анодированный что это значит
Что такое анодированный алюминий? Применение, методики анодирования
Анодирование – технология обработки алюминия, в результате которой на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка. Она имеет большую прочность и предотвращает дальнейшее окисление металла, поэтому анодированные алюминиевые детали служат значительно дольше. Образование защитной пленки электрохимическим методом широко применяется для самых разных изделий, от бытовых предметов до деталей самолетов и автомобилей.
Как проводится анодирование?
Чтобы получить анодированный алюминий, металлическое изделие помещают в гальваническую ванну с 20-22% раствором серной кислоты. По краям емкости устанавливаются пластины, изготовленные из свинца или из химически чистого алюминия. Покрываемые детали в электрохимическом процессе играют роль анода, поэтому он получил такое название. Они закрепляются или подвешиваются в гальванической емкости, при этом между катодом и анодом должен присутствовать большой слой электролита – кислотного раствора.
После завершения процесса детали извлекают из гальванической ванны и промывают под проточной водой, после этого они проходят нейтрализацию. Их погружают в отдельную емкость с 5%-ным аммиачным раствором. Дополнительно может быть проведена финишная обработка путем погружения в раствор бихромата калия. Он придает изделиям характерный зеленоватый оттенок и обеспечивает повышенную стойкость к коррозии.
Что дает анодирование алюминия?
В результате электрохимической обработки металл приобретает особые свойства и преимущества:
Все эти плюсы обеспечили методу широкое применение. Анодирование используется повсеместно для обеспечения долговечности металлических изделий и предотвращения коррозии. Метод считается относительно недорогим, поэтому он лишь незначительно увеличивает стоимость готовых изделий.
Возможности применения анодированного алюминия
Анодированные детали используются в самых разнообразных сферах. Этим способом обрабатываются предметы интерьера, посуда, поручни и другие изделия, которые используются каждый день. Также этот процесс используют для навесных алюминиевых фасадов – они приобретают повышенную стойкость к внешним атмосферным воздействиям.
Анодирование применяют для защиты от коррозии деталей различной техники. Это комплектующие автомобилей, самолетов, судов, всевозможных летательных аппаратов. Обработка увеличивает прочность и обеспечивает повышенную стойкость к нагрузкам.
Зачем нужно анодирование
Что такое анодирование и зачем оно нужно?
Вы, возможно, обращали внимание, что на дорогих велосипедах некоторые запчасти и компоненты не покрашены и не отполированы, а как будто покрыты каким-то исключительно гладким и красивым материалом. Обычно это ноги вилки и шток амортизатора, но зачастую встречаются и другие детали, начиная от крупных, типа руля или ободьев, заканчивая всякой мелочью, типа крутилок настройки и колпачков. Так вот, это необычное покрытие и называется анодированием. И несет в себе оно сразу несколько полезных функций.
Суть явления
Итак, анодирование — это процесс, при котором деталь погружают в ванну с электролитическим раствором. В этой же ванне установлены катоды. Когда электрический ток проходит через раствор кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Благодаря этому на поверхности детали образуется оксидный слой, который защищает ее от зла и добавляет целую пачку полезных свойств. Поскольку деталь является «анодом» в этом электролитическом процессе, то весь процесс и называют «анодированием».
Методов анодирования и составов растворов довольно много. В зависимости от химического состава используемого раствора и дополнительных добавок варьируется цвет покрытия готовой детали. Как правило, это разнообразные оттенки желтого, оранжевого или коричневого цветов, а также черный. Однако существуют специальные красители для анодирования, которые позволяют получить на выходе почти любой цвет.
Зачем это нужно
Это все ясно, но зачем же это все нужно в велоиндустрии? Как только цена велосипеда взлетает вверх использовать в нем сталь становится малость не комильфо. Поэтому используют алюминий и различные легкие композитные материалы. Алюминий при малом весе обладает хорошей прочностью и поэтому плотно прижился в велосипедном мире. Ну а вслед за алюминием в этот мир пришли и методы его обработки.
Можно выделить три взаимодополняющих назначения анодирования в велотеме.
Любому будет неприятно, если ваша любимая деталь вдруг покроется противными пятнами и со временем просто-напросто сгниет. Анодирование, пока оно цело, отлично защищает детали от этой напасти. Главное не забывайте следить. К тому же, в случае таких важных деталей как ноги вилки и шток амортизатора повреждение анодирования повлечет за собой помимо коррозии, окисления и некрасивого вида массу неприятностей, таких как, например, протекание масла через образовавшуюся щель.
Ну и, разумеется, определенное значение имеет эстетический момент. Анодированные детали отличаются внешне от крашеных. Для тех, кому важны внешний вид и цветовая гамма байка рынок предлагает огромный ассортимент разноцветных анодированных деталей, начиная от выносов и педалей, заканчивая бонками и колпачками на камеры. В эту же категорию можно включить бесцветные покрытия, которые дают интерференционные эффекты при отражении света. Обладая светоотражающим эффектом такое покрытие способствует лучшей заметности велосипедиста в ночное время.
Особенности ухода за анодированным покрытием
Речь пойдет о вилках и амортизаторах. Царапина или потертость на анодированном руле скорее всего ничего кроме проблем с эстетикой не сулит. А вот с подвижными ногами все намного сложнее и драматичнее. Начнем с того, что даже маленькая царапина на ноге может повлечь огромные проблемы, особенно если расположена в наиболее подвижной части ноги. Поэтому, в идеале надо стараться вообще не допускать царапин и потертостей на ногах.
Если злой рок все-таки оказался неизбежен, то постарайтесь аккуратно наждачкой-нулевкой убрать все образовавшиеся заусенцы. Иначе они будут царапать башинг и пыльники, а те в отместку будут развивать объем царапины, и придет все к тому, что образуется цель такого диаметра, что из нее начнет со свистом вытекать масло.
Старайтесь следить за состоянием пыльников и башингов, потому что, будучи забиты песком, они имеют неприятную особенность начинать обирать ноги. А также следите за тем, чтобы вилка не работала на сухую. Чревато теми же проблемами.
Резюме
Если вы гордый обладатель спортивного горного велосипеда, скорее всего на нем установлена вилка, имеющая ноги с анодированным покрытием. Это хорошо, она легкая, долговечная и отзывчивая в работе. Следите за ней, вовремя меняйте масло, не кладите велосипед на ноги, проверяйте башинги и по возможности делайте регулярное ТО, особенно после эксплуатации велосипеда в жестких условиях с обилием грязи и пыли. И тогда ваш велосипед принесет вам много положительных эмоций.
Анодированный алюминий
Современные приспособления, изготовленные из металла, очень сильно отличаются от тех, что делались 30-50 лет тому назад. Они стали лёгкими, устойчивыми к вредным воздействиям, минимально опасными для жизни. Анодированный алюминий занимает одно из ведущих мест среди металлов, которые применяются для изготовления таких приспособлений.
Анодированный алюминий давно и прочно занял место стали и чугуна там, где кроме прочности и устойчивости к внешним воздействиям требуются другие главные качества – лёгкость и пластичность. Он значительно легче стали, поэтому с успехом заменил её в десятках тысяч единиц продукции, используемых в самых разных областях – промышленности, медицине, туризме, спорте.
С появлением технологии анодирования к замечательным свойствам алюминия добавились результаты химической модификации – высокая коррозионная стойкость и сопротивляемость к механическим воздействиям.
Что такое анодирование
Процессом анодирования называется электролитическая химическая реакция металла с окислителем. Тонкий слой оксида наносится на металлическую поверхность, которая в процессе реакции исполняет роль анода. За счёт поляризации в электролитической проводящей среде тонкой оксидной плёнкой можно покрывать как чистые металлы, так и различные сплавы. Оксидный слой эффективно защищает от коррозии и выгорания при воздействии прямых солнечных лучей. Наиболее востребованы в промышленности подвергшиеся анодированию сплавы алюминия и магния.
Конечной целью анодирования является создание на поверхности листа алюминия так называемой АОП – анодной оксидной плёнки. Она выполняет две основные функции:
Во втором случае в проводящую среду добавляются красители различных цветов со строго определённым химическим составом.
Первыми внедрили в производство промышленное анодирование алюминия инженеры из Великобритании. Созданный таким способом лёгкий и прочный металл начали применять в авиационной промышленности. Позже появился стандарт анодирования металла, который успешно применяется в современном авиастроении. Он имеет номенклатурную маркировку DEF STAN 03-24/3.
В состав покрытия входят два компонента:
Краска, нанесённая в соответствии со стандартом, очень устойчива к истиранию и другим механическимповреждениям.
Технология анодирования
На сегодняшний день наибольшее распространение получил процесс сернокислого анодирования алюминия. Его суть в следующем:
Скорость роста анодного слоя на поверхности металла неравномерна и очень невысока. Оптимальное количество окрашенного окисла наносится по достижении плотности тока 1,5-1,6 А/дм². При меньших показателях слой получается практически бесцветным. Большие значения катодной плотности (отношения размера катода к величине обрабатываемой поверхности) вызывают затруднения при обработке массивных деталей – появление прогаров и растравливание. Оптимальная площадь катода – х2 по отношению к размеру обрабатываемой детали.
Также очень важно контролировать зажим и электрический контакт детали с подвеской.
Кроме серной кислоты в качестве электролита при анодировании могут использоваться другие вещества и соединения:
Технология процесса при этом не изменяется. Конечной целью при выборе электролитической среды является получение слоя с определёнными физическими характеристиками перед повторным окрашиванием.
Тёплое анодирование
Процесс тёплого анодирования осуществляется при температуре окружающей среды 15-20 °C. У деталей, обработанных таким способом, есть две отрицательные особенности:
Процесс тёплого анодирования состоит из шести этапов:
Слои плёнки, полученной методом теплого анодирования, получаются исключительно красивыми. Такой алюминий лучше использовать в конструкциях, не подвергающихся резким внешним воздействиям. Кроме того, анодированный слой является отличной основой для повторного окрашивания из-за высочайшего показателя адгезии красителей. Нанесённая краска будет держаться очень долго.
Холодное анодирование
Алюминий получает отличные физические характеристики:
При холодном анодировании нужно обязательно осуществить следующие процедуры:
Отличительной особенностью процесса является большое время принудительного охлаждения. После этого слой анодированного алюминия становится абсолютно невосприимчивым к воздействию агрессивных сред. Только титан спустя несколько десятков лет способен незначительно снизить физические характеристики полученного холодным способом анодированного алюминия.
Покрытие характеризуется исключительной красотой и износостойкостью. У технологии есть только один минус: при повторной окраске можно пользоваться только неорганическими соединениями.
Для чего анодируют алюминий и как его применяют
Учитывая, что чистый алюминий обладает высоким сродством к кислороду, его коррозионная стойкость выше, чем у многих других лёгких металлов конструкционного назначения. Естественное окисление алюминия происходит при первом контакте с воздухом. Процесс же анодной обработки ещё больше увеличивает стремление обеих химических элементов создавать окислы, вступая в реакцию между собой.
Способность анодной плёнки отлично впитывать красители различного химического состава делают обработанный таким способом алюминий отличным декоративным материалом. Он широко применяется для внешней отделки интерьеров зданий и сооружений.
Незаменимы алюминиевые конструкции при создании:
Прекрасная светоотражающая способность анодированного алюминия сделала его незаменимым материалом при изготовлении дорожных знаков. Благодаря интерференции информация, нанесённая на знак при анодировании прекрасно видна автомобилистам в ночное время суток.
Рамы любительских велосипедов также изготавливаются из анодированных сплавов алюминия. На специальную одежду, которой пользуются велосипедисты в тёмное время суток, наносится тончайшая плёнка оксида алюминия. Благодаря этому силуэт легко разглядеть в темноте на почтительном расстоянии. С той же целью анодированный металл применяется при изготовлении отражающего слоя в прожекторных установках.
Отличные свойства анодированного алюминия позволяют использовать его для изготовления самого широкого круга номенклатуры деталей и узлов, применяемых в самых разных областях. Можно смело сказать: если принято решение изготовить что-то из обработанного таким способом металла, прочность и лёгкость конструкции не будет вызывать никаких сомнений!
Анодирование алюминия
Термины и понятия
Сначала о терминологии
Для краткости будем применять вместо «гостовских» эквивалентных наименований « анодное окисление» и « анодное оксидирование» более короткий, но с тем же смыслом, термин « анодирование», а вместо «гостовского» « анодно-окисное покрытие» – более простое и популярное « анодное покрытие».
Что такое анодирование
Анодирование – это метод повышения коррозионной стойкости металлического изделия путем формирования слоя оксида на его поверхности. Изделие, которое обрабатывается, является в этом электролитическом процессе анодом. Анодирование повышает стойкость поверхности изделия к коррозии и износу, а также обеспечивает более высокую адгезию для красок и клеящих веществ, чем просто «голый» алюминий.
Анодные покрытия могут также применяться как декоративные покрытия или в виде пористого покрытия, которое может впитывать различные красители, или в виде прозрачных покрытий, которые дают интерференционные эффекты при отражении света. Такие интерференционные покрытия применяют, например, на велосипедах или одежде велосипедистов, чтобы их можно было хорошо видеть ночью.
Как происходит анодирование
Процесс создания этого защитного оксидного покрытия происходит электролитически. Металлическое изделие, на котором нужно получить анодное покрытие (обычно алюминий) погружают в ванну с электролитическим раствором. В этой же ванне установлены катоды, обычно вдоль бортов ванны. Когда электрический ток проходит через раствор кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Это приводит к тому, что на аноде – алюминиевом изделии – начинает расти оксидная пленка.
В зависимости от назначения анодного покрытия и применяемого процесса анодирования можно получать анодное покрытие с различными характеристиками. Анодное покрытие, которое может вырастать на алюминиевом изделии, способно иметь толщину в 100 раз больше, чем оксидное покрытие, которое образуется на алюминии естественным путем.
Поскольку металлическое изделие является «анодом» в этом электролитическом процессе, то весь этот процесс называют «анодированием».
Анодирование металлов
Хотя на различных металлах, включая титан, гафний, цинк и магний, также могут формироваться анодное покрытие, обычно под анодированием подразумевают анодирование алюминия и его сплавов.
Зачем анодировать алюминий?
Популярность алюминия во многом связана с его хорошей естественной коррозионной стойкостью. Она достигается из-за высокого химического сродства алюминия к кислороду, то есть их большого взаимного стремления вступать друг с другом в реакцию с образованием оксида алюминия. Эта очень тонкая оксидная пленка мгновенно покрывает любую свежую поверхность алюминия сразу после ее контакта с воздухом. Однако в некоторых случаях необходимо иметь более высокую степень защиты (коррозионной или химической), модифицировать внешний вид поверхности (цвет, текстуру и т.п.) или создать заданные физические свойства поверхности (повышенная твердость, износостойкость или адгезия). В таких случаях прибегают к анодированию алюминия и алюминиевых сплавов.
Рисунок 1 – Схема процесса анодирования
Виды анодирования
Организация QUALANOD подразделяет анодирование алюминия на четыре основных типа с различными требованиями к их характеристикам и свойствам:
Анодные покрытия подразделяется на классы по их толщине:
Например, класс АА20 означает, что средняя толщина покрытия должна быть не менее 20 микрометров. Минимальная локальная толщина покрытия обычно должна быть не менее 80 % от минимальной средней толщины. Для класса АА20 это составляет 16 мкм.
Архитектурное анодирование
Это анодирование для производства архитектурной отделки изделий, которые постоянно находятся в наружных условиях и в стационарном состоянии. Самыми важными характеристиками анодированного изделия считается внешний вид и длительный срок службы.
Для анодированного алюминия степень защиты от точечной (питтинговой) коррозии алюминия возрастает с увеличением толщины анодного покрытия. Следовательно, срок службы архитектурного или строительного элементы в значительной степени от толщины анодного покрытия. Однако для получения более толстого анодного покрытия требуется значительно большие затраты электрической энергии. Поэтому так называемое «переанодирование» не рекомендуется.
Архитектурное анодирование имеет следующие классы:
Выбор толщины анодного покрытия для наружных алюминиевых конструкций зависит от агрессивности атмосферы и обычно устанавливается в национальных нормах. Кроме того, применение некоторых красящих составов требует класса толщины 20 мкм или выше. Это нужно для достижения хорошего заполнения пор красителем и повышенной стойкости окрашенного покрытия к солнечному свету.
Декоративное
Этот тип анодирования алюминия предназначен для производства декоративной отделки изделий. Главным критерием качества является однородный или эстетически привлекательный внешний вид.
Декоративное анодирование имеет следующие стандартные классы толщины:
Промышленное и твердое
Промышленное анодирование алюминия применяют для производства функциональной отделки поверхности изделий, когда внешний вид является второстепенной характеристикой. Целью твердого анодирования является получение покрытие с высокой износостойкостью или высокой микротвердостью.
Очень часто, например, в автомобилестроении или медицинском оборудовании, внешний вид изделия не имеет значения, но наиболее важной характеристикой является стойкость к износу и/или способность подвергаться эффективной чистке и иметь высокие гигиенические требования. В таких случаях именно эти свойства анодированного алюминия являются главными.
Если главным свойством является высокая износостойкость, применяют особый вид анодирования – твердое анодирование. Оно производится при пониженных, часто отрицательных, температурах электролита
Толщина промышленного и твердого анодного покрытия обычно составляет от 15 до 150 мкм. Резьбы и шлицы могут иметь покрытие до 25 мкм. Для получения высокой электрической изоляции часто требуется толщина анодного покрытия от 15 до 80 мкм. Покрытия толщиной 150 мкм применяют для ремонта деталей.
Технология
Электрохимия
Анодирование алюминия относится к электрохимическим процессам формирования стабильных оксидных покрытий (пленок) на поверхности металлов. Анодирование алюминия и алюминиевых сплавов может происходить с участием разнообразных электролитов с применением источников прямого или переменного тока или их комбинаций. При этом алюминиевое изделие (далее для определенности – профиль) всегда является анодом, то есть его подключают к положительному полюсу источника тока, а другой подходящий металл или сплав – катодом и его подключают к отрицательному полюсу (рисунок 1).
Анодные покрытия различают по типам электролитов, которые применяют при их получении. Покрытия бывают пористыми, например, в фосфорном и сернокислом электролитах, а также так называемыми «барьерными» – совсем без пор. Барьерные анодные покрытия обладают высоким электрическим сопротивлением и их применяют, например, при изготовлении электрических конденсаторов.
Сернокислое анодирование
Обычным, наиболее популярным и широко применяемым для алюминиевых профилей в строительных конструкциях является сернокислое анодирование алюминия. Этот вид анодирования отличается высокой технологичностью и позволяет получать покрытия в широком интервале толщин. Сернокислое анодное покрытие применяют как без дополнительного окрашивания – его называют бесцветным, так и с последующим окрашиванием по одному из нескольких известных способов – его называют цветным анодированием. Заключительной операцией обычно всегда является операция наполнения (или уплотнения) пор.
Анодирование или окраска алюминия
Сернокислое анодное покрытие образуется в результате «реакции» алюминия с ионами раствора серной кислоты. Оно занимает больший объем, чем исходный алюминий и поэтому в результате анодирования происходит увеличение толщины изделия. При сернокислом анодировании это увеличение составляет приблизительно одну треть от общей толщины покрытия. В этом заключается коренное отличие анодного покрытия от, например, порошкового (рисунок 2):
Рисунок 2 – Изменение толщины изделия при анодировании и
порошковом окрашивании
Способы анодирования алюминия
Конкретный способ анодирования зависит от вида изделия. Например, небольшие изделия или детали, могут анодировать «насыпью» в барабанах или корзинах. Профили длиной до 7 м, иногда до 10 м, анодируют на специальных навесках. Эти навески обычно представляют собой несколько токопроводящих стержней, рамок или каркасов, к которым прочно и достаточно жестко крепятся профили (см. рисунок 1). Прочное крепление профилей необходимо как для того, чтобы они, не свалились с навесок и прошли все циклы «окунания» и «полоскания» в ваннах, в том числе при интенсивном перемешивании растворов и промывочных вод (барботировании)/ Кроме того, что еще важнее, прочное крепление изделий к навескам должно обеспечивать постоянный и надежный электрический контакт профилей с положительным полюсом источника тока непосредственно в процессе анодирования.
Подготовка поверхности алюминия
Типичная линия анодирования алюминиевых профилей показана на рисунке 3.
На линию анодирования алюминиевые профили подают или прямо после прессования, или после предварительной механической подготовки поверхности (обработки стальными щетками, обработки дробью, полирования, шлифования и т.п.).
Рисунок 3 – Типичная линия ванн для анодирования алюминиевых профилей [1]
Матовое анодирование
При особых требованиях к анодированной поверхности проводят дополнительную обработку поверхности профилей: матовое травление, а также химическое или электрохимическое осветление. Матовое травление обычно проводят в щелочных ваннах специального химического состава. При этом поверхностный слой алюминия заданной толщины удаляется вместе с различными поверхностными дефектами, а поверхность становится матовой (рисунок 4).
Рисунок 4- Матовая и блестящая поверхность анодированного алюминия [3]
Матовая поверхность максимально рассеивает свет и делает «невидимыми» оставшиеся дефекты поверхности. Если готовая продукция должна иметь блестящую или зеркальную поверхность, то перед анодированием изделия подвергают химическому или электрохимическому осветлению. При этой процедуре с поверхности изделия удаляется алюминий и образуется очень гладкая поверхность с очень большой отражательной способностью.
Наполнение анодного покрытия
После анодирования профили или отправляют дальше по линии на окрашивание, или сразу направляют на наполнение пор, если это бесцветное анодирование. Операцию наполнения (или уплотнения) после бесцветного анодирования или цветного анодирования проводят затем, чтобы «закрыть», «закупорить» поры анодного покрытия. Эта операция является очень важной для обеспечения длительного сохранения внешнего вида анодированного изделия. После операции наполнения изделия при необходимости подвергают сушке, снимают с навесок и отправляют на приемку и упаковку.
Рисунок 5 – Гидротермическое наполнение анодного покрытия [2]
Контроль качества
Контроль толщины анодного покрытия
Обычно для приемо-сдаточного контроля качества анодированных алюминиевых профилей достаточно контроля внешнего вида, толщины анодного покрытия и качества наполнения. Толщина покрытия является одним из самых важных параметров и есть много методов ее измерения. Обычно толщину покрытия измеряют прибором, работающим на принципе вихревых токов. В спорных случаях применяют металлографические исследования поперечного сечения изделия.
Контроль наполнения анодного покрытия
Метод капли
Для быстрого контроля качества наполнения часто применяют один из вариантов так называемого «метода капли». В качестве контрольного или арбитражного испытания применяют методы потери массы образцов изделий.
Сущность неразрушающего «метода капли» заключается в оценке степени поглощения красителей анодированной поверхностью после того, как она была обработана соответствующим химическим реагентом. Различные варианты метода капли с предварительной кислотной обработкой поверхности устанавливают стандарты ISO 2143:2010 (он же – EN ISO 2143:2010 и он же – бывший EN 12373-4) и ГОСТ 9.302-88.
Метод капли по ISO 2143:2010
Стандарт Qualonod [1] считает приемлемым степени (рейтинга) интенсивности пятна не ниже 2 (рисунок 6). Если рейтинг составляет 2, то стандарт требует выполнить испытания на потерю массы или выполнить повторное наполнение.
Рисунок 6 – Критерии качества наполнения по методу капли согласно ISO 2143:2010
Метод капли по ГОСТ 9.031-74
Вариант метода капли без предварительной кислотной обработки c двумя вариантами материала капли – красителя или масла – дает ГОСТ 9.031-74.
Метод потери массы
Испытание на потерю массы основано на установленном факте, что не наполненное или недостаточно наполненное анодное покрытие быстро растворяется в кислотной среде, тогда как хорошо наполненное покрытие выдерживает длительное погружение без заметного воздействия на него. Варианты метода изложены в стандартах ISO 3210:2010 (он же – EN ISO 3210:2010 и он же – бывший EN 12373-7), а также ГОСТ 9.302-88 и ГОСТ 9.031-74.