В результате его взаимодействия с материалом образуются оксиды, а далее начинается процесс разрушения. Анодирование металла упрочняет оксидную пленку. Ну и, конечно, не первостепенный, но тоже важный момент – внешний вид алюминия становится «опрятнее» и легче поддается дальнейшей покраске.
Польза применения анодированного алюминия
Обработанный материал широко применяется в промышленности, в прожекторах, для нагревательных рефлекторов и т.д.
Теплое анодное окисление
Используется для покраски металла. Технология достаточно простая, но вот подвох – в итоге поверхность алюминиевого профиля легко подвергается разрушению. Также покрытие легко стирается, стоит провести рукой… Потребуется дополнительное покрытие эпоксидкой.
Холодное анодирование
Отличный способ анодирования в домашних условиях. Происходит следующим образом: слой с внутренней стороны металла становится прочнее за счет растворения с внешней стороны. Главное поддерживать температуру низкой.
Приступаем к анодированному покрытию алюминия
Сперва приготовим алюминиевые ванные. Главное позаботиться о теплоизоляции, чтобы смесь не нагревалась. Это важно! Далее делаем катод из свинцовых листов, площадь катода должна быть в два раза больше площади поверхности материала, который мы обрабатываем.
Далее обезжириваем образец от всех возможных загрязнений и шлифуем деталь, после чего окунаем ее в щелочь. В это время на поверхности материала начинают образовываться микропоры, поверхность уплотняется.
Теперь переходим к химической обработке. В ванну помещаем электролит (раствор серы или хрома, щавелевой или сульфосалициловой кислот). Рекомендуем Вам использовать хромовую или щавелевую кислоту. Если вы занимаетесь анодированием алюминия дома – лучше всего использовать содовый раствор.
На детали появились поры разного диаметра. Их нужно закрыть для прочности. Для этого опускаем деталь в горячую воду, а после помещаем в холодный раствор.
Гальваника алюминия: Этих ошибок лучше избегать!
В первую очередь обязательно позаботьтесь о своей безопасности. Наденьте перчатки, очки и специальную защитную одежду. Вы работаете с химией, а это чревато плачевными последствиями.
Важный момент – температура не должна быть через чур низкой. При высоком сопротивлении поддерживать плотность тока будет труднее. Если работаете в домашних условиях – идеальной температурой будет -10 градусов по цельсию. При высокой температуре ожидайте обратного эффекта – окрашивание получится мутным, а анодное покрытие слабым.
Подходящая плотность покрытия
Отвечаем сразу – лучше всего, когда плотность анодного покрытия 2-2,2 А на дм2. Это обезопасит Вас от возможно допустимых ошибок. Не увеличивайте мощность тока! От этого на детали появятся повреждения.
Кстати, о мощности тока
Если металлическая деталь в хорошем контакте с подвеской, это обеспечит оптимальную силу тока.
Хороший контакт можно установить с помощью зажима из алюминиевой шпильки, тогда электрод плотно прикрепится к детали.
Основные виды анодирования
Теперь предлагаем Вам рассмотреть виды анодирования более подробно. Вот основные из них:
- Твердое
Смесь кислот для использования анодного покрытия в промышленности (в автомобилестроении, например). Главное качество твердого анодирования – прочность.
- Микродуговое
- Цветное
Иными словами – это покраска материала (с помощью адсорбции, или же интегральное/интерференционное/электролитическое окрашивание).
Теперь Вы понимаете процесс анодирования алюминия чуть более подробно. Мы также постарались объяснить, как гальваническое покрытие осуществляется в домашних условиях.
Тем не менее, за услугами анодирования алюминия и его сплавов рекомендуем обратиться к компаниям, проверенным специалистами ПромМаркета. На ошибках учатся, но куда надежнее доверить гальванику профи со знанием своего дела и опытом. Желаем удачи!
ООО «Опытный завод №31 Гражданской авиации»
Услуги металлообработки и изготовления деталей по чертежам заказчика на оборудовании нашего завода
Руководство по анодированию алюминия и других металлов
При изготовлении металлических компонентов важно учитывать чистоту поверхности. Металлическая отделка улучшает общий внешний вид детали и может помочь повысить производительность детали за счет повышения таких факторов, как коррозионная стойкость и износостойкость.
Анодирование является популярным выбором для отделки деталей из алюминия и титана, а также других цветных металлов. В этой статье мы расскажем об основах анодирования, его преимуществах и основных соображениях для групп разработчиков.
Что такое анодирование?
Анодирование — это процесс, при котором слой естественного оксида на поверхности металлической детали утолщается в анодную оксидную пленку. Эта дополнительная толщина защищает поверхность детали и улучшает эстетику.
Наиболее часто анодированными металлами являются алюминий и титан, однако этому процессу могут подвергаться и другие цветные металлы. В соответствии со стандартом анодирования MIL-A-8625 существует три различных типа анодирования:
- Тип I : Использует хромовую кислоту для получения очень тонкого оксидного слоя.
- Тип II : Использует серную кислоту для получения более толстого оксидного слоя, пригодного для окрашивания.
- Тип III : Использует тот же процесс, что и Тип II, но создает еще более толстый оксидный слой. Это часто называют «жестким анодированием».
В этих типах MIL-A-8625 существует два класса — класс 1 (анодирование без окрашивания) и класс 2 (анодирование с окрашиванием или цветным покрытием).
Внутри процесса анодирования
Анодирование – это процесс, при котором металл погружают в электролитическую ванну. Погруженный в воду катод (отрицательно заряженный электрод) вызывает выделение водорода из раствора, в то время как кислород выделяется на поверхности алюминиевой детали (анод, положительно заряженный). В результате этого процесса на поверхности детали образуется защитный слой оксида алюминия.
Слой оксида алюминия наносится непосредственно на поверхность детали, что обеспечивает очень прочную и долговечную отделку. Хотя существуют и другие методы цветной обработки алюминиевых деталей, такие как покраска, они, условно говоря, приводят к гораздо более слабому сцеплению с поверхностью.
Анодирование — широко используемый процесс отделки металлических деталей. Он может увеличить срок службы металлического компонента за счет улучшения коррозионной стойкости, износостойкости и т. д.Преимущества анодирования алюминия и других металлов
Анодирование алюминия, титана и других металлов имеет множество преимуществ.
Прочность
Анодирование металлического компонента продлевает срок его службы благодаря повышенной стойкости к истиранию и коррозии. Эта повышенная долговечность приводит к тому, что анодированные металлические детали изнашиваются намного дольше во время установки, обращения и регулярного использования.
Эстетика
Прозрачное анодированное покрытие может быть использовано для защиты уже приемлемого внешнего вида детали или для улучшения эстетики путем добавления цвета. Несмотря на то, что для точной цветопередачи и воспроизводимости требуется значительный опыт, результаты могут быть чрезвычайно желательными и выглядеть профессионально.
Здоровье и безопасность
Анодированные покрытия химически стабильны, нетоксичны и практически не оказывают вредного или опасного воздействия на землю, воздух или воду. По этой причине анодирование считается экологически безопасной процедурой.
Затраты
Анодирование металлических компонентов может привести к значительному экономическому эффекту в будущем. Анодирование обычно снижает объем долгосрочного обслуживания по сравнению с необработанным алюминием, что приводит к значительной экономии средств. Кроме того, хотя химические реакции, лежащие в основе процесса анодирования, сложны, сам процесс является относительно недорогим.
Общие области применения и соображения по анодированию
Анодирование используется в строительной, аэрокосмической и легкой промышленности. Анодированные металлы можно найти в экстерьерах зданий, таких как навесные стены и крыши, в интерьерах, таких как потолки и полы, а также на лестницах и эскалаторах. Спутники также обычно имеют анодированные компоненты, что помогает им функционировать в суровых условиях космического пространства.
Есть несколько проблем и соображений, которые следует учитывать при проектировании анодирования металла.
Размеры
Процесс анодирования увеличивает поверхность объекта, что означает изменение размеров голой металлической части. Размерный рост изменяется в зависимости от типа анодирования, но обычно составляет около 50 процентов от общей толщины анодного слоя. Толщина оксидного слоя должна учитываться при определении допусков, особенно для отверстий или любых сопрягаемых поверхностей. Один из способов смягчить это — использовать химические или физические маски, поскольку их можно использовать для сохранения необработанных участков необработанного металла.
Твердость
Анодирование увеличивает поверхностную твердость детали намного выше, чем типичная для основного металла. Например, поверхностная твердость анодированного алюминия приближается к твердости по Роквеллу некоторых закаленных сталей.
Подбор цвета
Добиться точного совпадения цветов может быть сложно, особенно если компоненты не обрабатываются в одной партии или если целью является настоящий черный цвет. Выцветание цвета также является распространенной проблемой для анодированных покрытий, что подчеркивает важность тщательного выбора процесса для каждой детали.
Проводимость
Анодирование материала увеличивает его термическое и электрическое сопротивление. Если тепловая или электрическая изоляция является проблемой, в этом случае также можно использовать маску, чтобы сохранить чистое металлическое покрытие там, где требуется полная проводимость.
Анодирование металлических деталей с помощью Fast Radius
Анодирование — широко используемый процесс отделки металлических деталей. Он может увеличить срок службы металлического компонента за счет улучшения коррозионной стойкости, износостойкости и т. д. Анодирование также упрощает долгосрочное обслуживание, создает красивые и узнаваемые цветные компоненты и даже способствует экологически безопасному производству.
Хотя анодирование металлических деталей невероятно важно, знание того, как это сделать, может оказаться сложной задачей. Fast Radius, опытный партнер-производитель, может помочь вам добиться наилучшего анодированного покрытия ваших компонентов. Свяжитесь с нами сегодня чтобы начать.
Чтобы узнать больше о коррозионностойких материалах и обработке металлов, посетите ресурсный центр Fast Radius.
Готовы создавать детали с помощью Fast Radius?
Начать расчет
Действительно ли анодированный алюминий безопасен для пищевых продуктов?
Если вы знакомы с рынком посуды, вы знаете, что твердый анодированный алюминий является широко используемым материалом. Хотя алюминий подходит для посуды, потому что он легкий, хорошо проводит тепло и, как правило, недорог, возникает вопрос, безопасно ли его использовать в кулинарии.
Стандартный алюминий естественным образом вступает в реакцию с пищевыми продуктами и, как известно, обладает токсичными свойствами.
Анодированный алюминий прошел электрохимическую обработку для устранения токсичных свойств, но основой материала по-прежнему остается алюминий. Итак, безопасен ли анодированный алюминий?
Что такое анодирование?
Прежде чем мы углубимся в вопрос о том, безопасен ли твердый анодированный алюминий, важно понять, что такое анодирование. Это относится к электрохимическому процессу, при котором металлическая поверхность преобразуется в более прочный материал . После процесса анодирования алюминий образует анодно-оксидное покрытие, которое является прочным, эстетичным и устойчивым к коррозии. В дополнение к алюминию, цветные металлы, такие как магний и титан, также могут быть анодированы.
Оксид алюминия не наносится на поверхность, а интегрируется в нижележащую алюминиевую подложку, что делает его очень устойчивым к сколам и отслаиванию. Процесс заключается в погружении алюминия непосредственно в ванну с кислым электролитом. Затем через среду проходит электрический ток.
Безопасен ли анодированный алюминий?
Вопрос «безопасна ли анодированная посуда» распространен в пищевой промышленности. Знайте, что существует два разных типа анодирования, которые можно сделать безопасными для пищевых продуктов (серное анодирование и твердое анодирование), однако это не означает, что они безопасны для пищевых продуктов во всех сценариях.
Проще говоря, доказательства вреда от воздействия твердого анодированного алюминия слабы. Это во многом благодаря защитному слою, который гидроксид алюминия создает поверх поверхности алюминия, что в конечном итоге снижает потенциально вредное воздействие при использовании для приготовления пищи. Анодированный алюминий используется не только для посуды, но и для поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами, а также в пищевом оборудовании .
Оксид алюминия также нерастворим, за исключением случаев, когда речь идет о щелочных или кислых условиях. Несмотря на то, что покрытие из оксида алюминия иногда контактирует с кислой пищей, вероятность того, что контакт причинит вред, невелика.
Как проверить безопасность анодированной посуды
Вот несколько соображений по обеспечению безопасности анодированной посуды:
- Деталь должна быть изготовлена из безопасного для пищевых продуктов алюминия
- Деталь должна быть либо твердо анодирована, либо серно-анодирована. Если у вас есть выбор, предпочтительнее твердо-анодированный, так как он более долговечен.
- Должен иметь гидрозатвор
- После завершения процесса необходимо промыть в чистой деионизированной воде
Убедитесь, что ваш объект изготовлен из качественного алюминия, который подходит для пищевых продуктов, таких как BS EN 601 и BS EN 602. Герметизация также должна быть завершена с использованием чистой деионизированной воды, поскольку она безопасна для пищевых продуктов; другие варианты герметизации могут быть небезопасными для пищевых продуктов, особенно если они содержат никель. Если вы используете негерметизированный материал, это может привести к коррозии.
Также важно отметить, что если покрытие было окрашено, весьма вероятно, что оно небезопасно для пищевых продуктов. Окрашенные покрытия также связаны с проблемами, как только они нагреваются, что делает их гораздо более проблематичными при использовании для приготовления пищи.
Часто задаваемые вопросы
Одобрен ли анодированный алюминий FDA?
Обратите внимание, что нет никаких «документов» FDA по анодированию, хотя это широко используемый материал в кулинарии. Хотя существует убедительный прецедент того, что анодированный алюминий является безопасным для пищевых продуктов материалом, FDA не дало официального одобрения. Пожалуйста, руководствуйтесь здравым смыслом при принятии решения о том, использовать этот материал или нет.
В чем недостаток анодированного алюминия?
Использование анодированного алюминия сопряжено с рядом недостатков, которые необходимо учитывать. Этот тип посуды обычно дороже, чем другие сковороды с антипригарным покрытием.
Он также очень быстро поглощает тепло, поэтому он не идеален для приготовления блюд, требующих сильного нагрева. Кулинарные спреи могут прилипать к анодированным алюминиевым поверхностям, поэтому вместо них идеально использовать растительное или сливочное масло. Обязательно мойте все твердоанодированные кастрюли вручную, чтобы продлить срок их службы.
Что безопаснее: анодированный алюминий или нержавеющая сталь?
Что касается токсичности, то чугун и нержавеющая сталь считаются наименее токсичными материалами. Такие материалы, как твердый анодированный алюминий, медь и антипригарные материалы, по-прежнему пригодны для использования, но, возможно, их придется заменять чаще.
Что лучше: анодированный алюминий или просто алюминий?
При сравнении твердоанодированного алюминия с обычным алюминием вероятность деформации меньше, коррозия или ржавчина . Твердоанодированный алюминий более безопасен благодаря окисленной поверхности.