Анодирование алюминия: наполнение

Свежее анодное покрытие на алюминиевом изделии похоже на твердую хрупкую промокашку. Оно легко впитывает в себя как краситель при его адсорбционном окрашивании, так и возможные загрязнения. Попавшие в поры загрязнения снижают его будущие функциональные свойства: коррозионную стойкость, износостойкость или стойкость к образованию пятен от частого соприкосновения с руками. Поэтому немедленно после анодирования или окрашивания анодное покрытие подвергают наполнению. См. также Применение анодированного алюминия

«Наполнение» анодно-окисного покрытия

Официальное, «гостовское» название этого процесса — наполнение анодно-окисного покрытия, например, по ГОСТ 9.031 или ГОСТ 9.301. Часто употребляют термин «наполнение пор». Нередко вместо «гостовского» «наполнения» применяют не стандартизированный термин «уплотнение», который, может быть, и лучше отражает существо дела. Вообще о путанице в терминах надо поговорить в отдельной статье. Отдельный разговор нужен и по нормативным документам, которые регламентируют процесс анодирования и контроль его качества – отечественным, а еще больше — заграничным.

Как и ранее под анодированием мы понимаем стандартное сернокислое анодное оксидирование, то, которое применяется, в частности, для строительных алюминиевых профилей. Анодирование в других растворах, например,  хромовой кислоты, применяется, в основном, для деталей машин, транспортных средств, военной и аэрокосмической техники.

Чтобы лучше представить себе процессы, происходящие при наполнении пор, полезно осознавать соотношения размеров анодной поры. Если диаметр поры составляет где-то 15 нм, а ее высота 25 мкм = 25000 нм (см. подробнее здесь), то представьте себе при тех же соотношениях размеров «пору» диаметром 15 см и высотой 25000 см = 250 м. Это – труба диаметром в четверть, а высотой чуть не с Эйфелеву башню!

Наполнение анодного покрытия по QUALANOD

Европейская организация , которая производит лицензирование производителей сернокислого анодного покрытия на изделиях строительного назначения, «признает» только два стандартных вида наполнения: гидротермическое и частично так называемое холодное наполнение на основе фторида никеля. Все другие методы при получении лицензии QUALANOD требуют доказательства своей эффективности.

Горячее наполнение анодного покрытия

Этот тип наполнения наиболее широко применяется в промышленности, в том числе, для строительных изделий. Его называют еще «гидротермическим наполнением». Сущность его состоит в обработке хорошо промытого анодного покрытия в насыщенном паре при атмосферном давлении или в кипящей воде.  Точный механизм процесса до сих пор до конца не известен, однако обычно процесс гидротермического наполнения представляют в виде трех накладывающихся друг на друга стадий (рисунок). Первоначально обезвоженное покрытие постепенно насыщается водой до 8-13 %. Оксид алюминия на стенках пор превращается в гидрат алюминия, обычно считается, что это – так называемый бемит — Al2O3∙H2O. Сначала этот гидрат похож на гель на стенках пор, затем он постепенно увеличивается в объеме, заполняет собой всю пору, уплотняется и окончательно  «запирает» пору. Получается плотное покрытие, которое является непроницаемым для жидкостей и устойчивым к воздействию большинства химических сред.

mexanizm-napolneniya-anodnogo-pokrytiya

Что влияет на качество горячего наполнения?

Наиболее важным факторам горячего наполнение являются следующие.

Температура воды

Вода должна быть при температуре от 99 до 100 °С, но интервал от 96 до 99 °С считается приемлемым.

Величина рН воды

Величина рН воды является очень важной. При рН ниже 5,4 качество наполнения ухудшается, а при рН в щелочном диапазоне, то есть выше 7,0, существует угроза химического повреждения покрытия. В промышленной практике применяют интервал рН от 5,5 до 6,5.

Качество воды

Применяют деминерализованную воду. Загрязнение воды фосфатами, силикатами и фторидами приводит к замедлению процесса наполнения.

Длительность наполнения

Минимальная длительность наполнения – 2 минуты на каждый микрометр покрытия. Это требование установлено, в частности, в технических условиях организации QUALANOD. При повышенных требованиях к качеству наполнения или, скажем, проблемах с чистотой воды или с температурой, длительность наполнения увеличивают до 3 или даже 4 минут на каждый микрон покрытия.

Белый налет

При горячем наполнении может образовываться белый налет. При малых объемах производства его просто вытирают мягкой ветошью. При больших объемах производства для борьбы с этой проблемой применяют специальные добавки в ванну наполнения.

Холодное наполнение анодного покрытия

Холодное наполнение называют так, потому, что это – процесс, которых происходит при значительно более низких температурах, чем горячее наполнение. Типичное холодное наполнение производят в растворе фторида никеля при температуре от 25 до 30 ºС  в течение около 1 минуты на каждый микрометр покрытия. В отличие от горячего наполнения, в основе которого лежит процесс гидратации, холодное наполнение «работает» на химической реакции между оксидом алюминия и фторидом никеля. По этой причине «чистое» холодное наполнение без дополнительной горячей обработки часто называют не «наполнением» (sealing), а «пропиткой» (impregnation).

Две стадии холодного наполнения по QUALANOD

Поскольку остаются сомнения в эффективности чисто холодного наполнения анодного покрытия для его наружного применения, QUALANOD предписывает применять холодное наполнение в две стадии: 1) холодная «пропитка» в растворе на основе фторида никеля и тщательная промывка и 2) погружение в «горячую» воду при температуре не ниже 96 ºС или в «теплую» воду с добавкой от 5 до 10 г/л сульфата никеля при температуре не ниже 60 ºС.  Первую стадию называют «пропитка», вторую – «старение обработкой в горячей воде». Длительность обеих стадий – от 0,8 до 1,2 минут на микрометр анодного покрытия. Этот процесс  QUALANOD называет «cold impregnation/cold sealing (CI-CS)» — холодная пропитка/холодное наполнение. Это процесс широко применяется во многих европейских странах, особенно в Италии, но, насколько мне известно, не применяется в Великобритании.

Другие методы наполнения анодного покрытия

Существуют другие методы наполнения анодного покрытия, но они применяются в основном не для строительных профилей и изделий, а для, например,  деталей машин или транспортных средств. Чаще всего применяют наполнение в растворах солями никеля или кобальта, бихроматами (дихроматами) натрия или калия, ацетата аммония. Бихроматы, например, применяют при анодировании деталей в аэрокосмической технике.

См. также Выбор анодно-окисного покрытия по ГОСТ 9.303-84

Источники:
TALAT 5203
QUALANOD SPECIFICATIONS, edition 01.07.2010