Анодирование алюминия: навески алюминиевые и титановые

Принцип анодирования алюминия

Анодирование алюминиевых изделий, например, алюминиевых профилей, происходит путем его погружения в ванну с раствором кислоты (обычно, серной) и подключения их к положительному полюсу источника постоянного электрического тока. При этом отрицательный полюс постоянного электрического тока подключается к катодам, которые расположены в той же ванне (рисунок 1).

  

Рисунок 1 – Схема ванны анодирования

Сернокислое анодирование алюминия

В зависимости от вида кислоты, ее концентрации, температуры и электрических параметров в результате этого процесса получают анодные покрытия с различными свойствами. Большинство алюминиевых изделий анодируют при комнатной температуре (20 ºС) в растворе серной кислоты (200 г/л) при напряжении электрического тока 10-20 В. В процессе анодирования на поверхности алюминиевого изделия должна обеспечиваться постоянная плотность тока из заданного интервала величин в зависимости от толщины анодного покрытия. Для , например, для заданной толщины 20 мкм оптимальный интервал плотности тока согласно стандарту Qualanod составляет от 1,4 до 2,0 А/дм2  [1].

Анодные навески

Анодные навески выполняют важную функцию подачи на анодируемое алюминиевое изделий электрического тока заданных параметров. Для того, чтобы обеспечивать надежное постоянную подачу электрического тока анодные навески должны выполнять, по крайней мере, три важных требования [2]:

  • Прочно удерживать изделие при переносе его из ванны в ванну и при погружении в растворы с очень сильным барботированием (перемешиванием сжатым воздухом)
  • Обеспечивать электрический контакт для каждого изделия, который будет надежно проводить достаточный электрический ток от источника питания (выпрямителя) к этому изделию, чтобы обеспечивать на нем однородное анодное покрытие
  • Обеспечивать эффективный дренаж изделия, исключать образование «карманов», в которых будут скапливаться остатки рабочих растворов и промывных вод

Анодные навески для алюминиевых профилей

Для различных по форме и размерам алюминиевых изделий применяют различные типы анодных навесок. Навески для анодирования длинных алюминиевых профилей представляют собой вертикальные штанги, которые непосредственно закрепляются на анодных балках. Алюминиевые профили закрепляются на этих штангах с помощью пружинных зажимов, струбцинами, проволокой или другими методами. Анодная балка представляет собой массивный алюминиевый профиль, один из концов которого с помощью мощного пневматического зажима (контактора) подключается к шинам источника постоянного тока (рисунок 2). К анодным штангам с помощью различных приспособлений (зажимов, струбцин, пружинных колец, алюминиевой проволоки) крепят анодируемые алюминиевые профили (рисунок 3). Популярные зажимы типа «крокодил» показаны на рисунке 4.


Рисунок 2 – Анодная балка и контактор на ванне анодирования [3]


Рисунок 3 – Анодная навеска с профилями над ванной анодирования [3]


Рисунок 4 – Зажимы для крепления алюминиевых профилей на анодных штангах [3]

Титановые навески для алюминиевых деталей

Для анодирования небольших алюминиевых изделий применяют различные типы анодных навесок, обычно из титановых сплавов, которые закрепляют непосредственно на анодной балке (рисунок 5). Для крепления алюминиевых изделий эти навески применяют различного рода пружинные приспособления, например, такие, которые показаны на рисунке 6.

Рисунок 5 – Титановая навеска для анодирования алюминиевых деталей [3]


Рисунок 6 – Пример крепления деталей на титановой навеске [3]

Факторы для проектирования анодных навесок

При проектировании анодных навесок принимают во внимание следующие факторы:

  • Совместимость с рабочими растворами
  • Заданная плотность тока, которая должна подаваться к изделию
  • Легкость установки изделий на навесках и их снятия с навесок
  • Наличие на изделии мест для надежных точек контакта, которые обеспечат однородное анодное покрытие
  • Расположение следов в точках контактов в местах, которые приемлемы для заказчика
  • Расположение изделий на навеске не должно быть слишком плотным, чтобы не вызывать их локального перегрева, а также затенения одних изделий другими
  • Экономически приемлемая стоимость

Прочность крепления изделий на навесках

Обеспечение надежного непрерывного электрического контакта изделия с навеской, является очень важным для формирования на его поверхности однородного анодного покрытия. Закрепленные на навесках алюминиевые изделия должны пройти все технологические ванны без ослабления электрического контакта, в том числе, те ванны, в которых раствор интенсивно перемешивается сжатым воздухом.

Дренаж и газовые карманы

При назначении метода навешивания каждого нового вида изделий необходимо тщательно проверять, что при таком навешивании обеспечивается хороший дренаж жидкостей из изделия, а также то, что исключается возможность образования так называемых газовых карманов. В этих карманах может скапливаться водород, который выделяется в процессе анодирования. Это приводит к тому, что на поверхности этих «карманов» анодное покрытие не формируется. Водород выделяется также и при электролитическом окрашивании, в результате чего могут образовываться участки с более бледной окраской или с отсутствием окраски.

Материалы анодных навесок

Алюминий

На заре анодирования алюминия анодные навески изготавливали исключительно из нелегированного алюминия, недостатком которого является то, что он мягкий и легко повреждается. Этот недостаток был устранен, когда стали широко применять термически упрочняемые алюминиевые сплавы, такие, как 6061 и 2024. Применяются также навески из более доступных сплавов 6060 и 6063, однако, считается, что сплавы 6061 и 2024 анодируются медленнее, чем другие алюминиевые сплавы, что обеспечивает навескам более длительный срок службы [4].

Алюминий имеет следующие преимущества:

  • Низкая начальная стоимость
  • Легкость механической обработки
  • Высокая электрическая проводимость

Основным недостатком алюминия как материала анодных навесок является:

  • Необходимость щелочного стравливания анодного покрытия с навески после каждого цикла анодирования для восстановления электрической проводимости ее поверхности. В результате со временем навеска уменьшается по толщине и требует замены

Титан

Титан (титановые сплавы) имеют следующие преимущества:

  • Высокая прочность и длительный срок службы
  • Химическая инертность в большинстве химических растворов, кроме хромовой кислоты, хроматов, плавиковой кислоты и фтористых солей

Недостатки титановых навесок:

  • Высокая начальная стоимость
  • Требуют специального оборудования для ремонта
  • Более низкая электрическая проводимость, чем у алюминия

Электрические характеристики алюминия и титана

Алюминиевые навески, которые подвергаются погружению в электролит, должны иметь площадь поперечного сечения, которое бы обеспечивало не менее, чем 0,2 мм2/А [3]. Титановые навески требуют большего поперечного сечения, так как титан имеет более высокое сопротивление электрическому току, чем алюминий. Обычно считается, что электрическая проводимость титана составляет только 10 % от электрической проводимости алюминия [1, 2].

Алюминиевые изделия на анодных навесках

Количество и размеры контактов, через которые изделия закрепляются на навеске,  должны быть достаточными для того, чтобы проводить ток равномерно для всех изделий на навеске и по поверхности каждого изделия. Давление на контактах должно быть достаточно высоким, чтобы предотвратить окисление точек контакта, а также любые смещения изделий относительно контактов в течение собственно процесса анодирования.

Алюминиевые изделия, например, алюминиевые профили, должны располагаться на навесках таким образом, что сводить к минимуму различия по толщине анодного покрытия. Навешивание алюминиевых изделий, например, алюминиевых профилей, слишком плотно в ряду или в несколько рядов может привести к возрастанию различий в садке по толщине анодного покрытия.

Источники:

  1. QUALANOD SPECIFICATIONS, Edition 01.01.2017
  2. The Technology of Anodizing Aluminium / Arthur W. Brace – Interall, Italy, 2000
  3. http://www.montieng.com/en/aluminium-anodizing.html
  4. http://aluminumsurface.blogspot.com/2009/03/racking-sensitive-part-of-anodizing.html