Анодирование алюминия: основы технологии

Сначала о терминологии. Для краткости будем применять вместо «гостовских» эквивалентных наименований «анодное окисление» и «анодное оксидирование» более короткий, но с тем же смыслом, термин «анодирование», а вместо «гостовского» «анодно-окисное покрытие» — более простое и популярное «анодное покрытие». 

Зачем анодировать алюминий?

Популярность алюминия во многом связана с его хорошей естественной коррозионной стойкостью. Она достигается из-за высокого химического сродства алюминия к кислороду, то есть их большого взаимного стремления вступать друг с другом в реакцию с образованием оксида алюминия. Эта очень тонкая оксидная пленка мгновенно покрывает любую свежую поверхность алюминия сразу после ее контакта с воздухом. Однако в некоторых случаях необходимо иметь более высокую степень защиты (коррозионной или химической), модифицировать внешний вид поверхности (цвет, текстуру и т.п.) или создать заданные физические свойства поверхности (повышенная твердость, износостойкость или адгезия). В таких случаях прибегают к анодированию алюминия и алюминиевых сплавов. 

anodirovanie-aljuminija-sxemaРисунок 1 — Схема процесса анодирования

Анодирование алюминия — электрохимический процесс

Анодирование алюминия относится к электрохимическим процессам формирования стабильных оксидных покрытий (пленок) на поверхности металлов. Анодирование алюминия и алюминиевых сплавов может происходить с участием разнообразных электролитов с применением источников прямого или переменного тока или их комбинаций. При этом алюминиевое изделие (далее для определенности — профиль) всегда является анодом, то есть его подключают к положительному полюсу источника тока, а другой подходящий металл или сплав – катодом и его подключают к отрицательному полюсу (рисунок 1). Анодные покрытия различают по типам электролитов, которые применяют при их получении. Покрытия бывают  пористыми, например, в фосфорном и сернокислом электролитах, а также так называемыми «барьерными» — совсем без пор. Барьерные анодные покрытия обладают высоким электрическим сопротивлением и их применяют, например, при изготовлении электрических конденсаторов.   

Сернокислое анодирование алюминия

Обычным, наиболее популярным и широко применяемым для алюминиевых профилей в строительных конструкциях является сернокислое анодирование. Этот вид анодирования отличается высокой технологичностью и позволяет получать покрытия в широком интервале толщин. Сернокислое анодное покрытие применяют как без дополнительного окрашивания – его называют бесцветным, так и с последующим окрашиванием по одному из нескольких известных способов — его называют цветным анодированием. Заключительной операцией обычно всегда является операция наполнения (или уплотнения) пор.

Анодирование алюминия и окраска алюминия

Сернокислое анодное покрытие образуется в результате «реакции» алюминия с ионами раствора серной кислоты. Оно занимает больший объем, чем исходный  алюминий и поэтому в результате анодирования происходит увеличение толщины изделия. При сернокислом анодировании это увеличение составляет приблизительно одну треть от общей толщины покрытия. В этом заключается коренное отличие анодного покрытия от, например, порошкового. Анодное покрытие формируется из поверхностного слоя алюминия, а порошковое покрытие – на поверхности алюминия (рисунок 2). 

izmenenie-tolshchiny-pri-anodirovaniiРисунок 2 — Изменение толщины изделия при анодировании и
порошковом окрашивании 

Способы анодирования алюминия

Конкретный способ анодирования зависит от вида изделия. Например, небольшие изделия или детали, могут анодировать «насыпью» в барабанах или корзинах. Профили длиной до 7 м, иногда до 10 м, анодируют на специальных навесках. Эти навески обычно представляют собой несколько токопроводящих стержней, рамок или каркасов, к которым прочно и достаточно жестко крепятся профили (см. рисунок 1). Прочное крепление профилей необходимо как для того, чтобы они, не свалились с навесок и прошли все циклы «окунания» и «полоскания» в ваннах, в том числе при интенсивном перемешивании растворов и промывочных вод (барботировании). Кроме того, что еще важнее, прочное крепление изделий к навескам должно обеспечивать постоянный и надежный электрический контакт профилей с положительным полюсом источника тока непосредственно в процессе анодирования.

Подготовка поверхности для анодирования

На линию анодирования алюминиевые профили подают или прямо после прессования, или после предварительной механической подготовки поверхности (обработки стальными щетками, обработки дробью, полирования, шлифования и т.п.). Первой операцией процесса анодирования является навешивание профилей на навески. Навеска с алюминиевыми профилями обычно сначала проходит  щелочное обезжиривание, а затем щелочное травление для удаления с поверхности профилей различных загрязнений: масел, твердых частиц и оксидной пленки. После щелочного травления проводят обработку навески в ванне осветления (desmutting), чаще всего — сернокислой (80-100 г/л), для удаления с поверхности темных продуктов щелочного травления. Обработка в ваннах с рабочими растворами сопровождается тщательной промывкой изделий в воде, последняя промывка перед анодированием — в деминерализованной. После этого изделие, в принципе, готово к анодированию.

Матовое анодирование

При особых требованиях к анодированной поверхности проводят дополнительную обработку поверхности профилей: матовое травление, а также химическое или электрохимическое осветление. Матовое травление обычно проводят в щелочных ваннах специального химического состава. При этом поверхностный слой алюминия заданной толщины удаляется вместе с различными поверхностными дефектами, а поверхность становится матовой. Матовая поверхность максимально рассеивает свет и делает «невидимыми» оставшиеся дефекты поверхности. Если готовая продукция должна иметь блестящую или зеркальную поверхность, то перед анодированием изделия подвергают химическому или электрохимическому осветлению. При этой процедуре с поверхности изделия удаляется алюминий и образуется очень гладкая поверхность с очень большой отражательной способностью. 

Наполнение анодного покрытия

После анодирования профили или отправляют дальше по линии на окрашивание, или сразу направляют на наполнение пор, если это бесцветное анодирование. Операцию наполнения (или уплотнения) после бесцветного анодирования или цветного анодирования проводят затем, чтобы «закрыть», «закупорить» поры анодного покрытия. Эта операция является очень важной для обеспечения длительного сохранения внешнего вида анодированного изделия. После операции наполнения изделия при необходимости подвергают сушке, снимают с навесок и отправляют на приемку и упаковку. 

Контроль толщины анодного покрытия

Обычно для приемо-сдаточного контроля качества анодированных алюминевых профилей достаточно контроля внешнего вида, толщины анодного покрытия и качества наполнения. Толщина покрытия является одним из самых важных параметров и есть много методов ее измерения. Обычно толщину покрытия измеряют прибором, работающим на принципе вихревых токов. В спорных случаях применяют микрографические исследования поперечного сечения изделия. 

Контроль наполнения анодного покрытия

Метод капли

Для быстрого контроля качества наполнения часто применяют один из вариантов так называемого «метода капли». В качестве контрольного или арбитражного испытания применяют методы потери массы образцов изделий. 

Сущность неразрушающего «метода капли» заключается в оценке степени поглощения красителей анодированной поверхностью после того, как она была обработана соответствующим химическим реагентом. Различные варианты метода капли с предварительной кислотной обработкой поверхности устанавливают  стандарты ISO 2143:2010 (он же — EN ISO 2143:2010 и он же — бывший EN 12373-4) и ГОСТ 9.302-88. Вариант метода капли без предварительной кислотной обработки c двумя вариантами материала капли — красителя или масла — дает ГОСТ 9.031-74.

Метод потери массы

Испытание на потерю массы основано на установленном факте, что не наполненное или недостаточно наполненное анодное покрытие быстро растворяется в кислотной среде, тогда как хорошо наполненное покрытие выдерживает длительное погружение без заметного воздействия на него. Варианты метода изложены в стандартах ISO 3210:2010 (он же — EN ISO 3210:2010 и он же – бывший EN 12373-7), а также ГОСТ 9.302-88 и ГОСТ 9.031-74.

Запись опубликована в рубрике Анодирование. Добавьте в закладки постоянную ссылку.