Анодирование алюминия: каким бывает и какие результаты дает

Изделия из алюминия применяются во всех сферах человеческой деятельности. Востребованный металл обладает массой ценных достоинств, но анодирование алюминия позволяет сделать его еще лучше. Разбираемся, как получают анодированный алюминий, какие преимущества он при этом приобретает, какие разновидности технологии существуют.

Что называют анодированием и зачем его применяют

По внешнему виду алюминий – металл серебристо-белого цвета. Но он легко окисляется на воздухе, реагируя с кислородом, и поэтому в жизни выглядит серым. Образующаяся на поверхности оксидная пленка слишком тонкая и непрочная, чтобы по-настоящему защитить алюминиевое изделие от воздействия внешней среды.

Поэтому была разработана технология анодирования – это процесс, в результате которого образуется оксидная пленка Al₂O₃. Она более плотная и прочная, чем та, что получается естественным путем; природная модификация оксида – корунд, минерал, уступающий по твердости только алмазу.

Чтобы получить защитный слой, металл погружают в раствор кислого электролита и пропускают через систему постоянный ток. Процесс называется анодированием (по-другому, анодным оксидированием или анодным окислением) так как алюминий выступает в роли анода. Технологию применяют, когда важно выполнение следующих задач:

• Сохранение целостности и равномерности покрытия в процессе эксплуатации (срок службы покрытия составляет 20 лет).

• Сопротивление коррозийным процессам на высоком уровне.
• Сохранение внешней эстетики. Покрытие выравнивает царапины, вмятины и другие незначительные дефекты металлической поверхности.

Где применяют анодированный металл

Технология улучшила первоначальные свойства металла. Анодированный алюминий применяется в самых разных областях техники и позволяет достичь разных целей, например:

• Защита от коррозии архитектурных конструкций. Алюминиевые конструкции приобрели популярность в 60-х годах прошлого века, и вскоре анодирование вытеснило жидкую покраску. Стандарт толщины слоя в разных странах составляет 15-25 мкм, в зависимости от условий окружающей среды.
• Использование отражающих свойств. Блестящая поверхность нашла применение в разных областях техники, от тепловых отражателей (в нагревательных рефлекторах), до отражателей прожекторов и световых элементов. Слой толщиной 1-2 мкм с легкостью переносит повышенную влажность и температуру.

• Сопротивление износу, уменьшение трения. Гладкое покрытие значительно снижает износ и увеличивает твердость деталей, работающих на трение. Поэтому слой толщиной до 60 мкм используют для покрытия деталей механизмов и двигателей.
• Создание пленки-диэлектрика. Электрический изолятор в виде анодированного алюминиевого слоя используют в электролитических конденсаторах, в некоторых типах трансформаторов.
• Особо твердая микропленка нашла применение в авиа- и кораблестроении, в строительстве (строительные профили).
• Оксидные пленки нужны в производстве нагревательных и охлаждающих приборов.
• Повышение качества изделий. Анодирование алюминиевого оконного профиля улучшает его внешний вид, маскирует незначительные дефекты, то есть, повышает качество продукта.
• Разнообразие дизайна. Процесс позволяет получить разные по цвету (включая имитацию бронзы, серебра, золота) анодированные покрытия. Это увеличивает привлекательность изделий (например, петель, ручек, балюстрад) и позволяет точнее вписать их в интерьер.

• Поддержание чистоты. Стремянка из незащищенного алюминия будет пачкать руки. Поэтому производители обычно стремятся защитить анодным покрытием такие изделия, как рукоятки, перила, вязальные спицы.

Технология твердого анодирования

В заводских условиях используют специальное оборудование (например, автоматическую гальваническую линию), чтоб провести анодирование алюминия; технология включает следующие этапы:

• Изделие подготавливают двумя способами, механическим и электрохимическим. Поверхность подвергается шлифовке и обезжириванию. Затем металл осветляют, погружая последовательно в щелочь и кислоту. В конце изделие промывают.
• Заготовку подвешивают на кронштейны и погружают в ванну с электролитом и катодом. Процесс протекает при определенных параметрах тока.
• После анодирования новый слой выглядит пористым, и его необходимо закрепить. Для этого используют два метода: погружают заготовку в пресную кипящую воду или в раствор с особым составом. Закрепление улучшает эксплуатационные свойства алюминия.

• Если изделие предназначено для окрашивания (жидкой или порошковой краской), этап закрепления пропускают. На пористой поверхности краска держится в разы лучше; она заполняет поры, и поверхность получается ровной.

Качество анодирования зависит от параметров процесса: плотности тока и температуры электролита:

• Твердая пленка образуется при высокой плотности тока и низкой температуре.
• Мягкое и пористое покрытие формируется, если плотность тока низкая, а температура – высокая.

Твердое анодирование применяется в промышленных условиях. Его особенность заключается в том, что нередко задействуют не один электролит (серную кислоту), а несколько (уксусную, борную, щавелевую, винную). В стандартных условиях используют раствор серной кислоты. Но, если у заготовки много щелей, зазоров, то ее заменяют хромовой кислотой.

Теплое анодирование

Альтернативный метод получения блестящего слоя – теплое анодирование, которое можно выполнить в условиях домашней мастерской. Метод обладает следующими особенностями:

• В домашних условиях невозможно точно выдерживать заданную температуру и остальные условия во время электролитической реакции.
• Анодированное покрытие получается пористым, что хорошо, если планируется окрашивание изделия.
• Слой получается недостаточно прочным, может разрушиться во время эксплуатации под действием внешних агентов (например, морской воды), его несложно поцарапать, у него низкая стойкость к истираемости.

Работа выполняется при комнатной температуре (в среднем, 15-20°C, но не более 40°C). Этапы работ повторяют заводскую технологию, Деталь закрепляется на подвесе, обезжиривается (например, в азотной кислоте), промывается в дистиллированной воде и опускается в раствор оксидирования.

Когда, примерно через полчаса, пленка готова, ее вынимают из ванны с электролитом, промывают в холодной воде. Затем деталь красят в горячем растворе анилинового красителя подходящего оттенка, промывают водой и сушат. Если металл будет окрашиваться, процесс закрепления не нужен, так как поры будут заполнены краской.

Холодное анодирование

Технологически процесс аналогичен предыдущему варианту, единственное отличие состоит в том, что такое анодирование протекает при пониженной температуре, в промежутке от -10 до +10 °C. Преимущество способа состоит в том, что защитная пленка получается толстой и прочной. Холодная среда воздействует так, что с внутренней стороны слой растет быстрее, чем растворяется с наружной.

Обработанное изделие отличается высокой стойкостью к коррозии. У методики имеется минус – анодированный металл практически невозможно качественно окрасить органическими составами.

Коротко о главном

Анодирование алюминия улучшает и расширяет эксплуатационные характеристики металла. Сущность процесса состоит в наращивании оксидной пленки, свойства которой зависят от способа ее получения. В промышленных условиях используется твердое анодирование, оксидное покрытие получается прочным и износостойким.

Теплое анодирование позволяет получить не очень прочную пористую структуру, которая, однако, обладает хорошей адгезией и ее можно качественно окрасить. Результатом холодного способа становится толстый слой оксида с высокими антикоррозийными свойствами.