Анодное покрытие и его особенности

Что это такое? Анодное покрытие предполагает процесс нанесения оксидной пленки на металл. Делается это, чтобы придать детали антикоррозийную защиту. Метод анодирования применяется и в строительных, и в производственных сферах.

Как выглядит процесс? Весь процесс осуществляется в несколько этапов: подготовка детали, нанесение покрытия и контроль качества результата. Есть множество разных способов, которые отличаются технологией. Важно выбрать именно тот, который подходит под ваши конкретные задачи.

Определение и виды анодных покрытий

Анодирование – это образование оксидной пленки на поверхности металла посредством его анодного окисления. Речь идет о процессе электролитической диссоциации, когда защитный слой формируется в жидкой токопроводящей среде под воздействием наведенного электромагнитного поля. Такое покрытие отличается повышенной адгезивностью и долговечностью.

Оксидная пленка отлично предохраняет металлический массив от коррозии (ведь контактирующий с кислородом слой металла оказывается уже окисленным), придавая ему износостойкие свойства. Помимо этого, улучшаются декоративные качества изделия, при этом часто применяются искусственные красители.

Выделяют следующие группы анодных покрытий (АП):

• Защитное АП (9–40 мкм), основная функция которого – предохранение от коррозии.
• Защитно-декоративное АП (9–40 мкм) – в этом случае требуется не только надежная защита от коррозии, но также и обеспечение привлекательности внешнего вида изделия (зачастую такое покрытие является цветным).
• Твердое АП (более 90 мкм) – изделию придается повышенная износостойкость, плюс уникальные электроизоляционные качества.
• Электроизоляционное АП (40–90 мкм). Главная функция покрытия – обеспечение качественной изоляции изделия от воздействия электромагнитного поля. Эффективность защитного слоя определяется мощностью подаваемого пробивного напряжения.
• Тонкослойное (9–15 мкм). Основное назначение данного защитного слоя – придать заготовке максимально привлекательный внешний вид.
• Эматаль.
• Комбинированное покрытие.

Плюсы и минусы анодного покрытия

Процесс анодирования подразумевает смещение электромагнитного потенциала массива металлической заготовки. Это притягивает молекулы вещества покрытия, в результате чего они проникают во все микроскопические поры заготовки. Но главное, что при этом они вытесняют и замещают собой молекулы коррозии.

Формирование анодного покрытия – это очень эффективный метод противодействия коррозии, ведь для электромеханической защиты не важна структура металла, а точнее, его пористость и величина зерна – слой формируется на молекулярном уровне. Однако наиболее результативно (с точки зрения защиты) анодная пленка ведет себя, если покрываемый металл является легкопассивируемым.

Более того, существуют химические элементы, анодная защита на поверхности которых либо вовсе не образуется, либо формируется с большими затруднениями. Это медь и все ее сплавы, серебро, кадмий и магний. Неэффективность анодного покрытия металла выражается не только в том, что оно образуется «нехотя», но еще и в том, что окисление основного массива при этом в некоторых случаях не падает до нуля (в отличие от защиты с использованием катодного покрытия).

Виды металла, подвергаемые анодированию

Главное требование при обработке металла, чтобы защитное покрытие было действительно эффективным, то есть при контакте с воздухом он образовывал только один оксид. У некоторых материалов существует несколько химических формул оксидов, например, у железа – Fe2O3 и Fe2O5. Поэтому анодное покрытие для железа со временем начинает растрескиваться и долгожданный защитный эффект в итоге не формируется.

Медь

Защитная пленка образуется с большим трудом. Чтобы процесс был более эффективным, используют специальные присадки, часть химического состава которых формирует защитный слой. Как правило, это соли (фосфаты) или оксалатные растворы, которые сложны в производстве, дорого стоят, а главное – химический остаток от их применения представляет собой высокотоксичный отход, с которым неясно, что делать (если, конечно, у вас не разветвленная комбинированная промышленная цепочка, а относительно скромное производство). Также анодное покрытие на поверхности медных изделий формируется с помощью цинка.

Нержавеющая сталь

По-настоящему нержавеющие стали содержат в своей структуре не менее 20 % хрома. Данный химический элемент крайне слабо удерживает оксидные молекулы, поэтому защитный слой образуется с большим трудом. Перед процессом формирования защитного анодного покрытия на изделие из нержавейки предварительно наносят слой никеля. Впрочем, прогресс не стоит на месте, и в настоящее время активно используются пасты (по сути, разновидность присадок), после применения которых поверхность изделия из нержавейки не требует более никакой другой обработки.

Титан

Титан просто требует оксидирования! Это означает, что данной процедуре подвергаются все изделия из данного металла без исключения. Это:

• существенно повышает износостойкость детали (на 15–28 %);
• изделия приобретают декоративную привлекательность (иногда даже с изменением цвета).

Титан практически не чувствителен к химическому составу электролита (в этом особенность данной процедуры с его участием), а значит, по сути, можно использовать любую кислоту.

Серебро

Данный драгоценный металл окисляется в обычных условиях. Но вот защитная оксидная пленка на изделиях из серебра образуется с большим трудом. Здесь используется сплав под названием «серая печень» (сплав порошкообразной серы с поташом) – он подвергается сильному нагреву без использования воды. Точно такой же состав применяется и для образования защитного оксидного слоя на бронзовых изделиях – в данном случае образуемое покрытие называется искусственной патиной.

Алюминий

Получить оксидную пленку можно множеством способов. Если некоторые из них меняют декоративные качества алюминиевого изделия, то при применении других список использования обработанных таким образом алюминиевых деталей значительно расширяется.

Методы получения анодного покрытия

При создании анодного покрытия изменяется не только химический состав поверхности металлического изделия, но и структура самого металла на границе сред – между материалом и пленкой. Также нужно учитывать тот факт, что защитное покрытие само по себе при большой своей толщине (от 50 мкм и выше) обладает пористостью. Таким образом, для достижения коррозионной устойчивости нужна дополнительная герметизация верхнего молекулярного слоя.

Вообще, чем толще анодное покрытие, тем выше износостойкость изделия (в сравнении, к примеру, с лакокрасочным или же с напылением). Однако с ростом прочностных характеристик верхнего слоя повышается и его хрупкость – он становится склонным к растрескиванию при механическом, химическом или тепловом воздействии. Так что не стоит подвергать изделия с анодной пленкой, к примеру, штамповке – она непременно будет разрушена.

Защитное анодное покрытие на поверхности стали формируется несколькими способами. Наиболее интересным является «цветное анодирование». Как можно догадаться, в этом случае меняется изначальный цвет детали. Выделяют четыре типа покрытия:

• адсорбционное;
• электролитическое (черное);
• интерференционное;
• интегральное.

Способы проведения оксидирования

Теплая технология

Считается наиболее простой. Именно она используется в качестве «предварительной антикоррозионной обработки» перед покраской изделия в многочисленных автосервисах. Оксидный слой имеет пористую структуру, но он весьма адгезивен. Особенность метода в том, что температура при оксидировании не должна превышать +50 °C. В сущности, этот способ можно реализовать буквально в домашних условиях.

Однако простота имеет и отрицательные стороны. Речь идет об относительно низкой стойкости к коррозии (особенно если при реализации технологического цикла будут нарушения). Именно поэтому такое анодирование, как правило, применяется в качестве промежуточной стадии.

Холодный метод

Главным его преимуществом является скорость формирования защитной оксидной пленки. Температура электролитической среды не должна быть больше +5 °C, причем она должна быть гомогенной во всей ванне (отсюда и название метода). Чтобы обеспечить равномерность температурного фона, следует дополнительно использовать оборудование, обеспечивающее постоянную циркуляцию электролита. Особенность данного способа в невозможности использовать краски органического происхождения.

Технология твердого анодирования

Это способ образования наиболее стойкого защитного покрытия, который используется в аэрокосмической промышленности. На поверхности стального слоя формируется сверхпрочное твердое покрытие. В ванне для этого смешиваются сразу несколько электролитов, в результате чего их полезные химические свойства значительно усиливаются.

К сожалению, сфера применения данной технологии накладывает свои ограничения. Если коротко, то точные химические составы и методики их использования засекречены.

Этапы нанесения анодного покрытия

Процесс анодирования осуществляется в три стадии. Рассмотрим их подробнее на примере формирования оксидной пленки на алюминиевом изделии:

Подготовительная работа

Для обеспечения качественной адгезии защитного слоя выполняется механическая очистка заготовки от загрязнений, шлифовка, а также обезжиривание поверхности. Далее производится травление детали в щелочной среде, а после она помещается в кислородную среду, в которой происходит ее осветление. На завершающем этапе осуществляется промывка детали от остатков кислоты и щелочи.

Химическая реакция

Подготовленная заготовка размещается в гальванической ванне, где уже находится подготовленный раствор кислоты, обычно серной, впрочем, если необходимо добиться получения привлекательных декоративных эффектов, то применяются и щелочные смеси. Также важно обеспечить корректный температурный режим и установить плотность тока. Для реализации технологии твердого анодирования нужна низкая температура. Если же требуется создать пленку с пористой, относительно мягкой структурой, то температуру повышают.

Фиксирование покрытия

Алюминиевые детали, которые подвергаются такой обработке, получают весьма пористое покрытие, которое определенно нуждается в упрочнении. Для этого:

• изделие погружают в горячую воду;
• обдают паром;
• в зависимости от состава электролита обработанная заготовка для упрочнения сформированного покрытия может быть погружена в холодную воду.

Если впоследствии на изделие требуется нанести лакокрасочный слой, то «закалка» анодного покрытия в воде не производится. Пористая структура в данном случае положительно скажется на адгезии краски. Эта технология широко распространена в:

• автомобилестроении;
• ракетостроении;
• самолетостроении;
• строительной сфере.

Контроль качества анодного покрытия

Качество сформированного покрытия обычно проверяется посредством контроля:

• внешнего вида изделия;
• толщины образуемого защитного слоя;
• качества структуры слоя.

Основным параметром является толщина образуемого оксидного защитного покрытия. Определение данной величины производится посредством устройства, наводящего на поверхность вихревых токов с последующим замером их остаточных величин. Если при этом остаются разногласия относительно толщины пленки, то производят металлографическое исследование поперечного среза. Но в последнем случае анодный слой на участке контроля разрушается.

Применяется еще и быстрая проверка – «метод капли», а также арбитражные испытания, осуществляющиеся посредством контроля потери массы исследуемых образцов.

Оксидирование для многих промышленных технологических процессов – весьма привлекательный (эффективный и недорогой) метод предохранения металлических деталей от коррозии, а также подготовки их к последующему окрашиванию. Кроме того, создание защитной оксидной пленки придает металлу крайне необычные декоративные характеристики.

Следует также отметить, что технология анодирования (при соблюдении правил безопасности) вполне безвредна и весьма проста, не требует применения дорогостоящего сложного оборудования, поэтому доступна даже для использования в домашних условиях.