Анодирование: что это такое, применение, процесс

Что это такое? Анодирование — это процесс, который используется с 1920-х годов для защиты и придания цвета металлическим поверхностям. Он включает в себя погружение металла в ванну с кислотой, в результате чего на его поверхности образуется тонкий оксидный слой.

Для чего используется? Анодирование широко используется во многих отраслях промышленности: от автомобилестроения до производства электроники. В автомобильной промышленности анодированные алюминиевые детали могут обеспечить превосходную защиту от ржавчины и коррозии.

Что такое анодирование

Анодированием принято называть метод электрохимической обработки материалов, позволяющий повысить их износостойкость. Кроме того, эта технология используется для повышения коррозионной стойкости и придания поверхности заготовок привлекательного внешнего вида. Данная методика широко применяется для придания улучшенных характеристик различным изделиям из меди, титана, марганца, магния, цинка и нержавеющих стальных сплавов.

Процесс анодирования представляет собой нанесение тонкого оксидного покрытия на поверхность металлических заготовок в ходе электрохимической реакции. Обрабатываемая деталь выполняет функцию анода, погруженного в емкость с электролитом, который при прохождении через раствор электрического тока покрывается прочной металлической пленкой.

Принято разделять технологию на три типа. Анодирование:

• хромовой кислотой;
• серной кислотой;
• твердое.

Ниже рассмотрим более подробно разные технологии анодирования и разберем их плюсы и минусы.

Плюсы анодированного металла

Анодирование стальных заготовок позволяет придать им дополнительные характеристики. Такой металл отличается:

1. Коррозионной стойкостью, которая обусловлена барьерными свойствами защитного покрытия, предотвращающего прямой контакт поверхности с влажным воздухом и агрессивными химическими веществами.
2. Высокой прочностью и износостойкостью.
3. Диэлектрическими свойствами – защитное покрытие из оксидов почти не проводит электрический ток.
4. Экологичностью.
5. Внешней привлекательностью – часто анодирование применяют для придания изделиям эстетичности. Чаще всего декоративные покрытия наносят, добавляя в раствор соли алюминия, который активно взаимодействует с кислородом.

Нанесение оксидной пленки часто используется для маскировки незначительных дефектов поверхности изделий, например, царапин или потертостей.

Где применяют анодированный металл

Анодирование металла позволяет улучшать его характеристики. Детали из анодированного алюминия широко применяются в самых различных областях:

1. Защита от коррозии строительных металлоконструкций. Получившие широкое распространение во второй половине XX века конструктивные элементы из алюминия начали покрывать защитной пленкой с помощью анодирования. Стандартная толщина покрытия зависит от климатических условий и составляет от 15 до 25 микрон.
2. Использование отражающих свойств. Анодирование позволяет получать блестящие поверхности, которые нашли применение в тепловых отражателях нагревательных рефлекторов, прожекторах, осветительных приборах и т. п.
3. Износостойкие и антифрикционные покрытия. Гладкая и твердая поверхность анодированных деталей в меньшей степени подвержена изнашиванию. Оксидная пленка толщиной не более 60 микрон создает эффективную защиту элементов, работа которых связана с трением.
4. Диэлектрические свойства. Анодированный алюминиевый слой выполняет функцию изолятора и широко используется в электротехнических устройствах, таких как электролитические конденсаторы и трансформаторы.
5. Анодирование, позволяющее существенно повысить твердость и прочность конструктивных элементов, широко применяется при строительстве зданий, самолетов и кораблей.
6. Анодирование деталей для использования в различных нагревательных и охлаждающих приборах.
7. Нанесение оксидной пленки на алюминиевые оконные профили. Это позволяет значительно повысить их эстетичность, долговечность и замаскировать микродефекты.
8. Наносимый с помощью анодирования защитный слой позволяет также придавать привлекательный внешний вид различным элементам декора, мебельной фурнитуре (петлям, зеркалодержателям, ручкам и т. п.). Цветовая гамма оксидных пленок очень широка и включает в себя покрытия, имитирующие бронзу, серебро и золото.
9. Анодированный металл не пачкает руки. Технологию широко применяют при изготовлении алюминиевых дверных ручек, перил, вязальных спиц и т. д.

Применяемые устройства и оборудование

Стальные детали и изделия на промышленных производствах анодируют с помощью раствора серной кислоты, что позволяет добиться максимальной производительности и обеспечить глубокое проникновение. На современных заводах процесс обработки полностью автоматизирован. Количество работников сведено к минимуму – операторы только контролируют работу станков.

Оборудование для анодирования металла делится на три большие группы:

• Основное. Сюда относятся катод и емкость для электролита, для изготовления которой должны использоваться химически нейтральные материалы с низкой теплопроводностью, что позволяет быстро нагревать рабочий раствор и повышает срок службы оборудования. Для изготовления катодов материал подбирается в зависимости от химического состава сплава, из которого выполнены обрабатываемые изделия. К примеру, при анодировании алюминиевых деталей применяют свинцовые пластины, площадь поверхности которых должна вдвое превышать площадь поверхности заготовок.
• Обслуживающее. Оборудование отвечает за подачу электрического тока, погружение и извлечение заготовок из ванны с электролитом и т. д.
• Вспомогательное. Применяется для подготовки изделий к анодированию. К этой группе также принято относить совокупность механизмов, которые перемещают и складируют готовые изделия.

 Оборудование установок для анодного оксидирования металлических заготовок подбирается с учетом ряда особенностей технологического процесса:

1. Самые трудоемкие операции в ходе обработки – загрузка и извлечение заготовок. Оснащение должно быть надежным и не потреблять слишком много энергии.
2. Скорость процесса анодирования напрямую связана с мощностью основного оборудования. Специалисты рекомендуют использовать выпрямитель мощностью не менее 2,5 киловатт. Бесступенчатая регулировка уровня напряжения – крайне полезная функция, которая позволяет точно выбрать оптимальный режим обработки заготовок.
3. Оптимальным материалом для гибких контактных площадок, которые устанавливаются по кольцам ванны с электролитом, являются медь и ее сплавы.

Способы анодирования

При выборе технологии анодного оксидирования обычно исходят из особенностей обрабатываемых заготовок, в том числе их геометрии. Рабочие циклы обработки на больших производствах и в домашних мастерских, по сути, идентичны. Единственное существенное отличие заключается в том, что при анодировании сложных деталей вместо серной кислоты, как правило, пользуются хромовой.

Одна из технологий, широко применяемых для обработки заготовок из стальных сплавов, – цветное анодирование, при котором поверхность металла меняет свою окраску. Оттенок поверхности металлической заготовки можно изменить, даже не погружая ее в электролитный раствор. Существует несколько видов цветного анодного оксидирования. Обработка может быть:

• адсорбционной; 
• электролитической (черной);
• интерференционной; 
• интегральной.

Разберем подробнее основные способы анодирования:

Теплое анодирование

Это наиболее простой метод, используемый для подготовки заготовок к покраске. Высокая адгезия, которой обладает получаемое при теплом анодировании покрытие, позволяет краске надежно держаться на поверхности изделий. Способ назвали теплым из-за того, что для протекания процесса необходима температура, не превышающая +50 °C.

Холодное анодирование

Метод холодного анодирования металла – процесс, при котором на поверхности материала, как правило, алюминия или его сплавов, формируется защитная пленка заданного цвета. Способ основан на электрохимической реакции без нагрева электролитного раствора (максимальная температура – +5 °C) и позволяет получать покрытия высокого качества. Поскольку в центре емкости образуется зона более теплой смеси, в ходе обработки обеспечивается постоянная циркуляция.

Твердое анодирование

Метод твердого анодирования используется для нанесения высокопрочного защитного покрытия на поверхность стальных деталей. Главные области применения – авиационная и космическая промышленность. Технология позволяет использовать сразу несколько электролитов в заданных концентрациях, что существенно повышает качество оксидной пленки. Состав применяемых смесей, как и режимы обработки заготовок, как правило, защищены патентами.

Процесс анодирования алюминия

В процессе анодного оксидирования алюминиевые детали проходят несколько последовательных стадий обработки: очистку, травление, анодирование, покраску и герметизацию. Крупногабаритные заготовки в ходе технологического процесса перемещаются с помощью специальных подъемных устройств – мостовых кранов, кран-балок и т. п.:

Очистка

В ходе подготовительных работ с поверхности заготовок удаляют жиры и масляную пленку, для этого их погружают в емкость со специальным кислотным или щелочным составом. Качество очистки и обезжиривания поверхности критически важно, так как влага, жир и грязь могут стать причиной возникновения дефектов покрытия. На алюминиевых заготовках при некачественной подготовке появляются мелкие белые пятна.

Травление

Очищенные заготовки отправляются на травление в отдельную емкость, заполненную щелочным или кислотным травильным раствором. В ходе этой процедуры удаляется тонкий слой металла, что делает поверхность более однородной. В ходе травления с поверхности также убирают все микродефекты, что делает ее более гладкой.

Далее заготовки извлекают из ванны с травильным раствором и тщательно очищают от остатков кислоты и других загрязнений с помощью специальных составов – гидроксида натрия, нейтрализующих добавок, содержащих аммиак или аммиачные соединения, деминерализованной воды и т. п.

Анодирование

На этом этапе прошедшие подготовку детали погружают в ванну с электролитом, после чего подают электрический ток, сила которого составляет от 30 до 300 А/м2 в зависимости от состава и концентрированности раствора, а также суммарной площади обрабатываемой поверхности. Осаждающиеся на поверхность металла частички формируют прочную оксидную пленку.

Добавление цвета

Пористая структура полученного при анодировании покрытия позволяет использовать его для последующей окраски, которая придает изделиям дополнительную эстетичность и защищает их от воздействия влаги и агрессивных химических веществ.

Герметизация

На завершающем этапе обработки заготовки погружают в емкость с раствором ацетата никеля, который заполняет микропустоты и герметизирует поры, что позволяет придать анодированной поверхности деталей дополнительную гладкость и однородность.

Процесс обработки различных типов металла

При анодировании заготовок из стали учитываются свойства и характеристики конкретного металла. Рассмотрим особенности технологического процесса для других металлов и их сплавов:

Анодирование меди и медных сплавов

Медь тяжело поддается анодированию. Чаще всего медные детали обрабатывают электрохимическим способом, который позволяет изменить цвет поверхности. Электролитный раствор готовят на основе фосфатов или оксалатов. Оксидирование меди и ее сплавов – очень сложный технологический процесс, поэтому применяется очень редко.

Анодирование титана

Для изделий из этого металла оксидирование – практически обязательная процедура. Нанесение оксидной пленки позволяет не только повысить прочность и износостойкость деталей, но и придать поверхности требуемый цвет. Покрытие может окрашиваться в любой оттенок из весьма широкого спектра. Электролитные растворы для анодирования титановых заготовок изготавливаются на основе практически любой кислоты.

Анодирование серебра

При анодном оксидировании поверхности изделий из серебра чаще всего применяется смесь полисульфидов натрия (серная печень), с помощью которой поверхность окрашивается в различные оттенки синего или фиолетового цветов.

Анодирование алюминия

Для улучшения характеристик поверхности алюминиевых заготовок широко применяется анодное оксидирование. Существует большое количество методик, позволяющих не только повышать прочность и износостойкость изделий, но и окрашивать их поверхность в различные цвета. Чаще всего анодирование алюминия и его сплавов используется в декоративных целях.

Применение анодированного алюминия

Анодированный алюминий выгодно отличается от других металлов малым весом и относительной дешевизной, которые в сочетании с повышенной стойкостью к изнашиванию ставят его вне конкуренции в качестве материала для изготовления строительных конструкций. Этими свойствами обусловлено широкое применение алюминия в производстве автомобилей, самолетов, судов, ракет и различного бытового и коммунального оборудования.

Эстетичное и прочное оксидированное покрытие позволяет повсеместно применять алюминиевые сплавы для изготовления спортивных товаров, посуды, фурнитуры и множества других изделий.

Особенности ухода за анодированным покрытием

Разберемся, как ухаживать за деталями с оксидированным покрытием на примере велосипедных вилок. Выход из строя деталей на любимом байке – большая неприятность. Защитное покрытие спасает металл от ржавления и повреждений, но только при условии его целостности. Вот почему так важен уход.

Когда речь идет о деталях, которые играют важную роль в работе всей конструкции, таких, например, как вилка и шток амортизатора, то последствием повреждения защитного покрытия могут стать не только коррозия и испорченный внешний вид. Гораздо более серьезной проблемой окажется масло, протекающее через образовавшиеся щели.

Хотя и эстетика также очень важна для любого велосипедиста. Анодированный металл выглядит намного интереснее, чем крашенный. На рынке можно найти разнообразные детали и запасные части в огромном ассортименте. Это разнообразные выносы, педали, бонки, колпачки для камер и т. п.

Отдельного упоминания заслуживают различные варианты бесцветных анодированных покрытий, которые благодаря интерференции световых лучей придают деталям велосипеда роскошный вид. А светоотражающий эффект оксидных пленок делает велосипедистов заметными в темное время суток.

Если же повреждений все-таки избежать не удалось, следует постараться с помощью мелкой наждачной шкурки полностью удалить задиры. В противном случае царапины начнут появляться на башинге и пыльниках, которые в свою очередь будут еще больше царапать покрытие ног вилки. В результате достаточно скоро образуется щель, через которую будет протекать масло.

Обнаружив серьезные повреждения на поверхности ног вилки, нужно обращаться в ремонтную мастерскую. Если повезет, дефект устранят, пустив в ход лак для ногтей или восстановив оксидную пленку. К сожалению, часто проблему устранить не удается. Может оказаться, что отремонтировать вилку уже невозможно, а значит – деталь необходимо заменить.

Важно отслеживать, в каком состоянии пыльники и башинги. Если в них набивается песок, это приводит к повреждению покрытия на ногах. Также необходимо следить, чтобы вилка не оставалась без смазки, иначе придется столкнуться с аналогичными неприятностями.

Анодирование – не очень сложный процесс. При необходимости можно нанести оксидную пленку на алюминиевые детали в условиях домашней мастерской, не потратив на это много денег. Эту универсальную технологию используют как для подготовки металлических изделий к покраске, так и для того, чтобы создать на поверхности металла прочное и долговечное защитное покрытие. Кроме того, анодное оксидирование широко применяют для того, чтобы придать металлическим деталям внешнюю привлекательность.