Анодированный алюминий, полученный в домашних условиях

Анодирование — это электрохимический метод изменения поверхности металлов. Он защищает от коррозии, улучшает эстетичный вид, противостоит царапинам и является одним из самых долговечных покрытий узлов и деталей. Анодирование может быть выполнено для целого ряда материалов, но больше всего он применим для алюминия. Анодированный алюминий имеет высокие антикоррозионные и износостойкие свойства, поскольку в этом процессе повышается твердость, улучшается смазывающая способность и адгезия, а также цветовое оформление.

Что такое анодирование?

Для того чтобы подготовить алюминий к анодированию, поверхность сначала тщательно очищают и ополаскивают, а затем помещают в ванну с некоторым раствором электролита, таким как серная кислота. Он представляет собой электропроводящий раствор с большим количеством положительных и отрицательных ионов, которыми он будет обмениваться.

Положительный электрический заряд поступает к алюминию — аноду, а отрицательный заряд – к пластинам, размещенным в электролите. Электроток в этой цепи заставляет положительные частицы притягиваться к отрицательным пластинам, а отрицательные частицы движутся к алюминиевой детали.

Электрохимическая реакция вызывает образование пор на поверхности, когда избыток положительных ионов уходит. Эти поры образуют геометрически правильную структуру и начинают разрушаться в субстрат. Al на поверхности соединяется с отрицательно заряженными ионами O2, образуя оксид алюминия. Это называется барьерным слоем, который является защитой от химических реакций в этих местах. При подаче электрического тока создается регулярная структура пористости поверхности.

Чем дольше применяется ток, тем больше проникновение в эти столбцы. Для типичных не жестких покрытий глубина может составлять до 10 мкм. Как только этот уровень достигнут, и если цвет не требуется, процесс останавливается, и поверхность может быть запечатана простым промыванием в воде. В результате будет получена деталь с твердым, натуральным покрытием из Al2O3, способным противостоять химическому воздействию и очень устойчивая к царапинам. Al2O3 оценивается 9 из 10 по шкале твердости по Моосу, что означает второе место после алмаза и делает детали, например, посуду из анодированного алюминия, очень крепкой и долговечной.

Анодированный алюминий, полученный в домашних условиях
Анодированный алюминий зеркальный и фактурный

Показания к анодированию алюминия

Хотя большинство марок Al имеют хороший внешний вид и коррозионную стойкость во многих случаях, иногда требуется дальнейшее повышение этих свойств. Это может быть достигнуто с помощью вышеназванного процесса. Следующие сплавы лучше всего подходят для получения анодированного алюминия:

  • 5XXX серия;
  • 6XXX серия;
  • 7XXX серия.

Покрытие из оксида алюминия может не иметь требуемой степени защиты на некоторых сплавах. Кроме того, они могут иметь слой оксида алюминия после процесса анодирования, который оставляет нежелательный цвет, такой как непривлекательный желтый, коричневый или темно-серый.

Несмотря на то, что существуют некоторые вариации от каждого сплава к сплаву, вот краткий анализ анодирования по типу серии:

  1. 1XXX – эта серия покрывает чистый Al. Он в этой серии может быть анодирован. Образующийся слой оксида алюминия, который образуется, является прозрачным и несколько блестящим. Поскольку нижележащий чистый Al является относительно мягким, обработанные предметы могут быть легко повреждены и не иметь механических свойств по сравнению с другими сериями Al-сплавов.
  2. 2XXX – эта серия используется для обозначения Al, легированного медью. Медь в этих сплавах создает очень прочный и твердый Al -сплав. Хотя медь полезна для улучшения механических свойств Al, она, к сожалению, делает эти сплавы плохими кандидатами на анодирование, матовый цвет не дает привлекательности таким изделиям.
  3. 3XXX – эта серия листового алюминия, легированного марганцем. В то время как анодированный слой обеспечивает достойную защиту Al подложки из марганца, он создает нежелательный коричневый цвет.
  4. 4XXX – эта серия состоит из Al, легированного кремнием. Анодированный материал 4XXX хорошо защищен слоем оксида алюминия, созданным в процессе анодирования. Тем не менее, важно отметить, что серия 4XXX имеет темно-серый, почти черный цвет, которому не хватает эстетической привлекательности.
  5. 5XXX – эта серия обозначает Al, который легирован марганцем. При анодировании сплавы 5XXX имеют в результате оксидный слой, который является прочным. Они превосходные кандидаты на анодирование, тем не менее, некоторые легирующие элементы, такие как марганец и кремний, должны находиться в пределах установленного диапазона для нормального протекания процесса анодирования.
  6. 6XXX – эта серия была создана для Al, легированного магнием и кремнием. Эти сплавы являются отличными кандидатами для процесса, полученный оксидный слой прозрачен и обеспечивает превосходную защиту. Поскольку сплавы 6XXX обладают отличными механическими свойствами и легко анодируются — алюминий анодированный данной серии часто применяется для конструкционных проектов.
  7. 7XXX – эта серия легированного Al использует цинк в качестве основного легирующего элемента. Очень хорошо подходит для процесса анодирования. Последующий оксидный слой прозрачен и обеспечивает отличную защиту. Если уровень цинка становится чрезмерным, оксидный слой, может стать коричневым.
Анодированный алюминий, полученный в домашних условиях
Анодированный алюминий “под золото” и “под серебро”

Методики и технология анодирования

Существует несколько видов анодирования Al, каждый из которых имеет уникальное анодное покрытие:

  1. Стандартное анодирование, более известное как тип II, основано на военной спецификации MIL-A-8625.
  2. Жесткое анодирование в твердом покрытии, также известное как тип III, использует процесс, аналогичный типу II, но приводит к получению гораздо более толстого и плотного покрытия, что значительно повышает стойкость к истиранию и коррозии. Твердое анодирование создает очень толстое твердое покрытие, которое проникает в обработанный алюминий — половина защитного оксидного слоя проникает в поверхность, а другая половина накапливается на ней.
  3. Микрокристаллическое анодирование улучшает другие процессы, создавая покрытие с молекулами, упакованными в регулярно упорядоченный повторяющийся узор, поскольку молекулы располагаются случайным образом. Микрокристаллические анодно-алюминиевые покрытия также обеспечивают более высокую термодинамическую стабильность, чем другие, а также более низкую степень растворимости при воздействии агрессивных химикатов.

Растворы анодирования хорошо известны благодаря образованию пор в покрытии Al. Эти поры поглощают красители, а также сохраняют смазки, если таковые имеются. Кроме того, они обеспечивают участки, через которые металл может легко подвергаться коррозии. Для повышения коррозионной стойкости и удержания красителя обычно применяется уплотнение. Несколько методов уплотнения, которые используются, включают использование теплого и холодного анодирования.

Теплое анодирование

Метод теплого анодирования, включает длительное погружение Al в кипящую горячую воду, которая была деионизирована или находится в форме пара. Этот метод не очень дорогой, так как он снижает износостойкость только на 20 процентов. Оксид превращается в гидратированную форму, и в результате набухание снижает поверхностную пористость.

Альтернативой первому методу является никель фторидный метод, который, хотя и предотвращают коррозию, но делает анодированный Al более мягким. Этот процесс холодной сварки, включающий добавление фторидного никеля к анодированному Al. Ионы фтора попадают в поры, которые служат местом для механизма обмена. Попадая в поры, ионы вызывают сдвиг рН и осаждение ионов никеля. Образующийся гидроксид никеля затем блокирует устье пор, эффективно герметизируя пленку. Далее происходит медленный этап, при котором вода из атмосферы диффундирует в пленку, вызывая блокирование пор, и в конечном итоге получается эффективная герметизирующая пленка.

Для лучшей устойчивости к коррозии и засолению анодные, покрытия обычно герметизируют 5-процентным раствором дихромата калия. Растворы работают при температуре кипения, и погружение происходит примерно на 15 минут. При рН около 5-6 происходит поглощение хромат-ионов, что обеспечивает гидратацию покрытия. Герметики с дихроматным покрытием не так устойчивы к окрашиванию по сравнению с другими методами герметиков.

Анодированные алюминиевые болты
Анодированные алюминиевые болты разных цветов

Холодное анодирование

Комнатная температура или холодное уплотнение дает преимущество перед предыдущими уплотнениями, потому что оно работает при 18-20 С. Хотя это снижает стоимость энергии для уплотнения, оно отличается от высокотемпературных и среднетемпературных уплотнений. Типичные составы химического состава для холодного запечатывания основаны на никель-фторидной основе, которая служит для закупоривания пор при одновременном травлении поверхности анодного покрытия. Это действует как метод очистки для улучшения сцепления и адгезии, уменьшая при этом тенденцию к образованию пыльной структуры. Контроль холодного уплотнения является более сложной задачей, чем уплотнения горячей воды, и иногда требуется промывка горячей водой после уплотнения, чтобы помочь вылечить уплотнение и обеспечить немедленное тестирование качества.

Процессы холодной герметизации совершенствуются, чтобы соответствовать стандарту автомобильной промышленности для герметизации с высокой щелочной стойкостью при pH 13,5, что всегда было проблемой анодированных поверхностей, подверженных воздействию химических жидкостей во время мойки автомобилей.

Применение анодированного алюминия

Анодирование не только увеличивает долговечность Al -листа, но и повышает визуальную привлекательность. Слои оксида, добавленные путем анодирования, улучшают поверхность Al для красителей, клеев и красок. Эта способность обеспечивает превосходный внешний вид изображения с постоянным качеством.

Использование для анодированного алюминия:

  • наружный металлический каркас на зданиях;
  • посуда из анодированного алюминия премиум-класса;
  • материал каркаса для уличной мебели и декоративных элементов;
  • защитный корпус для современных компьютерных систем;
  • защитный корпус для современной бытовой техники;
  • шильдики из анодированного алюминия.
технология
Технология анодирования алюминия в домашних условиях

Анодирование алюминия в домашних условиях

Анодирование в домашних условиях может быть полезным для таких проектов, как защита металлических семейных реликвий, старых украшений или если нужно получить посуду из анодированного алюминия.

Во время этого процесса требуется выполнять все меры предосторожности при работе с опасными химическими веществами, такими как щелочь и серная кислота, поскольку они могут вызвать химические ожоги при неправильном обращении.

Алгоритм изготовления посуды из анодированного алюминия в домашних условиях:

  1. Для начала выбирают небольшие алюминиевые предметы, например, ложки или чашки, которые будут погружаться в небольшое количество кислоты, во время процесса они выполняют роль анода.
  2. Подбирают пластиковую ванну необходимого объема, чтобы детали были полностью покрыты раствором. Конструкция должна быть твердая и долговечная.
  3. Приобретают краску для одежды в любом магазине, например, в Москве в отделах химтоваров. Во время процесса анодирования можно покрасить металл практически в любой цвет с помощью стандартного тканевого красителя от желтого до черного. Это процесс, который Apple использует для окраски iPod. Так же можно купить специальный краситель для анодирования, который дает лучшие результаты.
  4. Приобретают предметы, необходимые для анодирования: обезжириватель,
    два свинцовых катода достаточно длинных, рулон алюминиевой проволоки,
    дистиллированная вода, пищевая сода, резиновые перчатки. Для анодирования понадобится 5л серной кислоты (аккумуляторной кислоты), щелочи и постоянный источник питания не менее 20 вольт, который должен работать, как постоянный источник питания.
  5. Проводят очистку детали с мылом и водой, а затем обезжиривание.
  6. Разводят щелочь в воде, чтобы создать чистящий раствор. В небольшой пластиковой ванне смешивают 44 мл щелочи в 3,8 л дистиллированной воды.
    Надев резиновые перчатки, помещают предмет в раствор и оставляют на 3 минуты, затем снимают и тщательно промывают теплой водой.
  7. Устанавливают на куске фанеры анодирующую ванну в хорошо проветриваемом помещении. Гараж с открытой дверью или сарай с открытыми дверями и окнами обычно подходит для этого процесса. Температура в помещении должна быть 16 до 22 С.
  8. Включают источник питания на невоспламеняющемся материале, например, бетон.
  9. Подключают положительный провод от зарядного устройства к алюминию, а отрицательный к алюминиевому проводу, подключенному к 2 свинцовым катодам.
    Устанавливают свинцовый катод на каждой стороне резервуара. Проводят алюминиевую проволоку между катодами и соединяют их вместе на маленькой деревянной доске. Убеждаются, что провод, соединяющий анод, не касается свинцовых катодов.
  10. Делают 1: 1 смесь дистиллированной воды и аккумуляторной кислоты в пластиковой ванне, предварительно надев маску или респиратор. Во время работы должна функционировать приточно–вытяжная вентиляция. Сначала наливают воду, затем очень тонкой струйкой кислоту. Если случайна пролита кислота, место нужно обработать пищевой содой.
  11. Подключают алюминиевые провода к источнику питания (ИП). Провод, который ведет от анода, должен подключаться к положительной клемме на ИП. Провод, идущий от выводных катодов, должен подключаться к отрицательной клемме ИП
    Включают источник питания. Режим анодирования 12 ампер на каждые 0,09 квадратных метров материала, время – 45 минут. Процесс сопровождается выделением пузырьков окисления. Анод также начнет менять цвет, становясь коричневым, затем желтым.
  12. После получения посуды из анодированного алюминия, отключают источник тока, промывают деталь дистиллированной водой и помещают ее в теплую ванну с красителем на 15 минут.

Можно проводить процесс без окрашивания, тогда переходят к кипячению детали в дистиллированной воде в течение 30 минут.

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here