Процес анодування алюмінію

Яків Картамишев 2 роки тому Переглядів:

2 Травлення алюмінію та його сплавів ведуть як у лужних так і кислотних розчинах, але розчинення плівки Al(OH)3 відбувається краще в лугах. Після травлення та промивання йде нейтралізація та освітлення в 15-20% розчині азотної кислоти при т=20-25с, цей процес називають декапіруванням. У лінії анодування ми маємо одну ванну знежирення та дві ванни травлення. Ванна травлення Е6, де відбувається лужне травлення, більш тривалий за часом, ніж наступне лужне травлення у ванні з Е0. Далі слід промивання теплою водою, промивання у двох ваннах з каскадною системою та додатковим зрошенням деталей водою при виході підвіски з останньої ванни, тим самим забезпечується високий ступінь чистоти деталей та виключається перенесення травильного розчину у ванни анодування. Для отримання декоративного ефекту дзеркальної або полірованої поверхні після травлення та промивань виконують процес полірування. Існує два методи полірування - хімічне та електрохімічне. Методи полірування Полірування Хімічне полірування Електрохімічне полірування без безhno3 з HNO3 HNO3 Сильно глянцеві поверхні, дзеркальне полірування без безhno3 Матовоглянцеві поверхні Отримуємо поверхні від просто глянцевих до дзеркальноглянцевих Хімічне полірування відбувається двома способами А) з використанням азотної кислоти, в результаті одержують поверхні або дзеркальне полірування. Б) без використання азотної кислоти одержуємо матово-глянцеві поверхні. Електрохімічне полірування відбувається без участі азотної кислоти, отримуємо поверхні від глянсових до дзеркально-глянсових. Після процесу поліруваннятак само слід кілька промивних ванн для повного очищення поверхні від залишків робочого розчину. Задля справедливості слід зазначити, що отримання глянсових і дзеркальних поверхонь можливе лише в тому випадку якщо попередньо проводився процес Е8 (попереднє механічне шліфування та полірування поверхні). Крім технологічного, існує ще економічний аспект цього процесу. Справа в тому, що процес хімічного або електрохімічного полірування дуже дорогий через велику витрату робочого розчину (гр. м. кв.), а в поєднанні з витратами на попередню механічну обробку вартість обробки одиниці площі виходить дуже високою. Тому, як правило, процес полірування застосовують для деталей з невеликою площею поверхні, таких наприклад як меблева фурнітура.

4 Анодування Структура анодованого шару Оброблений алюміній Поперечний переріз Оксидний шар Бар'єрний шар алюміній Час анодування товщина оксидного шару При дії електричного струму вода окислюється з виділенням кисню. Аніони кисню починають свій рух до анода (до кордону метал/оксид), щоб вступити в реакцію з алюмінієм, з утворенням оксиду. У свою чергу катіони алюмінію починають свій рух до катода (до кордону оксид/електроліт), щоб вступити в реакцію з водою, з утворенням оксиду. Нові оксиди розташовуються з обох боків бар'єру. Товщина плівки пропорційна щільності струму (А/см2). Напруга, що подається, підвищується пропорційно товщині оксиду і при кімнатній температурі. Пористі плівки- ростуть переважно в розведеній сірчаній кислоті, зазвичай 10%, але у виробництві використовують і фосфорну, хромову, щавлеву та суміш неорганічних та органічних кислот. Загальна особливість цихванна можливість зберігати відносно високу концентрацію алюмінію в розчині. Це важливо, тому що більшість алюмінію, який окислюється не залишається в плівці і переходить в розчин. Наприклад, при анодуванні в сірчаній кислоті близько 60% окисленого алюмінію залишається в плівці, а решта переходить у розчин. Легко можуть бути отримані пористі плівки завтовшки 100нм. Це в 100 разів більше, ніж найтовстіша бар'єрна плівка. Відсутня потреба у високій напрузі для створення товстої пористої плівки через її унікальну структуру. Оксид має осередкову структуру, в центрі кожного осередку знаходиться пора. Розміри осередків і пір залежать від складу ванни, температури та напруги. Прекрасні пори утворюються при екстремально високій щільності струму. Діаметр осередку в межах нм, діаметр пор зазвичай становить від 1/3 до ½ від діаметра осередку. Щільність заселення осередків від10 до 100 на μм2. Співвідношення може сягати навіть 1000:1.

5 Змінюючи температуру розчину у ванні анодування ми можемо отримати різну структуру шару: -Зменшення температури на 10С призводить до твердого анодування -звичайно отримують в сірчаній кислоті при низькій температурі. Виходять покриття з великими осередками та маленьким діаметром пор. Покриття виходить дуже тверде та міцне. -підвищення температури призводить до збільшення пір, що добре для подальшого фарбування оксидної плівки. Заключна обробка складається з двох основних процесів - фарбування та ущільнення. Процеси заключної обробки анодування Двоступінчастий процес процес фарбування Без Без фарбування Процес фарбування золотом Фарбування органічними барвниками Без Без фарбування ущільнення Пориста структура незакріпленого анодованого шару має високу здатність до адсорбції фарб, жирів, олій таін речовин. Існують різні способи фарбування анодованого шару. Занурення анодованої пластини розчин барвника призводить до інтенсивної забарвлення пластини з усіх боків. Для цього застосовуються водні або органічні розчини барвників. Молекули барвника при цьому повинні бути меншими за розміри пор анодованого шару. Середній діаметр пір анодованого шару становить 0,075 мікрон. Оскільки діаметр молекул білого барвника перевищує розмір пор, забарвлення в білий колір неможливо. Існує три види фарбування анодованих деталей: 1. Хімічне фарбування 2. Електролітичне

6 3. Хімічне та електрохімічне фарбування двоступеневий процес Виріб фарбується після анодування та кількох промивок, температура ванни залежить від кольору барвника і зазвичай 55-65С. Деякі барвники можуть використовуватися при кімнатних температурах, але стійкість до атмосферних опадів таких покриттів низька. Пігмент, що фарбує (комплекс металу з барвниками) може бути органічним або неорганічним. Ці пігменти проникають тільки у зовнішню частину пір анодованого оксиду і тому оксидні покриття, пофарбовані такими барвниками не мають такої глибини кольору, як покриття, отримані електролітичним фарбуванням, де пігмент осаджується на дні анодної плівки (зазвичай олово або нікель). Осадження металу змінює оптичні властивості покриття, а щоб домогтися бажаного кольору, контролюється товщина металу, що осаджується. Такі покриття мають чудову високу стабільність у порівнянні з простим фарбуванням. Зараз можна добитися фарбування багатьма кольорами, наприклад, блакитний, червоний, жовтий, зелений і чорний. Хімічне фарбування за останні роки було значно покращено, але досі воно не досягає такої стійкості як привикористання інших методів. Хімічне фарбування має бути обмежене внутрішнім використанням, тобто. деталі повинні використовуватися лише у приміщенні. Електролітичне фарбування – також двоступінчастий процес. Виконується зануренням виробів у ванну фарбування після анодування та промивок. Відмінність від хімічного фарбування полягає у застосуванні електричного струму. Фарбувальна речовина також інша. Можливе застосування і постійного та змінного струму. Електроліт для фарбування зазвичай складається з кислоти з додаванням нікелю сульфату, олова, кобальту або міді. Під дією електричного струму частинки металу розміщуються на дні анодованих пор, пори потім ущільнюються. РН розчину між 1 та 5,5 (залежить від іонів металу), щільність струму між 0,1 та 0,5А/дм2 та напруга від 5 до 20 V. Температура між від 15 до 35С. Отримують покриття світло-коричневі, коричневі, рожеві, червоно-коричневі та чорні. Такі покриття добре експлуатуються на вулиці. Процес ущільнення -закриття анодованих пір. Як і будь-який процес, ущільнення вимагає для себе попередньої підготовки, що складається з кількох промивок. Розрізняють гаряче та холодне ущільнення. У процесі ущільнення пори закриваються і барвник ізолюється від зовнішнього середовища та стає недоступним для впливу агресивних компонентів навколишнього середовища. Правильно анодований та закріплений оксидний шар також є дуже стійким до стирання. Конверсія супроводжується збільшенням обсягу та утворюються свого роду містки, які закривають пори. Цей процес пояснюється тим, що оксид алюмінію адсорбує гарячу воду та об'єм підвищується. Якщо температура занадто низька, то утворюються м'які та менш міцні покриття. Дуже важливо, щоб вода у ванні ущільнення була дуже чистою.

7 Процес холодногоУщільнення NiF2 NiF2 Пори оксидного шару NiF2 Бар'єрний шар алюміній Збільшення анодованого шару Холодне ущільнення процес йде при більш низькій температурі, ніж конверсійне гаряче ущільнення яке протікає при 95 С. Висока вартість за електроенергію, змушує багато. Системи для холодного ущільнення містять фторид та кремній складові у присутності солей нікелю та часто водно-спиртові суміші. Водно-спиртові розчинники знижують розчинність солей сприяють осадженню в порах анодованої плівки. Пори закупорюються солями нікелю, фторидами чи силікатами. Типові розчини для холодного ущільнення містять нікель та фторид. Температура холодного ущільнення близько 30С, час мін/мікрон. На практиці для отримання високої якості застосовують обидва процеси, по черзі спочатку холодне ущільнення, а потім гаряче. На цьому процес анодування закінчується, ми отримуємо покриття із чудовими оптичними та технологічними властивостями. Анодовані вироби можуть бути десятиліттями без зміни своїх декоративних властивостей. Захисні властивості анодних плівок такі, що можуть захистити деталі від найагресивніших впливів. Ці чудові властивості давно оцінили виробники автомобілів, будівельники, військові, авіавиробники. Досить сказати, що у розвинених країнах частка анодованого будівельного профілю значно перевищує частку пофарбованого (у нашій країні поки що, на жаль, навпаки). У цій статті ми лише коротко розглянули основні етапи цього процесу, надалі ми плануємо докладніше розповісти про особливості кожного з етапів анодування, можливі помилки та шляхи підвищення якості кінцевої продукції.