Анодоване покриття: що це, де застосовується, як виготовляється

Анодуванням називається електролітичний процес, який використовується для збільшення товщини шару природних оксидів на поверхні виробів. Свою назву ця технологія отримала через те, що оброблюваний матеріал використовується в якості анода в електроліті. В результаті проведення цієї операції збільшується опір матеріалу до корозії і зносу, а також забезпечується підготовка поверхні до застосування грунтовки і фарби.

Нанесення додаткових захисних шарів після анодування металу здійснюється набагато більш якісно в порівнянні з вихідним матеріалом. Саме анодоване покриття в залежності від способу його нанесення може бути пористим, добре вбирає барвники або тонким і прозорим, що підкреслює структуру вихідного матеріалу і добре відбиває світло. Утворена захисна плівка є діелектриком, тобто не проводить електричний струм.

Для чого це робиться

Анодоване покриття використовується там, де потрібно забезпечити захист від корозії і уникнути підвищеного зносу в дотичних частинах механізмів і пристроїв. Серед інших способів поверхневого захисту металів ця технологія є однією з найдешевших і надійних. Найбільш поширене застосування анодування для захисту алюмінію і його сплавів. Як відомо, цей метал, володіючи такими унікальними властивостями як поєднання легкості і міцності, має підвищену сприйнятливість до корозії. Дана технологія розроблена і для цілого ряду інших кольорових металів: титану, магнію, цинку, цирконію і танталу.

Деякі особливості

Досліджуваний процес, крім зміни мікроскопічної текстури на поверхні, також змінює і кристалічну структуру металу на кордоні із захисною плівкою. Однак при великій товщині анодованого покриття сам захисний шар, як правило, володіє значною пористістю. Тому для досягнення корозійної стійкості матеріалу потрібно його додаткова герметизація. Разом з тим товстий шар забезпечує підвищену зносостійкість, набагато більшу в порівнянні з фарбами або іншими покриттями, наприклад, напиленням. Разом з підвищенням міцності поверхні вона стає більш крихкою, тобто більш сприйнятливою до розтріскування від теплового і хімічного впливу, а також від ударів. Тріщини анодованого покриття при штампуванні-аж ніяк не рідкісне явище, і розроблені рекомендації тут не завжди допомагають.

Винахід

Перше документально зафіксоване використання анодування відбулося в 1923 році в Англії для захисту від корозії деталей гідролітака. Спочатку застосовувалася хромова кислота. Пізніше в Японії була використана щавлева кислота, проте сьогодні в більшості випадків для створення анодованого покриття в складі електроліту застосовується класична сірчана кислота, що значно здешевлює процес. Технологія постійно вдосконалюється і розвивається.

Алюміній

Анодоване покриття виконується для підвищення корозійної стійкості і підготовки до фарбування. А також, в залежності від застосовуваної технології - або для збільшення шорсткості , або для створення гладкої поверхні. При цьому анодування саме по собі не здатне істотно збільшити міцність виробів, виготовлених з цього металу. При контакті алюмінію з повітрям або будь-яким іншим газом, що містить кисень, метал природним шляхом формує на своїй поверхні шар оксиду товщиною 2-3 нм, а на сплавах його величина досягає 5-15 нм.

Товщина анодованого покриття алюмінію становить 15-20 мікрон, тобто різниця в два порядки (1 мікрон дорівнює 1000 нм). При цьому цей створений шар в рівних частках розподілений, умовно кажучи, всередину і зовні поверхні, тобто збільшує товщину деталі на ½ від розміру захисного шару. Хоча за допомогою анодування виникає щільне і рівномірне покриття, наявні в ньому мікроскопічні тріщини можуть привести до корозії. Крім цього, сам поверхневий захисний шар схильний до хімічного розпаду внаслідок впливу середовища з високими показниками кислотності. Для боротьби з цим явищем застосовуються технології, що скорочують кількість мікротріщин і впроваджують до складу оксиду більш стабільні хімічні елементи.

Застосування

Застосовуються оброблені матеріали досить широко. Наприклад, в авіації багато елементів конструкції містять досліджувані сплави алюмінію, така ж ситуація в суднобудуванні. Діелектричні властивості анодованого покриття визначили його використання в електротехнічної продукції. Вироби з обробленого матеріалу можна виявити в різній побутовій техніці, включаючи плеєри, ліхтарі, камери, Смартфони. У побуті використовують анодоване покриття праски, точніше – його підошви, що значно покращує його споживчі властивості. При приготуванні їжі можна використовувати спеціальні тефлонові покриття, щоб уникнути пригорання страв. Зазвичай така кухонне начиння коштує досить дорого. Однак сковорода з алюмінію без покриття анодована в змозі забезпечити вирішення тієї ж проблеми. При цьому з меншими витратами грошових коштів. У будівництві застосовується анодоване покриття профілів для монтажу вікон та інших потреб. Крім цього, різнокольорові деталі привертають увагу дизайнерів і художників, вони використовуються в різних культурних і арт-об`єктах у всьому світі, а також у виготовленні ювелірних виробів.

Технологія

Для проведення робіт в промислових масштабах створюються спеціальні гальванічні цехи і виробництва, які вважаються "брудними" і шкідливими для здоров`я людини. Тож рекомендації щодо проведення процесу в домашніх умовах, рекламовані в деяких джерелах, слід сприймати вкрай обережно, незважаючи на уявну простоту описуваних технологій.

Анодоване покриття можна створити кількома способами, але загальний принцип і послідовність проведення робіт залишаються класичними. При цьому міцнісні і механічні властивості отриманого матеріалу залежать від, власне, самого вихідного металу, від характеристик катода, сили струму і складу застосовуваного електроліту. Необхідно підкреслити, що в результаті виконання процедури на поверхню не наноситься ніяких додаткових речовин, а захисний шар утворюється шляхом перетворення самого вихідного матеріалу. Суть гальваніки-вплив електричного струму на хімічні реакції. Весь процес ділиться на три основні стадії.

Перша стадія-підготовка

На цій стадії виріб піддається ретельному очищенню. Поверхня знежирюється і шліфується. Після чого відбувається так зване травлення. Воно здійснюється шляхом розміщення виробу в лужному розчині з подальшим переміщенням в кислотний розчин. Завершує ці процедури промивка, в ході якої вкрай важливо видалити всі залишки хімічних речовин, включаючи важкодоступні ділянки. Від якості проведення першої стадії багато в чому залежить кінцевий результат.

Вторячи стадія-електрохімія

На цій стадії власне і створюється анодоване алюмінієве покриття. Ретельно підготовлену заготовку вивішують на кронштейни і опускають в ванну з електролітом, розташовуючи між двома катодами. Для алюмінію і його сплавів використовуються катоди, виготовлені зі свинцю. Зазвичай до складу електроліту входить сірчана кислота, але можуть використовуватися і інші кислоти, наприклад, щавлева, Хромова в залежності від майбутнього призначення обробленої деталі. Щавлева кислота використовується для створення ізоляційних покриттів різних кольорів, Хромова - для обробки деталей, що мають складну геометричну форму з отворами невеликого діаметру.

Час, необхідне для створення захисного покриття, залежить від температури електроліту і від сили струму. Чим вище температури і нижче сила струму, тим швидше проходить процес. Однак в цьому випадку поверхнева плівка виходить досить пористої і м`якою. Для отримання твердої і щільної поверхні потрібні низькі температури і висока щільність струму. Для сірчанокислого електроліту діапазон температур становить від 0 до 50 градусів, а питома сила струму - від 1 до 3 Ампер на квадратний дециметр. Всі параметри для проведення цієї процедури відпрацьовані роками і містяться у відповідних інструкціях і стандартах.

Третя стадія-закріплення

Після завершення електролізу виріб, що має анодоване покриття, закріплюють, тобто закривають пори в захисній плівці. Це можна зробити шляхом приміщення обробленої поверхні в воду або в спеціальний розчин. Перед цією стадією можлива ефективна фарбування деталі, оскільки наявність пір дозволять забезпечити хороше вбирання барвника.

Розвиток технологій анодування

Для отримання надміцної оксидної плівки на поверхні алюмінію був розроблений спосіб використання складного складу різних електролітів в певній пропорції в поєднанні з поступовим збільшенням щільності електричного струму. Використовується своєрідний "коктейль" з сірчаної, винної, щавлевої, лимонної і борних кислот, а сила струму в процесі поступово збільшується в п`ять разів. Завдяки такому впливу змінюється структура пористої комірки захисного оксидного шару.

Окремо слід згадати технології зміни кольору анодованого об`єкта, яке можливо зробити різними способами. Найпростішим є приміщення деталі в розчин з гарячим барвником відразу після проведення процедури анодування, тобто до третьої стадії процесу. Дещо складніше організований процес фарбування з використанням добавок безпосередньо в електроліт. Добавками зазвичай є солі різних металів або органічні кислоти, що дозволяють отримати найрізноманітнішу гаму кольорів - від абсолютно чорного до практично будь-якого кольору з палітри.