Анодирование алюминия в домашних условиях технология
Haikara.ru

Строительный портал

Анодирование алюминия в домашних условиях технология

Анодирование алюминия в домашних условиях

Сущностью процесса анодирования является наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и его сплавах выполняет защитную функцию от воздействий среды. Другое название – анодное оксидирование. Кроме того, оксидирование применяют для повышения эстетичности внешнего вида изделий.

Устраняются поверхностные дефекты– небольшие царапины, мелкие сколы. Можно имитировать покрытие драгоценными металлами или повысить адгезивные свойства. Покрытие можно наносить не только на производстве, но и дома.

Анодирование алюминия в домашних условиях пользуется большой популярностью у домашних умельцев. В изделиях, подвергнутых анодному оксидированию, повышается стойкость защитного покрытия.

Общие сведения о технологии анодирования

Технология анодирования алюминия схожа с гальванической обработкой. Оседание ионов оксидов раствора на заготовке происходит в жидком электролите при высоких или низких температурах. Использование нагретого раствора возможно в промышленных установках, где есть возможность тщательного контроля и регулирования напряжения и силы тока в автоматическом режиме.

В домашних условиях обычно пользуются холодным методом. Данный способ достаточно прост, не требует постоянного контроля, а оборудование и расходные материалы — доступны. Для приготовления раствора можно использовать электролит, применяемый в свинцовых автомобильных аккумуляторах. Он продается в каждом автомагазине.

Высокая прочность защитной оксидной пленки зависит от ее толщины, которая в домашних условиях получается при обработке в холодном растворе. Наращивание производится ступенчатым регулированием рабочего тока.

Оксидирование алюминия в черный цвет относится к цветному анодированию. Черный цвет получают в два этапа. Вначале наносится бесцветная пленка электролитическим способом, а затем заготовку помещают солевой раствор кислот. В зависимости от кислоты цвет может быть от бледной латуни до насыщенного черного. Черный алюминий широко используется в строительстве и отделке.

Подготовительный процесс

Для получения гладкой поверхности на стадии подготовки необходимо заготовку отполировать. С помощью войлочного или другого полировального круга устраняются царапины, затягиваются большие поры. Отсутствие микронеровностей снижает вероятность появления прогаров. Анодная пленка не способна скрыть внешние дефекты.

Перед анодированием алюминия необходимо определиться с размерами обрабатываемых деталей. Получаемый слой имеет толщину 50 микрон, поэтому на обработанную резьбу невозможно будет накрутить гайку. Если же детали соединяются с помощью посадки, то не стоит забывать, что после анодирования детали шлифовке не подлежат.

Проведение анодирования в домашних условиях

Для проведения процесса необходимы емкости. Емкости для анодирования должны соответствовать размерам деталей, быть чуть больше. В связи с чем обычно пользуются несколькими ваннами. Материал емкостей – алюминий. Но если изделия небольшого размера, то подойдут пластиковые контейнеры. Только на дно и вдоль стенок необходимо уложить алюминиевые листы. Это необходимо, чтобы создать ток равномерной плотности по всему объему.

Электролит нуждается в изоляции от внешнего воздействия тепла. При нагревании его придется менять. Для исключения нагрева емкости снаружи покрываются слоем теплоизоляции. Ее можно обклеить пенопластом до 50 мм толщиной или, поместив в короб, заполнить свободное пространство монтажной пеной.

Раствор серной кислоты получают путем разбавления электролита для автомобильных аккумуляторов дистиллированной водой в пропорциях один к одному. Купив канистру емкостью 5 литров, раствора можно получить 10 литров.

Смешивание, когда в кислоту добавляется вода, сопровождается обильным тепловыделением, и она буквально вскипает разбрызгиваясь. Поэтому в целях безопасности серную кислоту вливают в емкость с водой.

Перед началом анодирования алюминия его подвергают химической подготовке. Химическая подготовка – процесс обезжиривания. В промышленных условиях обработку проводят едким натром или калием. Но в домашних условиях лучше пользоваться хозяйственным мылом. Зубной щеткой и мыльным раствором с поверхности хорошо удаляются загрязнения. После чего сначала заготовки промываются теплой водой, а затем — холодной.

Альтернативой хозяйственному мылу служит стиральный порошок. Растворив его в закрытом пластиковом контейнере и поместив туда обрабатываемые детали, необходимо интенсивно встряхнуть. Затем детали промываются и просушиваются потоком горячего воздуха. Активный кислород, содержащийся в стиральном порошке, защищает обезжиренные изделия, даже если их взять голыми руками.

Подготовка электролита

Растворы кислот считаются небезопасными реактивами, поэтому для проведения анодирования алюминия в домашних условиях прибегают к другому типу раствора. Для его приготовления используют соль и соду, которые всегда есть под рукой.

Для приготовления электролита берут две пластмассовые емкости. В них наводят солевой и содовый составы, соблюдая пропорцию: на порцию соли или соды 9 порций дистиллированной воды.

Анодирование в домашних условиях

После растворения компонентов раствор выдерживается с целью оседания не растворившихся частиц на дно. При переливании в емкость для анодирования его необходимо процедить.

Способы анодирования алюминия

Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:

Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.

Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.

Технология твердого анодирования алюминия

Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:

  • микродуговое;
  • цветное:
    1. адсорбцией;
    2. опусканием в электролит;
    3. опусканием в красящий раствор;
    4. гальваникой;
  • интерферентное;
  • интегральное.

Теплое анодирование

Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.

Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.

Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.

Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.

Методы цветного анодировния алюминия

Холодная технология

Для проведения анодирования алюминия необходимы:

  • источник питания 12 В (АКБ, стабилизатор);
  • алюминиевые провода;
  • реостат;
  • амперметр;
  • емкости для растворов.

Холодная технология отличается тем, что рост анодированного покрытия со стороны металла протекает с большей скоростью, чем его растворение с внешней стороны.

Вначале проводятся подготовительные работы, описанные выше. Затем детали необходимо закрепить. Не следует забывать, что под крепежным элементом пленка не образуется. А подвешенные заготовки при опускании в емкость не должны касаться стенок и дна.

К деталям от источника питания подключается анод, соответственно к емкости катод. Плотность тока подбирается в пределах 1,6-4 А/дм2. Рекомендуемые значения 2-2,2 А/дм2. При малых значениях процесс будет протекать медленнее, а при больших может возникнуть пробой цепи и покрытие начнет разрушаться.

Не рекомендуется, чтобы температура электролита поднималась выше 5°С. При анодировании электролит нагревается не равномерно. В центре он теплее, чем в углах емкости, поэтому необходимо постоянное перемешивание.

Продолжительность анодирования при холодном способе составляет около получаса для небольших элементов. Для крупных деталей продолжительность может составлять 60-90 минут. На окончание процесса указывает измененный цвет на поверхности алюминиевого изделия. После отсоединения проводов деталь промывается.

Закрепление результата

Качество анодирования алюминия зависит от завершающего этапа – закрепления покрытия. Для этого после нанесения покрытия и промывки детали помещают на четверть часа в раствор марганца. После выемки необходимо детали промыть под горячей и холодной водой для удаления из пор остатков раствора.

Перед окрашиванием необходимо закупорить микроскопические поры на пленке. Для чего изделия кипятят в дистиллированной воде в течение 30-40 минут.

Электрооборудование, свет, освещение

В защите от ржавчины и коррозии нуждается каждый металл, в том числе и алюминий, который очень часто используется обывателями в домашних условиях. Если создать на поверхности алюминия плотную и толстую окисную пленку, этого будет вполне достаточно для торможения дальнейшей коррозии, что получается в процессе проведения анодирования алюминия. Самые механически прочные и стойкие пленки получаются при низкотемпературном тонкослойном анодировании алюминия, чем вы и будете заниматься.

Содержание:

Вопросы безопасности

Провести качественно анодирование в домашних условиях — несложно. Безопаснее и удобнее заниматься данной работой на улице или балконе. В ходе процесса вас ждет несколько опасных для здоровья моментов.

Кислота является очень едкой штукой. Хотя она и находится в сильно разбавленном виде и вызывает при попадании на кожу всего лишь слабый зуд, но если она попадет в глаза — может спровоцировать серьезнейшие травмы! Потому желательно при анодировании стали работать в защитных очках и под рукой всегда иметь ведро с водой или слабым содовым раствором.

Во время процедуры анодирования совершается выделение на аноде кислорода, а на катоде — водорода. После смешивания этих газов они образуют известный гремучий газ, который, в принципе, является тем же динамитом. Поэтому при анодировании в закрытом помещении можно погибнуть от первой искры.

Подготовительные работы

Помните, что детали после анодирования становятся больше по размерам. Толщина защитного анодного слоя обычно составляет 0,05 миллиметров. К примеру, резьбы, что раньше закручивались впритирку, после процесса анодирования вообще перестанут закручиваться, так как болту в гайке в этом случае станет теснее на 0,2 миллиметра. А шлифовать анодированную практически невозможно.

Полезно отполировать изделия до зеркального блеска на полировочном кругу. Таким образом, сильно выиграет эстетика детали и снизится вероятность при анодировании «прогара». К слову сказать, анодный слой не маскирует дефекты поверхности — они будут заметны и на обработанном изделии.

Перед гальваникой алюминий нужно хорошо обезжирить. Не стоит держать металл в горячем едком натрии или калии, как это рекомендуется в заводских технологиях, потому что заметно портится чистота поверхности. Лучше использовать кусок хозяйственного мыла и зубную щетку, ведь вам предстоит работать с мелкими деталями. Сначала промойте изделие в теплой воде, затем в холодной.

Очень эффективно действует стиральный порошок: его нужно растворить в горячей воде в пластиковой емкости. Затем следует высыпать туда изделия и хорошо потрясти посудину. После промывки тщательно высушите детали горячим воздухом. Не переживайте за мелкие следы жира: после обезжиривания изделие в руки брать можно, потому что слой жира с пальцев окисляется кислородом моментально.

Читать еще:  Как класть утеплитель под линолеум

Изготовление электролита

Электролитом для анодирования в домашних условиях служит раствор в дистиллированной воде серной кислоты. Можно использовать и обычную воду из крана, но если можете взять дистиллированную – лучше выбрать её, так как в первом случае немного портится равномерность процесса — распределение на поверхности детали плотности тока.

Серную кислоту глупо делать самостоятельно, а вот дистиллированную воду — очень просто! Если на улице нет снега или дождя, то лед в морозильнике найдется всегда. Добыть дистиллированную воду и серную кислоту можно в местном автомагазине запчастей, ведь эти ингредиенты применяются с целью обслуживания аккумуляторов автомобилей.

Однако там продается кислота в разбавленном виде до плотности 1,27 грамм на сантиметр кубический под названием «Электролит для свинцового аккумулятора». Вам нужно этот электролит смешать с дистиллированной водой в пропорции 1:1.

Если вы возьмете стандартную 5-литровую канистру с электролитом и столько же воды, то в результате вы получите 10 литров раствора для анодирования. Этого хватит для мелких деталей, а для крупных стоит удвоить это количество.

Помните, что при смешивании кислоты с водой будет выделяться много тепла. Если налить воду в кислоту, она моментально вскипит, брызгая в лицо! Именно поэтому рекомендуется лить электролит в емкость с водой тонкой струей, постоянно помешивая стеклянной палочкой. И лучше одеть защитные очки! При попадании кислоты на одежду или кожу следует её немедленно смыть струей воды и промыть раствором соды.

Режимы обработки

Температура процесса анодирования металла составляет -10 — +10 градусов Цельсия. Растущий слой ниже -10 вполне хорош, однако не хватит напряжения, которое выдается блоком питания, для поддержания необходимой силы тока. Выше +10 градусов защитная пленка хоть и будет формироваться, но она получится нетвердой и бесцветной.

Однако рекомендуется прекращать процесс анодирования уже при 5 градусах выше нуля. А дело вот в чем, в углу ванны и на поверхности детали наблюдается разная температура, а при анодировании выделяется много энергии в виде тепла.

Но если не обеспечено принудительное перемешивание електролита, нельзя верить термометру! Однако перемешивать электролит стоит постоянно, ложкой, воздухом, насосом, это нужно для выравнивания температуры на поверхности изделия из алюминия. Иначе на детали образуются участки местного перегрева, а затем — пробои и растрав детали.

Анодная плотность тока должна находиться в пределе 1,6 — 4 Ампер на квадратный дециметр. В таких пределах будет нарастать красивый, окрашенный и плотный защитный анодный слой. Лучше всего додерживаться плотности тока от 2 до 2,2 Ампера/дм2. При меньшей силе тока покрытие будет расти медленно нетолстое. При большей силе тока, чем 4 Ампера/дм2 может возникнуть электрический пробой, и изделие будет быстро растравливаться.

Катодная плотность тока должна быть низкой. Чем ниже этот показатель, тем лучше, потому что это обеспечивает равномерный и мягкий режим распределения плотности тока по поверхности обрабатываемой детали, особенно если она большая. Поэтому запомните, что площадь катода из свинца должна быть в два раза больше площади детали (анода).

Процесс анодирования алюминиевого профиля не оговаривает значения напряжения анод-катод. Однако если ваша цепь имеет ненулевое сопротивление, то нужен приличный вольтаж блока питания. Причем желательно, чтобы вы использовали блок питания с несколькими выходными напряжениями. И вот почему.

Защитный слой, который растет на изделии, диэлектрик. По мере его возрастания постоянно растет его электрическое сопротивление. Чтобы поддерживать требуемую плотность тока, на протяжении всего процесса необходимо регулировать несколько раз силу тока при помощи переменного резистора.

Однако напряжения может не хватить, когда анодный слой станет достаточно толстым. В этом случае нужно добавить напряжения. Поэтому блок питания должен обеспечить на выходе хотя бы два напряжения.

Ванна для анодирования

Перед работой необходимо подготовить оборудование для анодирования. Обычно требуется несколько ванн: для обработки маленьких деталей, недлинных и длинных изделий. Они должны быть из алюминия. Подходящим вариантом также является полиэтилен. В качестве маленькой емкости можно использовать пищевой контейнер или длинный цветочный пластиковый горшок.

Дно и стенки пластиковой ванны желательно покрыть листами алюминия. Можно из листа алюминия вырезать выкройку и согнуть импровизированную «емкость». Смысл этого заключается в обеспечении равномерной плотности тока со всех сторон изделия.

Ванна должна отличаться хорошей теплоизоляцией корпуса, иначе в противном случае электролит будет в ней нагреваться слишком быстро, и его придется чаще менять. Самым простым решением станет оклейка ванны толстым слоем пенопласта – 2-4 сантиметра. Также можете закрепить ванну внутри коробки и промежуток залить строительной пеной.

После этого следует изготовить для ванны свинцовый катод. Его можно сделать из листового свинца, сняв последний с толстых электрокабелей. Напомним, что площадь катода должна в два раза превышать площадь поверхности обрабатываемого изделия. При этом не учитывается поверхность катода, которая прислонена к стенке. В катодной пластине должны присутствовать отверстия для выхода газа.

Вы можете собрать катод из нескольких кусков свинца, если нет одного. Куски рекомендуется паять мощным паяльником, толстым швом вдоль стыков. Постарайтесь, чтобы катод повторял конфигурацию поверхности детали, обращенной к нему. Вывод из ванны контакта выполните полоской того же материала. Хотя также принято использовать и толстый медный провод в изоляции. Место припайки изолируйте силиконовым герметиком.

Процесс анодирования

Итак, в пластиковую ванну вы залили электролит, на выходе имеется блок питания с током. Для регулирования силы тока к цепи при анодировании титана или алюминия подключите проволочный переменный резистор. В емкости находятся 2 предмета: свинцовый катод в виде пластины и анод – обрабатываемое изделие. При подаче на них тока происходит выделение кислорода и начинает расти анодный защитный слой.

При создании качественного электрического контакта между свинцом и деталью вы будете наблюдать микропузырьки кислорода, что медленно поднимаются со всей поверхности изделия. Их диаметр крайне мал, их течение напоминает струйки дыма. Длительность процесса стоит контролировать визуально — по окрасу детали.

Для мелких деталей она составляет 20-30 минут, для больших изделий — час-полтора.
После того, как деталь полностью покроется налетом серо-голубого цвета, её следует достать из ванной, вымыть под струей холодной воды и протереть ваткой, что смочена в крепком марганцовом растворе, для удаления побочных продуктов реакции. Поверхность должна быть блестящей, светло-серой, гладкой.

После процесса анодирования дома некоторые изделия приобретают темно-матовый оттенок, все зависит от режима анодирования. Для окраски анодированных изделий погрузите их в раствор анилинового красителя, что подогрет до 50—60 градусов по Цельсию. Перед работой раствор профильтруйте, потому что мелкие крупинки нерастворившегося красителя способны образовывать на поверхности металла пятна. Интенсивность окраски обычно составляет не больше 15—20 минут.

После того, как деталь приобрела красивый оттенок и твердый, не рыхлый защитный слой, необходимо его зафиксировать. Дело в том, что это покрытие на микроуровне имеет пористую структуру, которая является проницаемой для воздуха и воды. Такой слой металл хорошо защищает от механических повреждений, но слаб против химического.

Существует несколько методов, которые помогают закрыться микропорам. Самый простой – проварить после анодирования детали в кастрюле в воде в течение полчаса. Лучше использовать дистиллированную воду. Также детали можно подержать на паровой бане, также на протяжении получаса.

Вы уже знаете, что существует несколько технологий анодирования алюминия и деталей из него. Они отличаются условиями рабочего процесса, а если быть конкретнее – то температурой електролита, которая является основным фактором, который влияет на качество анодного защитного слоя. В домашних условиях предпочтительнее выбрать вариант холодного анодирования, ведь в этом случае покрытие получается качестве и толще, а деталь приобретает красивый оттенок и блеск.

Анодирование алюминия в домашних условиях технология

Алюминий – лучший металл для изготовления различных деталей. Его легко обрабатывать, металл имеет легкий вес, высокую прочность и не подвержен коррозии. Но при всех достоинствах внешний вид этого металла не привлекательный. На алюминиевой поверхности очень плохо удерживаются краски, а если на изделие не нанести какое-либо защитное покрытие, то оно покроется темными пятнами. Такая технология, как анодирование алюминия, позволит защитить металл от окисления, а также придаст эффектный внешний вид.

Что такое анодирование?

Анодирование или же анодное оксидирование – процесс, результатом которого является образование на поверхности металла оксидного покрытия. Металл окисляется. Оксидная пленка защищает металлическую поверхность от окислительных процессов, возникающих при взаимодействии алюминия и воздуха. При анодировании окисленное место не удаляется, а формируется более твёрдое покрытие. Технология похожа на воронение.

Для чего анодировать алюминий?

Данный металл при нахождении в естественной среде соединяется с кислородом, на поверхности образуется защитная пленка. Защитный слой не позволяет алюминию окисляться. Однако, эти природные оксиды очень тонкие и могут легко повреждаться. Данная проблема решается при помощи анодирования – это позволит улучшить устойчивость металла к неблагоприятным внешним факторам, а также придать более эффектный вид.

После процедуры анодирования металлу не грозит коррозия. Защитная пленка, которая образуется на металле в процессе анодирования, отличается высокой стойкостью к износу. Такое покрытие не отслоится по пришествию времени.

Покрытие это не является нанесением именно защитного слоя, как это бывает при покрытии стали хромом или цинком. Оксидная пленка в процессе создания анодированного покрытия формируется непосредственно из самого металла. Анодировать можно не только алюминий, но и другие металлы – титан, магний.

Нередко к анодированию прибегают, когда нужно повысить именно декоративные качества данного металла и придать определенный оттенок. Среди цветов популярны светлый или темный золотистый, цвет жемчуга, серебро с матовым блеском. Цвета покрытия можно менять, используют для этого обычные анилиновые красители, использующиеся для одежды.

В промышленных условиях технология анодирования проводится в 20%-ом растворе серной кислоты. Однако, анодирование алюминия в домашних условиях с применением кислоты может быть опасным, кроме того, это очень неудобно. Вы же не станете использовать именно этот метод?

Существует и другая технология, она предполагает использование растворов углекислого натрия и хлористого натрия. Это сода и соль, которые есть на каждой кухне.

На видео: как работает анодирование.

Читать еще:  Полистирол это пенопласт или нет

Преимущества процедуры

Можно выделить несколько преимуществ, которые дает данная технология:

  • анодированные алюминиевые профиля приобретают значительные защитные свойства;
  • поверхность металла получается матовой и однородной;
  • процесс позволяет устранить повреждения на поверхности – царапины, сколы, полосы;
  • металл приобретает высокие декоративные свойства;
  • толщина защитного слоя достаточно большая.

Способы анодирования алюминия

Теплое анодирование

Эта технология считается сравнительно простой. Ее можно повторить своими руками. Процесс проводится при комнатной температуре. С помощью простых манипуляций можно получить красивое цветное покрытие при помощи органических красителей. Если приложить определенные усилия, то можно получить несколько цветов на одной и той же детали.

Стоит вспомнить советское оружие – РПО-2, РПС-3, РПО-3. Эти ружья были зелеными, а этот цвет является результатом анодирования алюминия. В качестве красителя применяли зеленку, которая продается в каждой аптеке.

Технология имеет преимущества, но присутствуют и недостатки. Так, анодированный алюминий, обработанный таким образом, не имеет действительно высокой защиты от коррозии. В морской воде, а также в местах контакта с агрессивными металлами возникает коррозия. Обработка металла таким способом также не дает мощной механической защиты – поверхность легко царапается обыкновенной иголкой. Если технология нарушена, то покрытие и вовсе стирается рукой.

Такое покрытие служит основой для покраски. Трудно представить такую высокую адгезию. Если после анодирования алюминиевого профиля окрасить его эпоксидной краской, то получится очень надежное покрытие и эстетичность. Эпоксидная краска будет держаться на поверхности очень много времени.

Теплое анодирование проводится очень просто. Первым делом обезжиривают детали и закрепляют их в подвесе. Выполняют анодирование до молочного оттенка, промывают деталь холодной водой. Окрашивают в горячем растворе красителя и закрепляют окрашенную поверхность в течение часа.

Холодная технология

Этот способ выполняется при низких температурах – от -10° до +10°. Метод изобрели по нескольким причинам: высокое качество, прочность, твердость анодного слоя, а также низкая скорость растворения поверхности и большая толщина слоя. Обычно в домашних условиях анодирование алюминиевых сплавов проводят именно таким образом.

Слой со стороны металла растет, а с внешней стороны – растворяется. Скорость равна тому же показателю при теплом анодировании. Однако, холодная технология может продемонстрировать низкие скорости растворения внешней пленки. Из-за этого и формируется толстый слой. При теплом методе внешний слой растворяется так же быстро, как растет внутренний – получить твердую пленку значительно сложней.

Данная технология требует хорошего охлаждения деталей – только так можно получить качественный результат. Покрытие будет твердым и износостойким. Так, подводному ружью, которое анодировано таким образом, соленая морская вода уже не сможет навредить.

Единственный минус процедуры – невозможность использования органических красителей. Окраска – это естественный процесс, а цвет зависит от состава материала, который обрабатывается. Оттенки в процессе меняются – от зеленого до темного, нередко такая технология дает черный цвет.

Вначале деталь обезжиривают и закрепляют в специальном подвесе. Затем металл анодируют до получения плотного слоя. Далее – промывают в горячей или холодной воде. В конце закрепляют слой с помощью проварки в дистиллированной воде.

Технология твердого анодирования

Твердое анодирование алюминия также позволяет получить твердую и прочную пленку. Технология эта широко применяется в промышленности. Особенность этого способа в том, что в процессе задействован не один, а несколько электролитов. Так, используется не только серная кислота, но и борная, винная, уксусная или щавелевая. Плотность тока медленно растет и за счет изменения структуры на поверхности растет пленка повышенной прочности.

Необходимое оборудование

Мы знаем, что такое анодирование, а теперь следует узнать, какое оборудование для анодирования нужно. Для работы потребуется несколько ванн для разных деталей по размеру. Ванны должны быть алюминиевыми. Еще один вариант – пластик или полиэтилен. Дно и стенку ванны из пластика покрывают алюминиевой фольгой. Это нужно для создания анодно-катодной установки.

Ванна должна обладать хорошими характеристиками теплоизоляции – тогда электролит не будет сильно нагреваться, и его не придется часто менять.

Далее изготавливают катод из свинца. Его делают из листового материала. Площадь этого катода должна быть в два раза выше, чем площадь поверхности обрабатываемой детали. Катодная пластина должна иметь отверстия – через них будут выходить газы.

Когда катод готов, следует приготовить электролит, залить его в ванну, окунуть деталь и подключить к плюсовой клемме источника тока. Свинцовую пластину соединяют с минусовой клеммой. Чтобы металл анодировал, подойдет источник питания на 12 В и 1,5 А. Что касается временных затрат, то для небольших деталей процесс займет около получаса. Для процесса анодирования алюминиевого профиля потребуется несколько часов.

Цвет может быть различным в зависимости от режимов анодирования. С помощью анилиновых красителей алюминиевые детали окрашиваются даже в черный цвет.

Для изготовления анодированного алюминия в домашних условиях у каждого в доме есть необходимое оборудование. Это значит, что можно легко создавать эффектные детали, на которых будет прочный защитный и декоративный слой.

Технология анодирования алюминия в домашних условиях – подробная инструкция и детали

Этот металл (в чистом виде или его сплав) является наиболее удобным для различного рода поделок, поэтому и пользуется популярностью у «домашних умельцев». Несмотря на множество достоинств, есть у алюминия и существенный недостаток – он быстро вступает в реакцию с воздухом (окисляется), что приводит к образованию своеобразного налета, который усложняет процесс окрашивания заготовок. А их «первозданный» вид мало кого устраивает из-за своей непривлекательности.

Прежде чем рассматривать процесс анодирования алюминия, следует понять, для чего оно проводится. Ведь при окислении на поверхности металла появляется тончайшая пленка, которая выполняет и функцию защиты. Все дело в том, что она непрочная и довольно легко повреждается. Поэтому смысл описываемого процесса состоит в том, чтобы ее укрепить (усилить). В этом плане анодирование сходно с таким не менее известным процессом, как воронение методом окисления (об этом можно прочитать здесь). Поэтому эту технологию называют еще анодным оксидированием.

Она применяется не только по отношению к алюминию, но и к некоторым другим металлам. Например, магнию, титану.

Что дает анодирование

  • Укрепляет поверхностный слой.
  • Делает невидимыми дефекты основы в виде царапин, точечных повреждений. Другими словами, «сглаживает» металл и придает ему однородность.
  • Краска на алюминий ложится значительно лучше и равномернее.
  • Внешний вид деталей делается более привлекательным.
  • Возможность придать металлу различный оттенок и имитировать серебро, золото или, например, жемчуг. Хотя применение анилиновых красителей значительно расширяет спектр.

Анодирование «холодное»

Наиболее часто применяемая методика, тем более что больших сложностей такой способ не представляет. Есть еще обработка алюминия «теплая», но такая технология менее эффективна и в последнее время, особенно в быту, не используется.

Достоинства

    Возможность получения достаточно толстого поверхностного слоя, что достигается разной скоростью нарастания и растворения оксидной пленки соответственно с внутренней и наружной ее стороны. Особенность методики в том, что процесс осуществляется в температурном диапазоне от – 10 до +10 ºС. Отсюда и ее название Высокая прочность такого покрытия. Повышение антикоррозийной устойчивости металла.

Недостатки

Он один, и довольно относительный. Дальнейшее покрытие красителями с органической основой становится довольно сложным. Материал, в зависимости от структурного состава (если речь идет о сплаве или характеристиках самого алюминия) в процессе анодирования окрашивается естественным путем. Оттенок может быть любым – от оливкового (с примесью «зелени») до темного (серого или черного).

Что понадобится

    Ванночки. Из алюминия – для анодирования; стеклянные или пластиковые – 2 штуки – для приготовления растворов. Соединительные провода (также алюминиевые). Источник напряжения +12 В (АКБ или выпрямитель). Реостат (если питание от аккумулятора или другого устройства с нерегулируемым «выходным» параметром). Амперметр.

Технология анодирования

На производстве для анодирования металлов используется раствор серной кислоты. Но такая методика небезопасна, так как сопровождается бурным газовыделением. Даже малейшая искра может привести к взрыву этой смеси. Суть процесса несложно понять по схеме, но в бытовых условиях кислотой редко кто пользуется, хотя методика остается прежней (разница только в том, что свинцовая пластина отсутствует). Поэтому рассмотрим более простой способ работы с алюминием.

Приготовление растворов

Их готовится два (в разных емкостях). Они служат альтернативой кислоте. Один – из пищевой соли, другой – из соды питьевой. Используется только чистая, дистиллированная, причем теплая вода. По объему содового раствора понадобится в 9 раз больше; в соответствие с этим и подбирается посуда.

После тщательного перемешивания (до полного растворения веществ) раствору нужно дать отстояться, а потом он сливается в другую посуду так, чтобы в нее не попал осадок, и фильтруется. Качество анодирования во многом зависит от «чистоты» растворов.

Подготовка детали

Коротко этот этап работы можно выразить так: очистка поверхности – ее обработка (шлифовка) – обезжиривание заготовки.

Если на детали будут какие-либо заметные дефекты, то полученный слой их не скроет (толщина покрытия не более 0, 05 мм).

Анодирование

Понятно, что заготовка должна быть полностью погружена в приготовленную жидкость, полученную путем смешения исходных растворов. Естественно, деталь должна на чем-то висеть, не касаясь дна посуды. Как это сделать, каждый решает сам. Например, рядом с ванночкой крепится стойка, на которой и подвешивается образец. Нужно подумать, за что и как его «подцепить»? Ведь в этом месте после анодирования останется пятно. Понимая это, конкретное решение принять несложно, сообразуясь с габаритами, конфигурацией и весом заготовки.

Ток подается в течение не менее получаса, и то, для небольших образцов. О степени их готовности свидетельствует изменение окраски. Поэтому контроль – чисто визуальный. После этого напряжение отключается, и деталь вынимается из ванны.

Ее необходимо хорошо промыть, а для очистки от остатков раствора еще и подержать в марганцовке. После этого она опять промывается попеременно в теплой и холодной воде, а потом сушится. Если все делалось правильно, то деталь приобретает светло-серый цвет.

О высоком качестве анодирования свидетельствуют его равномерность по всей площади покрытия и отсутствие разводов или пятен.

«Закрепление» слоя

Это заключительный этап. Пленка, которая покрывает металл, характеризуется обилием микропор. Чтобы повысить устойчивость алюминия перед внешними воздействиями, их следует «закрыть». Самый простой способ – или прокипятить в воде дистиллированной, или пропарить. Такая процедура занимает не менее 30 минут.

Читать еще:  Чем склеить пенопласт между собой на автокресле

«Финишная» обработка

После этого можно произвести покраску или просто покрыть лаком (бесцветным). Окрашивание производится методом погружения детали в раствор красителя (анилинового, 10%-го).

Распространенные ошибки

Их довольно часто допускают «домашние» мастера, не изучившие как следует все особенности технологии.

  • Плохой контакт детали с электродом. Поэтому зажим должен быть надежным, типа «крокодил», а еще лучше – с затягивающим винтом. Нарушение контакта приводит к изменению силы тока, что напрямую влияет на конечный результат. Поэтому различные скрутки, петли для подвешивания заготовок в данном случае неприменимы.
  • Несоответствие габаритов катода линейным размерам детали. Это приводит к неравномерности плотности тока в ванночке. Как следствие – низкое качество обработки поверхности, риск прогара металла. Есть общее правило – катод (ванночка) по площади должен превышать заготовку не менее чем в 2 раза.
  • Недостаточная (или завышенная) анодная плотность. Рекомендуемая величина – порядка 2 А/дм² (20 мА/см²). Для ускорения процесса ее можно и немного увеличить (но не более чем в 1,5 раза) с обязательным выдерживанием низкой температуры раствора за счет качественного охлаждения + постоянное его перемешивание.

Полезные советы

Произвести качественную зачистку поверхности образца механическим способом (с применением абразивных материалов) не всегда возможно. Например, из-за сложного рельефа его поверхности. В этом случае более эффективна методика травления. Суть ее в том, что деталь погружается в щелочной раствор. На практике, как правило, в мыльный. Иногда, чтобы добиться осветления заготовки, она дополнительно опускается в посуду с 20% раствором кислоты.

Следует неукоснительно соблюдать рекомендованный температурный режим (от -10 до +10 ºС). Если температура повысится, придется убавлять силу тока. Как результат – «рыхлость» покрытия.

После окраски для сохранения цвета в течение долгого времени деталь желательно обработать лаком. Чтобы не было его «наслоений», можно ее обработать мягкой кисточкой. После погружения в лак нужно дать ему полностью стечь.

В статье приведен только один из многочисленных способов анодирования в быту. Он самый простой, а потому и наиболее подходящий для человека, не имеющего достаточного опыта. При работе с кислотой сложностей гораздо больше, но разницы в конечных результатах практически никакой нет.

Для тех, кого интересует методика литья алюминия, есть отдельная инструкция с подробными фото — читайте.

Анодирование алюминия

Обычно под анодированием алюминия подразумевают так называемое сернокислое анодирование – по химическому составу анодного раствора (электролита).

Сернокислое анодирование алюминия

К основными параметрами сернокислого анодирования алюминия и алюминиевых сплавов относятся:

  • концентрация серной кислоты в анодном электролите;
  • температура анодного раствора – раствора серной кислоты;
  • плотность тока, поступающего через электролит на поверхность алюминиевого профиля.

Как влияют эти параметры на:

  • рост толщины анодного покрытия,
  • размеры пор,
  • внешний вид анодированной поверхности?

Как влияет на качество анодирования химический состав алюминия и алюминиевых сплавов?

Как устроено анодное покрытие

Барьерный слой

Любое анодно-окисное покрытие (далее – анодное покрытие) состоит из двух слоев – относительно толстого пористого слоя и тонкого плотного слоя, который называют барьерным (рисунок 1). Толщина этого барьерного слоя зависит от состава электролита и технологических параметров. При анодировании барьерный слой образуется первым, и его толщина прямо зависит от величины напряжения анодирования.

Рисунок 1

Пористый слой

После того как барьерный слой сформирован, на его наружной стороне, если электролит обладает достаточной растворяющей способностью, начинает формироваться пористая кристаллическая структура. Механизм роста пор до сих пор является предметом дискуссий, однако, по мнению большинства ученых ее образование происходит за счет следующей причинно-следственной цепочки: локальное растворение барьерного слоя – повышение величины тока – увеличение температуры – повышение скорости растворения. Это взаимодействие влияний и приводит к образованию пор.

Окрашивание анодированного алюминия

Для получения цветного анодного покрытия применяют в основном два метода (рисунок 2):

  • адсорбцию – пропитку пористого слоя красителями;
  • электролитическое окрашивание – электрохимическое осаждение в поры различных металлов (олова, меди, марганца и др.).

Намного реже применяют так называемое интегральное окрашивание, которое обеспечивается специальным легированием алюминиевых сплавов. Окрашивание происходит за счет выпадения частиц в объеме пористого слоя, а не в порах.

Кроме того, в ограниченных объемах применяют так называемое интерференционное окрашивание: вариант электролитического окрашивания, который требует дополнительной ванны для расширения пор вблизи их дна.

Рисунок 2 – Методы цветного анодирования алюминия

Почему шестигранник?

В ходе своего роста анодные ячейки, включающие сами поры и окружающий ее оксид алюминия, образуют шестигранную структуру, которая, по-видимому, обеспечивает выполнение какого-то принципа минимальности энергии. Шестигранная форма анодных ячеек не зависит от типа электролита. Это явно указывает на то, что эта форма имеет чисто энергетическое происхождение.

Технология анодирования алюминия

Стандартное анодирование

Сернокислое анодирование алюминия и алюминиевых сплавов является наиболее распространенным. Иногда его называют стандартным.

  • Концентрация серной кислоты в электролите составляет от 10 до 20 % по объему в зависимости от требований к покрытиям.
  • Плотность тока составляет обычно от 1 до 2 А/дм 2 при напряжении от 12 до 20 вольт, температуре от 18 до 25 °С и длительности анодировании до 60 минут.

Скорость роста пор

На большинстве алюминиевых сплавов этот электролит дает бесцветное прозрачное анодное покрытие. При сернокислом анодировании скорость роста пор является постоянной при постоянной плотности тока. При плотности тока 1,3 А/дм 2 эта скорость составляет величину 0,4 мкм/мин. Поскольку толщина барьерного слоя остается постоянной, то это значит, что с такой же скоростью растворяется и дно поры.

Размеры анодной ячейки

Размеры анодных ячеек прямо зависят от параметров анодирования (таблица 1). С увеличением напряжения размеры анодной ячейки увеличиваются, а количество пор соответственно уменьшается. Соотношение между размером ячеек и напряжением приблизительно линейное, то есть чем больше напряжение, тем больше размеры ячейки.

Толщина анодного покрытия

Рост анодного покрытия

Толщина анодного покрытия увеличивается с увеличением длительности анодирования. Однако степень роста толщины зависит от нескольких факторов, таких как тип электролита, плотность тока, длительность обработки и т.д. Вначале происходит быстрое и постоянное увеличение фактической толщины, а затем начинается уменьшение скорости роста толщины, пока не наступит стадия, при которой толщина остается приблизительно постоянной, не смотря на продолжающуюся подачу электрического тока. Это связано с тем, что в ходе анодирования происходит как непрерывный рост толщины покрытия, так и его растворение под воздействием электролита (раствора серной кислоты).

Закон Фарадея

Фактическая толщина вычисляется как теоретическая толщина покрытия минус растворенная толщина оксида алюминия (рисунок 3). Теоретическая толщина является пропорциональной времени анодирования при постоянной плотности тока и определяется законом Фарадея, который говорит, что количество образовавшегося оксида пропорционально электрическому заряду, который прошел через анод.

Влияние химического состава алюминиевого сплава

Примеси

В принципе чистый алюминий анодируется лучше, чем его сплавы. Внешний вид анодного покрытия и его свойства (износостойкость, коррозионная стойкость и т.п.) зависят как от типа алюминиевого сплава, так и его так сказать металлургической биографии. Размер, форма и распределение интерметаллидных частиц также влияют на качество анодирования алюминиевого сплава. Химический состав алюминиевого сплава является весьма важным в некоторых изделиях, которые требуют блестящего анодирования, для получения которых необходимо, чтобы уровень нерастворимых частиц был как можно ниже.

Анодное покрытие на алюминии Al 99,99 будет чистым и прозрачным, а при уровне содержания железа 0,08 % оно уже не такое чистое и становится все более «облачным» с увеличением толщины покрытия. При уровне нерастворимых частиц как у алюминия 1050 (алюминий марки АД0) покрытие становиться совершенно «облачным» по сравнению с более чистым металлом. Из всех алюминиевых сплавов на сплавах серий 5ххх и 6ххх получаются самые лучшие декоративные и защитные покрытия. Некоторые сплавы серии 7ххх также дают чистые покрытия с хорошими функциональными свойствами. Цветные покрытия алюминиевых сплавов серии 2ххх обычно получаются низкого качества.

Интерметаллические частицы

Поведение интерметаллидных частиц при анодировании зависит от типа частиц и анодного раствора. Некоторые интерметаллидные соединения окисляются или растворяются быстрее, чем алюминий (например, частицы β-Al-Mg), что приводит к образованию пористой структуры. Другие интерметаллидные частицы, такие как частицы кремния, являются практически нерастворимыми при анодировании и поэтому выпадают в виде включений по толщине анодного покрытия. Промежуточными между двумя этими крайними случаями являются соединения (FeAl3, α-Al-Fe-Si и т.д.), которые частично растворяются, а частично остаются в покрытии, что отрицательно влияет на качество покрытия, особенно цветного.

Влияние температуры анодирования

Влияние повышения температуры электролита пропорционально увеличению скорости растворения анодного покрытия, что в результате дает более тонкое, более пористое и более мягкое покрытие (рисунок 4).

Для получения так называемых твердых анодных покрытий применяют низкую температуру (от 0 до 10 °С) в комбинации с высокой плотностью тока (от 2 до 3,6 А/дм 2 ) и очень активным перемешиванием электролита. В декоративном и защитном анодировании алюминия и алюминиевых сплавов обычно применяется температура электролита от 15 до 25 ºС. Если температура поднимается выше, то максимально возможная толщина анодного слоя снижается до более низких величин из-за более высокой растворяющей способности электролита.

Влияние плотности тока анодирования

Интервал плотности тока стандартного сернокислого анодирования алюминия составляет от 1 до 2 А/дм 2 , в специальных случаях – 3 А/дм 2 . При плотности тока ниже этого интервала, получается мягкое, пористое и тонкое покрытие. С увеличением плотности тока покрытие формируется быстрее при относительно меньшем растворении его электролитом и соответственно с более твердым и менее пористым покрытием. При очень высокой плотности тока появляется тенденция к так называемым «прижогам» – возникновению чрезмерно высокого тока в локальных областях с их перегревом (рисунок 5).

Когда от анодного покрытия требуется хорошее и четкое отражение света, то применяют специальные условия анодирования с низкой плотностью тока около 1 А/дм 2 .

Влияние концентрации серной кислоты

Влияние увеличения концентрации серной кислоты на характеристики анодного покрытия на алюминиевых сплавах аналогичны влиянию повышения температуры, хотя влияние температуры является более сильным, чем влияние концентрации. Увеличение концентрации ограничивает максимальную толщину покрытия из-за более высокой растворяющей способности более концентрированного раствора (рисунок 6).

Рисунок 6

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector