Технология анодирования металла, способы покрытия

Содержание:

Специальные пленки из анодированного алюминия
Рекомендуемые предприятия в Московской области
- - ООО «ИМПОРТПРОМ»
Анодирование алюминиевых деталей в домашних условиях. Гальваника
Думайте о безопасности
Технология анодирования
Зачем анодировать
Интерференционное окрашивание алюминия
- Дополнительная ванна
- Спрос ограничен
Виды и особенности неметаллических покрытий
Гальваника медью в домашних условиях
Материалы украшений
4 Как самостоятельно выполнить операцию?
Анодирование в сернокислом электролите

Специальные пленки из анодированного алюминия

Помимо высоких декоративных качеств, пленки из анодированного алюминия обладают целым рядом очень полезных свойств. Например, высокая твердость и износостойкость. Микрокристаллическая структура из корунда практически не боится любого абразива. Песчаная и цементная пыль, и даже карбиды и силициды металлов не в состоянии существенно повредить защиту из корунда.

Поэтому детали с анодированным покрытием невозможно зачистить наждачной бумагой или полировочной или шлифовальной пастой. Толстый слой кристаллической Al2O3 на поверхности трущихся деталей увеличивает ресурс любого механизма в два-три раза. Защиту из окисленного алюминия используют при высокотемпературной окраске дисков колес, элементов подвески карьерных машин и магистральной техники.

Применение покрытия из анодированного алюминия:

Не деградирует под влиянием морозов, жары, ультрафиолета или химически активных веществ, выдерживает прямой контакт с кислотами, щелочами, органическими растворителями;
Не пылит и не изнашивается при многократной мойке, чистке, под истирающей нагрузкой;
Нет нитевидной и газовой формы коррозии, если слой анодированного алюминия изготовлен с соблюдением технологии, то срок службы покрытия может легко достичь 60-80 лет.

Второе интересное качество пленки из анодированного алюминия – низкая теплопроводность. Из обработанного металла изготавливают литейные формы для отливки из медных сплавов, при том, что температура алюминия ниже, чем у меди, на несколько сот градусов. Тонкое, всего в пару миллиметров окисленное покрытие надежно защищает алюминиевую форму от перегретой жидкой меди.

Радиаторы отопления, трубопроводная арматура, котлы, печи, камины, изготовленные из стали и чугуна, по современным стандартам защищаются пленками из анодированного алюминия. Даже при нагреве стенок, колосников, силовой арматуры до 500-600оС сталь и чугун не обгорают и не коррозируют до ржавых дыр. Срок службы стальной печи вырос с 10 до 40 лет службы.

Анодирование алюминиевых деталей в домашних условиях. Гальваника

Как наносить короед на фасад: способы и технология оштукатуривания стен

Алюминий по праву остается популярным материалом для домашнего мастера. Легкость, достаточная прочность, простота обработки, коррозионная стойкость — вот его основные достоинства. Единственные его недостатки — трудность окрашивания в домашних условиях и образование неравномерного налета в виде серых пятен.

Для защиты и окраски алюминия применяют анодирование (анодное оксидирование) — создание на поверхности алюминия тонкого и прочного поверхностного пассивного слоя, препятствующего дальнейшей коррозии металла. Анодированный алюминий имеет ровный светло-серый цвет. Эта же пленка легко окрашивается в любой цвет при помощи обычных анилиновых красителей. (Анилиновые красители применяются для окраски тканей).

В промышленных условиях анодирование проводят в 20% серной кислоте. Но в домашних условиях работать с ней крайне неудобно да и опасно.

К счастью, существует и другой способ анодирования — в растворе углекислого натрия (питьевая сода) и хлористого натрия ( пищевая соль).

Растворы готовят отдельно друг от друга. Для получения насыщенных растворов берут избыточное количество соды и соли, и растворяют их в чистой воде, желательно дистиллированной (продается в магазинах автозапчастей для заливки в аккумуляторы). Соду и соль растворяют в теплой воде, в течении получаса, постоянно перемешивая раствор. Раствора соды потребуется примерно в 9 раз больше, чем раствора соли. Растворы готовят в стеклянной или пластиковой посуде.

После того, как вещества перестанут растворяться, раствор отстаивают 10-15 минут, сливают с осадка нерастворенного вещества и фильтруют. Любая неоднородность в растворе может повлиять на равномерность покрытия алюминиевой детали.

Ванна для анодирования должна быть также алюминиевой. Если такой ванны нет, можно воспользоваться и пластиковой, но ее дно и желательно стенки необходимо покрыть листами алюминия. Можно вырезать из листа алюминия выкройку, как для коробки и согнуть импровизированную «ванну». Смысл этого — в обеспечении равной плотности тока при анодировании со всех сторон детали. К листу алюминия присоединяют провод (так же алюминиевый).

Деталь, предназначенную для анодирования, измеряют, с целью определить площадь ее поверхности, тщательно очищают мелкой наждачной шкуркой, обезжиривают ацетоном. К детали прикрепляют провод, в месте, которое не будет потом видно. Иногда специально для этого оставляют контактный лепесток, который удаляют после анодирования.

В ванну заливают 9 объемных частей раствора соды и одну часть раствора соли. Раствор тщательно перемешивают. Провод от ванны присоединяют к «минусу» свежезаряженной аккумуляторной батареи. (можно использовать и сетевой источник питания).

Деталь должна быть абсолютно чистой. Ее подвешивают в ванной при помощи присоединенного провода так, что бы минимальное расстояние до ванны было не менее 10-15 мм (включая дно). Провод от детали присоединяют через амперметр к «плюсу» аккумулятора. Ток для анодирования должен быть в пределах 10-20 мА на каждый квадратный сантиметр детали. Т.е. если деталь имеет площадь примерно 100 кв. см, то ток должен быть 1-2 ампера. Для его регулировки в цепь включают проволочный переменный резистор.

Процесс анодирования продолжается 1-1,5 часа. В процессе анодирования выделяются микроскопические пузырьки газа. Когда вся деталь покроется ровным серо-голубым налетом, процесс анодирования можно считать законченным. Деталь вынимают из раствора и промывают проточной водой. При помощи густого раствора марганцовки и тампона деталь очищают от продуктов химической реакции. После этого деталь становится гладкой, как бы матово-полированной светло-серого цвета.

Деталь еще раз промывают в проточной воде и высушивают. Затем ее покрывают бесцветным лаком или окрашивают с помощью анилиновых красителей в нужный цвет.

Для создания красящего раствора готовят 10% раствор анилинового красителя , нагревают его до 50-60 градусов и опускают в него деталь. Густоту окраски регулируют продолжительностью погружения детали. Обычно это от нескольких минут до получаса. После окраски деталь промывают, сушат и покрывают лаком.

Думайте о безопасности

Гибка металла

Итак, выполнить этот процесс в домашних условиях можно, но для этого следует быть крайне предусмотрительным и соблюдать технику безопасности. Лучше всего делать это на открытом воздухе. Ведь кислота является очень опасным веществом. И это даже несмотря на то, что вы будете использовать большой концентрат кислоты.

Важно! Если она попадет на кожу, то вы испытаете неприятный зуд. Но если случайно попадет в глаза, то это может привести к серьезным последствиям

Итак, для работы следует использовать защитную одежду, перчатки и очки. Плюс ко всему, всегда иметь рядом раствор соды или ведро чистой воды.

Технология анодирования

Процесс анодирования можно разделить на три части:

подготовительный процесс;
химическую обработку;
закрепление.

Подготовительный процесс

На этом этапе алюминиевый профиль подвергается механической и электрохимической обработке. Под механической обработкой понимается очистка металла, его шлифование и обезжиривание. Далее изделие кладут сначала в щелочной раствор для травления, а затем перекладывают в кислотный для осветления. Завершается подготовка промывкой поверхности. Причем промывка осуществляется несколько раз, чтобы полностью удалить кислотные вещества с металла.

Химическая обработка

Химическое оксидирование алюминия представляет собой обработку металла в электролите. В качестве электролитов используются растворы различных кислот (серной, хромовой, щавелевой, сульфосалициловой). Порой в растворы добавляют соль или органическую кислоту.

Наиболее распространенный электролит – серная кислота. И все же этот электролит не применяется для обработки изделий сложной формы, на которых имеются небольшие отверстия или зазоры. В таких случаях предпочтительна хромовая кислота. А вот щавелевая кислота позволяет значительно улучшить разноцветные изоляционные покрытия.

Химическое оксидирование алюминия

Качество процесса зависит от нескольких составляющих, в числе которых концентрация, температурный режим и плотность тока. Высокие температуры способствуют ускорению анодирования. Причем пленка образуется мягкая и высокопористая. Если необходимо твердое покрытие, применяется более низкая температура.

Химическое оксидирование алюминия может осуществляться при температурах от нуля, до плюс 50 градусов по Цельсию. Плотность тока может варьироваться от 1 до 3 Ампер на квадратный дециметр. Показатель электролитной концентрации может находиться в пределах 10-20%.

Закрепление

После оксидирования металл выглядит, как пористая поверхность (даже при использовании холодного режима). Чтобы поверхность была достаточно прочной, эти поры нужно перекрыть. Делается это одним из трех способов:

окунанием изделия в горячую пресную воду;
обработкой паром;
размещением металла в так называемом «холодном растворе».

Обратите внимание! Если изделие будет окрашиваться, процесс закрепления не нужен, поскольку лакокрасочный материал естественным образом заполнит имеющиеся поры. Существует три разновидности оборудования для оксидирования алюминия:

Существует три разновидности оборудования для оксидирования алюминия:

основное (ванны);
обслуживающее (обеспечение работы);
вспомогательное (подача изделий в ванну, проведение подготовки, складирование и т.п.).

Зачем анодировать

Как уже говорилось выше, при взаимодействии алюминия с кислородом, на его поверхности образуется пленка. Она предотвращает окисление. Но здесь есть важный нюанс, эта пленка из природного оксида очень тонкая. Как следствие она может прорываться. И чтобы исключить это, было решено анодировать алюминий. Как следствие, металл приобретает намного лучшие технические характеристики.

Так, анодированный алюминий не подвергается коррозии. Образующаяся пленка устойчива к износу. Спустя время, это покрытие не будет даже отслаиваться

Здесь важно понимать еще один нюанс, почему это стало возможным. Некоторые металлы покрывают хромом или цинком

В случае алюминия его ничем не покрывают. Эта пленка образуется непосредственно на самом металле сама по себе.

Так, к этой процедуре прибегают с целью, придать металлу более декоративный внешний вид, например, тот или иной оттенок. Примечательно то, что цвет анодирования можно изменять. Для этого следует применять анилиновые красители, которые используются при покраске одежды.

Если говорить за промышленные технологии, то там анодируют алюминий в растворе серной кислоты 20 процентов. Что касается домашних условий, то данная технология небезопасна, поэтому необходимо использовать другую методику.

Интерференционное окрашивание алюминия

Дополнительная ванна

Интерференционное окрашивание является разновидностью электролитического окрашивания. Этот метод позволяет получать широкий диапазон цветов благодаря эффекту оптической интерференции. Обычно между анодированием и электролитическим окрашиванием требуется дополнительная операция (ванна) для обработки анодного покрытия на расширение дна пор для повышения интенсивности цвета.

Спрос ограничен

Количество металла, осаждаемого в обычном электролитическом окрашивании, больше, чем в стандартном интерференционном покрытии. Однако в последнем случае этот металл компактно «упакован» на дне пор. Эффект интерференции возникает между двумя светорассеивающими слоями: электро-химически осажденным металлическим слоем на дне пор и поверхностью раздела между оксидным слоем и алюминием, расположенным прямо за ним.

Виды и особенности неметаллических покрытий

Неметаллические покрытия подразделяются на органические и неорганические. Они создают на обрабатываемых поверхностях тонкую, инертную по отношению к агрессивным веществам пленку, которая предохраняет детали от негативных воздействий окружающей среды.

Лакокрасочные защитные покрытия

В состав таких покрытий входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители и катализаторы. Варьирование состава позволяет получать материалы со специфическими свойствами (токопроводящие, декоративные, особопрочные, жаростойкие и т.п.). Они не только защищают изделия в различных условиях, но и придают им эстетичный внешний вид.

В группу лакокрасочных покрытий входят лаки, краски, грунтовки, олифы, шпаклевки.

Силикатные эмали

Применяются для изделий, работающих при высоких температурах в химически агрессивных средах.

Эмалевое защитное покрытие формируется с помощью порошка или пасты. Процесс проходит в несколько этапов. Сначала на изделие наносится грунтовая эмаль – она улучшает адгезию, уменьшает термические и механические напряжения.

Затем, после спекания первого слоя при температуре +880… + 920 °С, накладывается покровная эмаль, после чего изделие снова подвергается нагреванию до +840… +860 °С.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно несколько раз. Изделия из чугуна, к примеру, обрабатывают в 2-3 подхода.

Застывшая эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие. Его основным недостатком является сравнительно низкая прочность – под воздействием ударных нагрузок эмаль может растрескиваться или скалываться.

Полимерные защитные покрытия

В число наиболее распространенных полимеров, применяющихся для защиты металлов от коррозии, входят полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и др.

Полимерное покрытие осуществляется методами окунания, газотермического или вихревого напыления, обычной кистью. Остывая, оно образует на поверхности сплошную защитную пленку толщиной несколько миллиметров.

Разновидностью полимерных являются антифрикционные твердосмазочные покрытия. Внешне эти материалы похожи на краски, однако вместо пигментов они содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси связующих компонентов и растворителей.

Основу покрытий могут составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и прочие твердые смазки. В качестве связующих применяются акриловые, фенольные, полиамид-имидные, эпоксидные смолы, титанат, полиуретан и некоторые другие специальные компоненты.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия, а также специальные растворители и очистители для предварительной подготовки поверхностей разрабатывает российская .

Материалы MODENGY применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющих, зубчатых передачах, подшипниках и т.д.), на деталях двигателей внутреннего сгорания (юбках поршней, вкладышах валов, дроссельной заслонке), в резьбовом крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических элементах автомобилей (замках, петлях, пружинах, скобах, механизмах регулировки и т.д.), а также в других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Гальваника медью в домашних условиях

В домашних условиях гальваническое меднение чаще всего используют в декоративно-прикладных целях или для нанесения медного подслоя перед никелированием и хромированием.

Обычно медью покрывают мебельную фурнитуру, предметы кухонной утвари, элементы светильников, бижутерию, а также части инструментов и ножей. Подбор параметров гальванизации домашними мастерами обычно делается опытным путем по цвету и качеству покрытия.

Те, кто занимается меднением серьезно, в том числе и в коммерческих целях, используют в своих установках регулируемые источники тока или реостаты, с помощью которых устанавливается необходимая плотность тока и скорость осаждения.

А одно из самых популярных направлений современной домашней гальваники — это покрытие медью высушенных растений, орехов, желудей и насекомых. Такие изделия выглядят впечатляюще и используются не только в декоративных целях, но и для изготовления бижутерии (см. ниже меднение и патинирование грецкого ореха).

Техника безопасности

Поэтому в домашних условиях все работы по приготовлению электролита и химической обработке изделия необходимо выполнять в резиновых перчатках и клеенчатом фартуке, а при больших объемах использовать респираторы и защитные очки.

Сам по себе медный купорос не требует какой-либо обработки перед утилизацией, но, поскольку электролиты на его основе содержат серную кислоту, ее необходимо нейтрализовать с помощью щелочи или соды.

Оборудование и материалы

Для меднения в домашних условиях требуется минимальный набор оборудования и реактивов. В качестве гальванической ванны можно использовать любую пластиковую или стеклянную емкость.

Для приготовления электролита для меднения необходим только медный купорос и чистая вода, а источником тока может служить старая зарядка для телефона или пара батареек. Другие материалы и инструменты также немногочисленны и доступны в бытовых условиях.

В первую очередь это серная кислота (жидкость для аккумуляторов), сода, обрезки медных изделий (труб, шинок, контактов) и наждачка на матерчатой основе.

Рецепт простого раствора

В состав самого простого электролита, используемого для меднения в домашних условиях, входят всего два реагента: сернокислая медь (медный купорос) в количестве 180÷220 г/л и серная кислота (жидкость для аккумулятора) — 40÷60 г/л. В качестве блескообразующих добавок к такому электролиту домашние мастера используют желатин и декстрин (0.5÷1.0 г/л).

В Интернете можно найти рецепты электролитов с добавками, которые способствуют созданию медных покрытий с разнообразными эффектами (матовость, зеркальный блеск, различные оттенки).

При этом, как правило, указывают только название химического вещества и условия его применения, а насколько оно доступно и где его взять — не пишут.

Материалы украшений

Черная сталь — это хирургическая сталь 316 покрытая с применением PVD-процесса (метод напыления покрытия, тонкой пленкой в вакууме). Покрытие является сверхстойким к царапинам.

Анодированная сталь — при анодировании сталь приобретает более яркие и красочные цвета. Анодированная хирургическая сталь не совместима с пирсингом языка!

Титан степени 23 (6AL-4V-ELI), прошел все мировые тесты и признан лучшем в мире сплавом для хирургических целей. Обладает антикоррозионными и антитоксичными свойствами. Украшения из G23Ti могут быть использованы для всех видов первичного пирсинга, в соответствии с Европейской Никилевской Директивой от 2001 года. G23Ti биосовместим и может быть анодирован в различные цвета.

Золотые украшения 14 карат (585 проба) и 18 карат (750 проба), не содержат примесей никеля.

Биофлекс — превосходный материал для пирсинга. Подлежит стерилизации на пару и биосовместим. Абсолютно безопасный и антиаллергенный материал. Не содержит примесей никеля и соответствует стандартам Европейской Директиве по Никелю. Обладает гибкими свойствами. Биофлекс один из видов медицинского акрила, прошел USP (фармакопею США), прошел тест класса VI на биосовместимость. Биофлекс соответствует изложенным нормам и требованиям Европейской Фармакопеи 1997 года.

Уникальность ПТФЕ состоит в том, что он обладает гибкостью, не теряя своей упругости, биологически нейтрален и абсолютно устойчив к коррозии(химически устойчив). Может быть нарезан любой длинной и подлежит стерилизации (выше 260 *). Период заживления первичного прокола пирсинга при использовании ПТФЕ гораздо меньше благодаря своей гипоаллергенной формуле. Совместим с любыми шариками.

В органических пирсинг украшениях используется костная и роговая часть буйвола. При производстве ни одно животное не пострадало

Пирекс (Боросиликатное стекло) — стекло обычного состава, в котором заменяют щелочные компоненты в исходно сырье на окись бора. Этим достигается повышенная химическая стойкость и малый коэффициент температурного расширения. Таким образом, оно не подвержено погодным условиям и исключает примерзание к уху или треску. Гипераллергенно.

Акрил — непрочный материал. Например, при попадании в алкоголь дает трещину и мутнеет. Применяется только на заживленный пирсинг.

4 Как самостоятельно выполнить операцию?

Самый простой способ нанесения защитного покрытия на стальные изделия в домашних условиях не требует особых умений. При желании оксидирование своими руками может выполнить любой. Сначала деталь, которую планируется обработать, полируют либо зачищают. Затем с ее поверхности удаляют окислы (декапируют), используя для этих целей раствор (пятипроцентный) серной кислоты. Изделие помещают в него на 60 секунд.

После ванны с кислотой деталь необходимо промыть в теплой воде и подвергнуть ее пассивированию – пятиминутному кипячению, которое осуществляют в растворе водопроводной воды с 50 граммами обычного хозяйственного мыла (такое количество моющего средства рассчитано на один литр воды). Теперь поверхность полностью готова к оксидированию. Для реализации процедуры следует:

взять эмалированную емкость, не имеющую царапин и сколов;
налить в нее воду (один литр) и развести 50 граммов едкого натра;
поместить емкость на плиту, положить в нее изделие и подогреть смесь до 140–150 градусов.

Через полтора часа деталь можно доставать – оксидирование успешно завершено!

Анодирование в сернокислом электролите

Анодирование в серной кислоте позволяет получить полупрозрачные, бесцветные покрытия толщиной около 35 мк. Если процессу анодирования предшествует процесс глянцевания поверхности деталей, покрытия получают высокие декоративные качества (блестящее анодирование). В серной кислоте получают также пластичные анодные пленки, которые не разрушаются при формовке изделий.

Концентрация серной кислоты и температура электролита

Концентрация серной кислоты для анодирования в промышленных условиях принимается в диапазоне 8-35% (по массе). В концентрированном растворе анодная пленка получается мягкой и пористой, эластичность пленки высокая. Классической является концентрация 15% (по массе). Температуру в процессе анодирования задают в пределах от 180С до 250С. В большинстве случаев принимается температура в 200С. С применением серной кислоты получают также твердые анодные пленки, в этом случае процесс анодирования проводится при низких значениях температур (от -5 до +5 0С).

Контроль температуры в процессе анодирования является обязательным, от температуры зависит плотность тока и скорость растворения пленки, что в свою очередь оказывает прямое влияние на качество и характеристики покрытия. Для того, чтобы избежать локального перегрева раствора электролита используют специальные перемешивающие устройства.

Напряжение и плотность тока

При анодировании в серной кислоте используется стандартный выпрямитель с выходным напряжением до 24 вольта. При стандартном режиме сила тока составляет 16 вольт при плотности тока 1,5 а/дм2. Для получения коррозионностойких пленок большой толщины напряжение силу тока поднимают до 18 вольт, а при обработке сплавов алюминия с кремнием до 22 вольт. В отдельных случаях, например, при анодировании рулонного материала или проволоки используется переменный ток. Использование пониженной плотности тока позволяет получать тонкие, прозрачные окисные пленки, превосходящие по прозрачности пленки аналогичной толщины, полученные при стандартных значениях плотности тока.

Длительность процесса

Продолжительность процесса анодирования зависит от требуемых значений толщины пленки, а также используемой плотности тока. Для чистого алюминия это соотношение можно предложить в виде:

Толщина пленки, мк. = (Плотность тока, а/дм2 Х Время, мин.)/3

Соотношение является приблизительным, т. к. на продолжительность процесса может зависеть от типа сплава и режима обработки.

Рабочий процесс

Технологический процесс анодирования отличается от процессов нанесения гальванических покрытий прежде всего тем, что рассеивающая способность электролитов анодирования значительно выше, чем у электролитов, использующихся при процессах хромирования, меднения, цинкования или никелирования металла. Эффективная рассеивающая способность при активном перемешивании позволяет получать равномерные по толщине пленки на всей поверхности изделий, включая внутренние поверхности отверстий и пазов.

В остальном технологический процесс анодирования аналогичен процессам электрохимического нанесения покрытий – изделия погружают в предварительно нагретый электролит на подвесах или зажимах, детали не соприкасаются друг с другом, расстояние до катода должно быть не менее 15 см. (для габаритных изделий значения выше). Затем включается перемешивание раствора и подается ток. В обычных условиях площадь катода должна быть равна площади анода, сечение катода должно быть достаточным для обеспечения требуемой плотности тока.

По окончании процесса прекращают подачу тока и незамедлительно извлекают изделия из гальванической ванны. Изделия промывают в проточной воде и сушат.