Анодированный алюминий

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:

1. Защита от внешних воздействий;
2. Украшение.

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:

• органический;
• анодно-хромовый.

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:

1. Деталь и катод, изготовленный из свинца, помещаются для очистки от примесей и масел в ванну с электролитом – серной кислотой H2 SO4. Показатели физических величин: плотность раствора – 1 200-1 300 г/л; плотность тока в процессе анодирования – 10-50 мА/см²; напряжение источника – 50-100 В.; температура электролита – 20-30 °C (при последующем окрашивании – не более 20 °C).
2. Производится окончательная промывка в растворе каустика.
3. На поверхности детали из алюминия создаётся тончайший оксидный слой.

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:

• щавелевая кислота;
• органические соединения и смеси;
• ортофосфорная кислота.
• хромовый ангидрид.

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:

1. Не очень высокий показатель антикоррозионной стойкости. Контактируя с химически агрессивной средой или металлом, анодированный слой подвергается воздействию кислорода.
2. Невысокая степень защиты от механических воздействий. Острым наконечником вполне реально нанести анодированному слою механическое повреждение.

Процесс тёплого анодирования состоит из шести этапов:

• очистка поверхности детали от жира.
• закрепление на подвеске.
• анодирование до появления оттенка светло-молочного цвета.
• промывка холодной водой.
• окрашивание горячим раствором анилиновой краски.
• выдержка анодированного металла после окраски в течение 30 минут.

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

Технология холодного нанесения анодного слоя предусматривает обработку алюминия при температуре от -10 до +10 °C. Качество металла, обработанного таким образом, несравненно выше, чем при тёплом анодировании.

Алюминий получает отличные физические характеристики:

• высокую прочность.
• малую скорость растворения слоя.
• большую толщину плёнки.

При холодном анодировании нужно обязательно осуществить следующие процедуры:

• обезжиривание обрабатываемой поверхности.
• помещение детали на подвеску.
• анодирование до получения плотного оттенка.
• промывка в воде с любой температурой.
• закрепление анодного слоя на пару или в горячей дистиллированной воде.

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

Главная цель анодирования деталей, изготовленных из алюминия — повышение срока эксплуатации в условиях воздействия различных агрессивных сред.

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:

• рекламных конструкций для культурно-спортивных мероприятий, выставок и шоу.
• информационных стендов для массовых акций, митингов, собраний.

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!

Металлические защитные покрытия (анодные, катодные).

Неметаллические защитные покрытия. Электрохимические методы защиты от коррозии.

Методы защиты от коррозии можно объединить в следующие группы:

1) нанесение защитных покрытий и пленок;

2) изменение электрохимического потенциала защищаемого материала по отношению к среде на границе фаз;

3) модификация коррозионной среды.

Борьба с коррозией с применением защитных покрытий является наиболее распространенным способом. В качестве защитных применяют металлические и неметаллические покрытия.

Металлические покрытия могут быть выполнены из металла более или менее благородного, чем подложка. В связи с этим они делятся на две группы: катодные и анодные покрытия.

К катодным покрытиям относятся те покрытия, электрохимический потенциал которых в данных условиях больший, чем у защищаемого металла. На алюминий почти всегда наносят катодные покрытия. Покрытия из благородных металлов на стали имеют такой же характер. Катодные покрытия защищают металл только благодаря его изоляции от атакующей среды. Поэтому свою роль они выполняют только при наличии полной сплошности. Если в катодном покрытии образуется щель, то в условиях коррозии она становится катодом, а открытая часть защищаемого металла – анодным элементом. Анодная поверхность при этом значительно меньше, чем катодная. Электрохимическое разрушение металла концентрируется на небольшой поверхности. Учитывая опасности, кроющиеся в возможных несплошностях катодных покрытий, их делают сравнительно большой толщины.

Анодные покрытия – это покрытия, выполненные из металла, у которого электродный потенциал меньше, чем у защищаемого металла. Для железа, работающего в малокислых или нейтральных растворах, анодными покрытиями являются цинк, алюминий. Защитные свойства анодных покрытий состоят не только в механической изоляции металла от коррозионной среды. Они заключаются еще и в электрохимическом воздействии. В случае нарушения покрытия и образования коррозионного элемента, защищаемый металл, являющийся катодом, не разрушается. Небольшие несплошности в анодных покрытиях не опасны.

Металлические покрытия наносят электроосаждением, погружением в расплавленные металлы, металлизацией напылением, химическим осаждением солей, диффузией и т. д. В последнее время все большее распространение получает нанесение покрытий в вакууме.

Неметаллические покрытия применяются в случае возникновения химической реакции металла в соответствующих средах. К ним, в частности, относят оксидные алюминиевые покрытия, полученные в ходе специального электролитического процесса. Фосфатные покрытия применяются в большинстве случаев с дополнительными защитными средами, как, например, краски, лаки и т. п. Фосфатирование стали состоит в погружении изделия в разбавленный раствор фосфорной кислоты и кислых фосфатов цинка или магния. В результате реакции образуется нерастворимый фосфат железа, который в ходе процесса плотно покрывает поверхность металла. К этой же группе относят керамические покрытия и стекловидные эмали. Эти покрытия достаточно стойки к воздействию минеральных и органических кислот. Их недостатком является повышенная хрупкость и низкая стойкость в условиях резких перепадов температуры.

Одним из самых популярных способов защиты металла от коррозии является нанесение неметаллических составов. Это может быть пластик, керамика, каучук, битум, полиуретан, лакокрасочные составы и многое другое. Причем последние представляют собой наиболее широкий ассортимент и могут применяться в зависимости от условий среды, в которых будет использоваться изделие. Так выделяют лакокрасочные покрытия, устойчивые к действиям воды, атмосферы, химическим растворам и т. д.

К органическим покрытиям относятся разнообразные лакокрасочные материалы.

Знание механизма коррозии позволило создать методы коррозионной защиты путем наложения на металл такого потенциала, при котором он становится термодинамически устойчивым. К таким методам относятся катодная защита и уменьшение агрессивности среды, окружающей металлоконструкцию.

Катодная защита состоит в присоединении к защищаемой конструкции анода-протектора с более отрицательным электрохимическим потенциалом. Протектор (лат. protector – покровитель, защитник) и служит таким анодом, препятствующим разрушению защищаемого сплава; сам протектор при коррозии постепенно разрушается.

Протектором может являться любой металл, имеющий по отношению к данному сплаву более отрицательный потенциал. Однако разница в потенциалах не должна быть слишком большой, чтобы при электрохимическом процессе не происходило быстрого разрушения протектора.

Протекторы представляют собой обычно небольшие пластинки, присоединяемые к защищаемой детали заклепками или болтами. Катодную или протекторную защиту широко применяют при защите от морской и подземной коррозии металлоконструкций, коммуникаций, трубопроводов, сосудов и т. д. В качестве анодов-протекторов для защиты стальных изделий обычно применяют сплавы магния или цинка. Защита может также осуществляться присоединением защищаемого металла к отрицательному полюсу постоянного тока.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды в нее вводят добавки, называемые ингибиторами коррозии, которые или способствуют пассивации металла, или значительно снижают скорость его коррозии. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава.

Различают анодные и катодные ингибиторы. В качестве анодных ингибиторов коррозии используют различные вещества, образующие нерастворимые соединения на анодных участках. Одним из таких пассиваторов является хромпик К2Сr207, вводимый в количестве 2 – 3 г/л в раствор охлаждающей жидкости.

Катодные ингибиторы тормозят катодный процесс. К их числу относятся различные травильные присадки, добавляемые в количестве 1 – 2 % в кислоты для снятия окалины без разрушения основного металла.

Летучие ингибиторы, такие как нитрат натрия NaNO2, применяют для пропитки бумаги, в которую заворачивают детали, подлежащие хранению или транспортировке. Испаряясь, они насыщают окружающее детали пространство, создавая защитную газовую среду. Летучие ингибиторы отличаются высокой эффективностью. Стальные изделия, завернутые в бумагу, обработанную NaNO2, в условиях относительной влажности 85 % не ржавеют в течение 5 лет. Преимуществом летучих ингибиторов является отказ от применения защитных покрытий, удобство расконсервации и постоянная готовность деталей к немедленному использованию без дополнительной обработки.

Суть электрохимической защиты

К готовому металлическому изделию извне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор). Электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. Результатом этого является то, что анодные участки на поверхности металла стают катодными. А вследствии воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла конструкции, а анода.

Анодирование алюминия (анодное окисление, анодное оксидирование) является уникальным электролитическим процессом, который применяют для защиты поверхности прессованного алюминия от коррозии, а также придания ей привлекательного внешнего вида.

Под «анодированием алюминия» всегда подразумевают «сернокислое анодирование алюминия». Особенность анодирования в том, что в ходе химической подготовки поверхности алюминиевых профилей перед анодированием и самого процесс анодирования могут выявляться скрытые дефекты поверхности профилей или его неблагоприятная для анодирования металлургическая микроструктура.

Анодирование алюминиевых профилей

Конечное качество анодированных алюминиевых профилей оценивает производитель анодного покрытия, анодировщик, перед отправкой их заказчику и именно он отвечает за конечный результат. Между тем, причина возникновения дефектов может находиться совершенно в другом месте: у производителя слитков, литейщика, или производителя прессованных профилей, прессовщика. Часто возникают разногласия между этими тремя производителями в том, кто виноват в возникновении конкретного дефекта в конечном анодированном продукте.

Вопрос решается легче, если все трое исполнителей входят в одно и то же предприятие. Если же они принадлежат различным предприятиям, то могут возникать серьезные споры об ответственности за возникновение дефектов.

Однако с точки зрения обеспечения конечного высокого качества анодированных алюминиевых профилей ответственность этих трех производителей вполне определенная:

1. Литейщик отвечает за однородность химического состава слитков-столбов, правильную технологию их разливки и гомогенизации.
2. Прессовщик отвечает за качество прессования, термической обработки и внутрицеховых перемещений алюминиевых профилей, а также правильную их упаковку, хранение и транспортировку при доставке к анодировщику.
3. Наконец, анодировщик отвечает за качество хранения алюминиевых профилей перед анодированием, подготовки их поверхности, анодирования, окрашивания и уплотнения анодного покрытия алюминиевых профилей, а также правильную их упаковку, хранение и транспортировку заказчику.

Дефекты анодирования: основные типы

Подробную классификацию дефектов бесцветного анодирования алюминиевых профилей представил Barry R. Ellard из фирмы Alcan в своей капитальной статье в материалах международного семинара Aluminum Extrusion Technology 2000 года. Она насчитывает около более 30 видов дефектов, которые объединены в четыре основных типа-категории по причинам их возникновения.

Тип 1 – Полосы: прессование и качество слитков

Эти дефекты анодированных профилей связаны с поперечной или продольной неоднородностью свойств материала (микроструктуры, химического состава, степени деформации). Эта неоднородность проявляется в виде продольных или поперечных полос на алюминиевых профилях с неоднородностью цвета или отражательной способности анодированной поверхности.
Дефекты анодирования: полосы от микроструктуры
Дефекты анодирования: полосы от структуры, геометрии и сварных швов
Дефекты анодирования: полосы от следов матрицы, сварочных швов и утяжин

О роли матрицы:
Дефект анодирования алюминия «полосчатость»
Полосы на анодированном профиле: роль матрицы и оптические эффекты

Тип 2 — Полосы: механическая подготовка поверхности

Эти дефекты возникают при механической подготовке поверхности алюминия перед анодированием, например, при полировке (рисунок 1) или шлифовании (рисунок 2).

Рисунок 1 — Дефекты механического полирования

Рисунок 2 — Дефекты шлифования

См. также Дефекты анодирования: полосы от полирования, шлифования, химической сегрегации

Тип 3 – Коррозионные дефекты

Дефекты анодирования алюминиевых профилей от воздействия различных видов коррозии: трения, общей, щелочной, кислотной, гальванической, хлоридной.

Дефекты анодирования: условия хранения и транспортирования
Дефекты анодирования: коррозия кислотная и щелочная
Дефекты анодирования: коррозия промывки и хлоридная коррозия

Тип 4 — И не полосы, и не коррозия

Дефекты неоднородности внешнего вида, отличные от «полосчатости» и «коррозионных дефектов». Обычно, это — пятна, «разводы», «блестки» и тому подобные «неполосчатые» дефекты. Из причины возникают на различных этапах технологии: от неравномерного охлаждения участком профиля на выходе из пресса до нарушений технологии анодирования.

Дефекты анодирования: «блестки», «прижог» и «потеря контакта»
Дефекты анодирования: неоднородность от графита, обезжиривания, травления

Источники дефектов анодирования

Каждый дефект имеет одного или двух «виновников» – литейщика, прессовщика или анодировщика. Для каждого дефекта важно знать:

• на каком из производственных этапов дефект зарождается и
• на каком производственном этапе дефект однозначно проявляется.

Литье и прессование

За дефекты алюминиевых профилей прессового происхождения, даже если их «первоисточник» находится в слитке-столбе, отвечает прессовщик. Он уже, в свою очередь, может предъявлять претензии к литейщику, менять его и/или ужесточать входной контроль слитков. Например, дефекты типа «полосчатость» могут иметь свои причины как у литейщика, например, из-за слишком толстого сегрегационного (или инверсного) поверхностного слоя слитка и недостаточной гомогенизации, так и у прессовщика — из-за слишком неравномерного течения металла через матрицу, смешивания в матрице различных сплавов или чрезмерно тонкого пресс-остатка.

Анодирование

Дефекты типа «полосчатость» может привнести и анодировщик, например, при чрезмерной механической обработке поверхности перед анодированием.

Производитель анодного покрытия обязан контролировать условия доставки алюминиевых профилей, их внутри- и междуцеховых перемещений, а также их хранения до и после анодирования. Дефекты могут возникать и в процессе самого анодирования, если нарушается его технология, например, слабо контролируется состав рабочих и промывочных ванн.

Сотрудничество литейщика, прессовщика и анодировщика

В большинстве случаев дефект анодирования нельзя обнаружить пока алюминиевый профиль не выйдет из линии анодирования, и процесс будет полностью завершен. К этому моменту на изготовление этого дефектного профиля уже безвозвратно потрачены материальные, энергетические и людские ресурсы, а исправить дефекты, как правило, уже невозможно. Поэтому важно понимать, что для обеспечения высокого качества необходимо тесное сотрудничество производителей анодированного профиля на всех этапах его изготовления: у литейщика, у прессовщика и у анодировщика.

Land Rover Defender Железяка ›
Бортжурнал ›
Покраска алюминия

Несколько лет назад пришлось столкнуться с проблемами покраски алюминиевых деталей.
Оказалось что дело это весьма не тривиальное.
Обычные краски держаться на алюминиевых заготовках совсем не хотели. Московские товарищи выходили из положения использую экзотические эпоксидные краски, но все равно это был геморой с подогревом заготовок и периодом высыхания в месяц, что для домашних условий мало приемлемо. Да и результат совсем не соответствовал затраченным усилиям. Единственный выход было азотирование.
И вот спустя много лет судьба преподносит мне Дефендер: машину с кузовом из алюминия.
Машину брал не новую, пара сколов краски на кузове уже было. Да и сам отметился. Как то по осени испытывал свежекупленный хай джек для подъема задницы, но, то ли домкрат неправильно поставил, то ли упоры под колеса не положил, а может уже просто скользко было, но деф подался вперед и домкрат уперся в заднюю стенку. Но это еще пол беды. Деф уже был «подвешен» и надо было его как то спускать. А от толкать в первоначальную позицию не сумел. Так и спускал прочерчивая на задней стенке свежую царапину концом домкрата :(.
Но, чем хорош деф, так это своей утилитарностью. Просверлить в нем отверстие, или закрасить кусочек (а не целиком элемент) вполне в его стиле. Остался вопрос, чем покрасить так, чтоб держалось.
Поизучал сеть. Оказалось, что наука (особенно химия) не стоит на месте и даже для проблемы покраски алюминия уже нашли решение — специальные кислотные грунтовки.
Чтоб подтвердить теорию практикой поехал на авто рынок. Там подтвердили, что да, есть такие и дали три балончика. Один с кислотным грунтом, второй с обычным и третий с краской.

Грунты. Кислотный справа

Те же вид сзади.

Инструкция

Обычный грунт

Объяснили, как пользоваться. Обезжирить, нанести слой кислотного грунта, можно два.
Как подсохнет слегка припорошить (так чтоб просвечивала основа) обычным грунтом. А потом уже класть слои краски.

Так и сделал. Зачистил отслаивающуюся краску и метал. Оклеил область где будет заплатка малярным скотчем и покрасил по инструкции. Когда краска начала подсыхать отлепил скотч.
Заплатка получилась с аккуратными ровными краями. Их можно было бы зашлифовать, но на Дефендере смотреться аутентично, оставил так.
Прошла уже весна, лето, осень и большая часть зимы — краска держится 🙂

Сделал фотки 03.05.2016

Полный размерДавно не мыл

Полный размерНемного оттер, но фокус плохо поймался