Анодирование алюминия в домашних условиях своими руками необходимо, если вы хотите, чтобы материал бы защищен от коррозии и прослужил как можно дольше.
Алюминий очень часто используется в домашнем производстве и быту, поэтому знать, как обеспечить его защиту своими руками, не прибегая к помощи специалистов, будет полезно каждому.
В водном растворе анионы в основном состоят из кислорода, который сочетается с алюминием. В зависимости от растворимости химического вещества, осаждающегося на металле, существует четыре различных условия. Ш Нерастворимые продукты в электролите: образуют на аноде сильно адгезивный и практически непроводящий слой. Рост пленки продолжается до тех пор, пока сопротивление слоя не предотвратит ток. Толщины произведенных слоев обычно являются многотонными и компактными. Они получены в растворах боратов или тартратов с применением высоких электрических полей, особенно для защиты субстратов очень малой толщины.
Благодаря анодированию на поверхности металла появляется плотная и толстая окисная пленка, которая защищает его от коррозии и других негативных факторов воздействия природной среды.
Наиболее прочную и стойкую пленку вам поможет создать технология тонкослойного анодирования, о которой вы узнаете в этой статье.
Подготовка к анодированию
Своими руками анодирование может провести любой, однако нужно создать минимальные меры предосторожности, прежде чем начинать работу. Лучше всего, чтобы процесс проходил на открытом воздухе: на улице или хотя бы на балконе.
Ш Низкорастворимые продукты в электролите: сформируйте высокий адгезионный слой, изолирующий, если сушить. В этом случае рост пленки происходит одновременно с ее частичным растворением, что приводит к формированию порядка, обеспечивающего циркуляцию тока до предельного значения, к которому скорость роста оксида равна скорости его растворения и роста Он останавливается. Максимальная достигаемая мощность зависит от многих факторов, включая характер электролита и геометрию приложенного поля. Важно отметить, что реакция анодирования происходит на границе раздела алюминий - алюминий оксид, т.е. пленка растет изнутри, в результате чего материал подложки становится тоньше.
Также нужно подумать о самозащите, т.к. в ходе анодирования вы будете иметь дело с кислотой, а это химическое вещество, которое способно вызвать неприятный зуд при попадании на кожу, и куда более тяжелые травмы, если попадет на слизистую оболочку глаз.
Процесс анодирования своими руками вы можете увидеть на фото.
Лучше всего заниматься анодированием в защитных очках и заранее подготовить воду или слабый содовый раствор, чтобы, в случае чего, сразу же промыть участок, на который попала кислота.
Однако общий размер изделия увеличивается из-за большего объема, занимаемого оксидным слоем. Это условие используется в промышленных процессах, которые работают с хромовой, серной или щавелевой кислотой. Ш Умеренно растворимые учебные продукты: в этих условиях результатом операции является металлическая поверхностная электролитическая очистка, аналогичная результатам химического промывания, и обычно используется в качестве подготовки для последующих операций.
Ш Растворимые продукты плавки: в этом состоянии металл растворяется до тех пор, пока раствор не будет насыщен; Встречается в сильных кислотах и основаниях. Это приводит к потере поверхностных слоев того же самого, что после возвращения в естественную среду очень быстро окисляется и пассивно.
Анодирование ни в коем случае нельзя проводить в закрытом помещении, т.к. вы будете иметь дело с выделениями кислорода и водорода, которые появляются на аноде и катоде.
В результате получится электрохимическое соединение по свойствам аналогичное динамиту.
Если создавать подобное электрохимическое соединение в закрытом пространстве, то для серьезных травм и даже смерти будет достаточно одной искры, которую выделяет электрохимическое соединение.
Типы процессов анодирования
Часто, в конце фактического процесса анодирования, уплотнение порядка выполняется путем увлажнения наружного слоя, тем самым приобретая лучшую поверхность. Также возможно управлять обработкой цветом, а также особыми процессами электрокраски. Несмотря на многочисленные электролиты, о которых сообщается в литературе, лишь некоторые из них имеют промышленное значение и в основном относятся к процессам с хромовой, серной или щавелевой кислотой. Это довольно сложный процесс, но американская модификация включает использование постоянного напряжения, способствующего промышленному поведению процесса.
Прежде чем приступать к работе, учитывайте размер деталей: после процесс анодирования они увеличатся в размере как минимум на 0.5 мм – такова толщина защитного слоя, который создается в ходе процесса.
Если до анодирования детали закручиваются впритирку, то после его окончания они, скорее всего, совсем не будут закручиваться и вся работа пройдет зря.
Процесс щавелевой кислоты был разработан в Японии и использовался в течение двух десятилетий также в Германии. Изменение, произведенное в Швейцарии, связано с использованием раствора щавелевой кислоты, содержащего титан, цирконий или таллий, для получения неметаллического внешнего вида поверхности, но более похожего на фарфор.
Анодная оксидная композиция
Основные параметры процесса в анодировании алюминия приведены в следующей таблице. Таким образом, процесс анодирования функционирует как защитные покрытия, а также является основой для применения органических лаков и электроэпоксисов различной природы, которые находят лучшее сцепление с подложкой, созданной этим процессом. Поверхностная оксидная композиция во многом зависит от типа используемого электролита, а также от условий процесса. Анодный оксидный слой состоит из двух частей - внешней пористой области, которая растет на более глубоком, толстом, плотном и диэлектрическом компактном слое, называемом барьерным слоем.
Поэтому проследите, чтобы материалы свободно двигались до начала анодирования, чтобы потом не пришлось начинать заново всю работу, т.к. шлифовать анодированную поверхности практически бесполезно.
Однако можно отполировать детали с помощью полировочного круга так, чтобы они приобрели зеркальный блеск. Это вполне можно сделать своими руками.
Его толщина составляет не более 2% от толщины всего слоя, и его природа такая же, как у натурального оксида. Во время процесса анодирования часть, которая формируется первой, и толщина изменяется линейно с приложенным напряжением, растущим до предела растворения около 14 е на вольт; Хотя он по своей природе непроводящий или пористый, ток остается в циркуляции в силу крошечной толщины этого слоя. В зависимости от используемых процессов барьерный слой имеет функции, показанные в таблице.
Исследование толщины барьерного слоя может быть проведено путем измерения скорости изменения циркулирующего тока при изменении приложенного потенциала; Фактически ток остается почти постоянным, пока приложенный потенциал не превышает диэлектрическую толщину слоя, но как только он достиг этого значения, ток быстро следует изменениям потенциала.
Благодаря этому процессу изделия будут выглядеть лучше, а также уменьшиться вероятность прогара, который нередок при анодировании.
Кроме того, технология анодирования никак не влияет на дефекты деталей – если они есть, то и после окончания работ останутся заметны.
Гальваника – необходимый этап, предшествующий основной работе. Перед ней металл нужно тщательно обезжирить. Для этого лучше использовать хозяйственное мыло и щетку.
Скорость роста барьерного слоя очень быстро в первые пять секунд обработки, тогда скорость растворения равна скорости образования, а затем толщина остается постоянной. Однако поверхность слоя, содержащего электролит, постоянно меняется, пытаясь достичь более стабильного состояния равновесия. Эта поверхность представляет собой сайт процессов роста слоя, посредством механизмов ионной передачи, очень чувствительных к условиям рН на границе раздела и растворимого продукта образующих оксидов.
Внешний слой имеет совершенно разные характеристики. Он характеризуется микропористой, столбчатой структурой роста, в результате, согласно последним теориям, из-за неоднородности электромагнитного поля, которая может генерироваться на поверхности барьерного слоя.
Некоторые советуют подержать металл в натрии или калии, но от этого поверхность может испортиться. Нужно промыть изделия попеременно сначала в горячей, а затем в холодной воде.
В пластиковую емкость нужно добавить стиральный порошок и растворить его в горячей воде, а затем засыпать туда детали и потрясти их. После промывки нужно высушить твердое тело деталей под горячим воздухом.
Влияние условий эксплуатации
Такие флуктуации изменяют направление линий тока, которые, в свою очередь, способствуют преимущественному растворению и осаждению с эффектом создания изогнутой структуры, места локальных процессов роста. Характеристики химико-физической структуры электроокисленного слоя зависят от типа используемого электролита, его концентрации, времени обработки, но не особенно от плотности циркулирующего тока. Даже температура ванны обычно не влияет на характеристики пленки.
По мере увеличения концентрации скорость роста уменьшается и становится почти равной нулю при концентрациях более 90%. Этот эффект обусловлен не скоростью растворения, поскольку другие исследования показали, что скорость растворения ионов максимальна при концентрации 25%.
Чтобы провести анодирование, вам понадобится электролит, который можно сделать своими руками. Для домашнего изготовления чаще всего используют серную кислоту, которую разводят в дистиллированной воде.
Купить и воду, и кислоту вы сможете в любом магазине автозапчастей, чтобы не тратить время на их самостоятельное изготовление.
В первом приближении циркулирующий ионный ток между металлом и электролитом представляет собой экспоненциальную функцию интенсивности электрического поля, применяемого в соответствии с соотношением. Этот отчет был принят Вервей и учитывает скорость, с которой ионы мигрируют из промежуточного положения в другое. Рассматривая, в частности, движущиеся движения, возникающие на поверхности, Мотт получил соотношение, которое приводит к почти одинаковым результатам, но исходя из соображений очень механического характера.
Дальнейшие модификации были предложены в различных исследованиях, но текущая тенденция почти во всех случаях похожа на экспоненциальную зависимость от напряжения. Подобно толщине, порядок нанесения покрытия также зависит от скорости растворения и скорости роста пленки, что, в свою очередь, зависит от условий эксплуатации и электролита. Фактически, хотя раствор с фосфорной кислотой производит очень толстый и пористый слой, раствор, содержащий фосфаты, образует компактный и очень тонкий слой. Максимальный диаметр пор получают промышленно с помощью электролита фосфорной кислоты, и это поверхностное состояние является оптимальным для последующих обработок электроосаждением.
Нужно только учитывать, что в магазинах кислота выпускается разбавленной, поэтому пропорции для смешивания жидкости должны быть 1:1. Процесс анодирования требует около 10 литров электролита для мелких деталей и 20 – для крупных.
Следовательно, вам понадобится 5 литров раствора и 5 литров воды, чтобы получить нужное количество.
Меньшие поры получают с щавелевой кислотой и серной кислотой, тогда как хромовая кислота из-за ее низкой окислительной растворимости образует очень мелкие и дисперсные поры. Поры расположены в центре плоской гексагональной клеточной структуры, почти полусферической формы на барьерном слое, созданной радиальным ростом самих стенок пор. Первоначально, фактически, эти ячейки формируются в единичных файлах вдоль краев зерен, вдоль которых барьерный слой оказывает меньшее сопротивление прохождению тока.
В этот момент продольный рост клеток начинается в направлении электрического поля, приложенного за счет переноса кислорода из-за градиентов концентрации и температуры, которые оседают между дном ячейки и внешней поверхностью, контактирующей с электролитом. Затем вы получаете более крупный заказ с ячейками того же диаметра и длины.
Вливать воду в кислоту нужно постепенно, тонкой струей, т.к. жидкость моментально нагревается и при большом потоке просто закипит и начнет брызгать. Не забывайте размешивать смесь с помощью стеклянной палочки и надеть очки перед работой.
Если кислота попала на кожу или одежду, то ее нужно удалить с помощью воды, а затем промыть участок содовым раствором.
Размер ячеек имеет особое значение для определения порядка и других характеристик анодного покрытия. Как правило, по мере увеличения напряжения размер ячейки увеличивается, а количество пор уменьшается. При развитии анодных оксидных пор растут по размеру: диаметр ячеек и пор остается пропорциональным напряжению, а основные характеристики ячейки связаны с равновесием, которое устанавливается между ростом путем осаждения и растворения, что может Также ускоряются явления локального нагрева.
Алюминий является широко распространенным материалом и подходит для обработки окон и поверхностей, горшков и кухонной утвари. Одним из главных врагов алюминия является оксид, который обычно генерируется простым контактом с атмосферой; В результате материал имеет тенденцию приобретать черный цвет для эстетических целей. Чтобы иметь возможность эффективно вмешиваться и избегать почернения, лучше всего использовать некоторые методы очистки и профилактики.
Этапы работ
При проведении анодирования деталей, температура должна оставаться в следующем диапазоне: от -10 до + 10 градусов.
Если она будет ниже, то напряжения у блока питания будет недостаточно, чтобы поддерживать нужную силу тока, а если выше, то не сформируется твердое защитное покрытие – оно будет мягким и бесцветным и не сможет защитить металл.
Для очистки окон и окон из анодированного алюминия достаточно промыть нейтральной водой и мылом, потому что исходная структура обрабатывается гальваническими ваннами, которые уже содержат антиоксидантные материалы. Основная проблема заключается в том, что алюминий находится в естественном состоянии, например, для предметов или горшков для дома. Если поверхность полируется, очистка производится бикарбонатом натрия, который является хорошим обезжиривающим средством и действует путем химической реакции со структурой, так как это хороший раскислитель.
Лучше всего заканчивать анодирование, когда температура достигла +5 градусов, т.к. в углах ванны и на поверхности предмета будет разная температура, а процедура анодирования позволяет выделять достаточное количество тепла.
Кроме того, процесс перемещения электролита должно быть постоянным: мешать его можно с помощью воздуха, ложки или насоса, чтобы температура на поверхности обрабатываемого изделия и алюминия была примерно одинаковой.
После тщательной очистки блестящих алюминиевых предметов рекомендуется использовать масло для нанесения на поверхность с ватной ватой, чтобы избежать почернения. Алюминиевый атлас больше относится к оксиду из-за его пористости, поэтому для его тщательной очистки рекомендуется использовать нейтральное жидкое мыло для нанесения с помощью абразивной губки и там, где грязь особенно интенсивна, вы можете натереть ее воском металл, который не влияет на структуру, поскольку он уже сатинирован. Окисляющие кислоту черные должны выполняться по-другому; в этом случае желательно получить специальный порошок в красителе, который обычно используется в качестве заполнителя при сварке между металлами.
Разница же температур приведет к тому, что некоторые участки детали перегреются, а затем на них появятся пробои или случится растрав изделия.
Чтобы провести твердое анодирование под золото, вам понадобится специальное оборудование. Чаще всего это несколько ванн, в одной из которых будут обрабатываться детали из алюминия, а другая – маленькая емкость.
Для нее можно использовать пищевые контейнеры или пластиковые горшки. Стенки и дно ванн нужно покрыть алюминиевыми листами, либо сделать из них специальную выкройку и согнуть ее так, чтобы получилась емкость.
Это нужно, чтобы создать равномерную плотность тока с каждой стороны изделия.
Корпус ванны должен обладать хорошей теплоизоляцией, иначе электролит будет нагреваться слишком быстро, и жидкость придется постоянно менять.
Проще всего создать теплоизоляционный слой, оклеив стенки пенопластом толщиной 2-4 см, либо залить промежутки пеной для строительства.
После того как вы залили в ванну электролит, на выход нужно поставить блок питания, генерирующий ток. Чтобы регулировать силу подачи тока, присоедините резистор к цепи.
Если контакт качественный, то вы увидите кислородные пузырьки, которые будут появляться по всей поверхности изделия. Они небольшие по диаметру и по течению напоминают струи дыма.
Длительность этого процесса зависит от скорости окраски деталей – под золото или в другой цвет. Окрашивание в цвет будет заметно визуально, поэтому никаких других приспособлений не требуется.
Скорость окрашивания под золото, в черный цвет и другие оттенки зависит от размера детали: для маленьких объектов это около 20-30 минут, для больших – 60-90 минут.
После того как вся деталь приобретет нужный цвет, достаньте ее из емкости и промойте под холодной водой, а затем протрите ваткой, смоченной в растворе марганцовки – это поможет удалить лишние микроэлементы, получившиеся в ходе реакции, но поможет сохранить цвет под золото или другой.
После изъятия детали, она должна иметь светло-серый цвет, быть гладкой и блестящей.
В зависимости от режимов анодирования, изделия могут приобрести различный цвет: серый, темно-матовый, золотой и т.д. Чтобы дополнительно окрасить детали, нужно поместить их в анилиновый краситель, который нагреет деталь до 50-60 градусов.
Перед тем как начинать цветное анодирование, нужно отфильтровать раствор, чтобы на поверхности деталей не образовались пятна, которые появляются от оставшихся мелких крупинок красителя.
Чтобы окрасить изделия и получить нужный цвет, обычно достаточно 15-20 минут.
После того как необходимый цвет (черный, под золото и др.) и защитный слой правильной консистенции (твердый и блестящий) получен, нужно дополнительно зафиксировать его, чтобы со временем он не слез.
Поскольку анодирование под золото создает пористую структуру материала, которая не устойчива к химическим воздействиям, хоть и тщательно защищена от механических воздействий.
Технология закрытия микропор на металле может быть различной. Легче всего проварить анодированные детали в воде на плите в течение 30 минут. Для варки лучше всего использовать дистиллированную воду, т.к. она придаст материалу больше защитных свойств.
Другой способ: сделать для деталей паровую баню, в которой они должны находиться также не менее получаса.
Технология работы с алюминием может несколько отличаться, в зависимости от типа детали и материала, но в целом все этапы анодирования материала выглядят подобным образом.
Отличия могут быть в температуре электролита, однако рекомендуется следовать в этом приведенным цифрам, т.к. в ином случае защитные свойства материала будут недостаточны, либо вы получите не тот цвет, который вам был нужен.
Если вы проводите анодирование под золото и другие цвета, то лучше всего выбирать холодный способ, т.к. в этом случае слоя покрытия будет более толстым, а сами детали приобретут красивый цвет: под золото, черный или другие оттенки, а также будут блестеть.
Анодирование алюминия или его анодное окислениерассматривается многими предпринимателями, как одно из самых перспективных направлений обработки алюминия и его сплавов.
Сущность анодирования алюминия
Почему? Что такого особенного в этом незамысловатом с точки зрения химии процессе? А главное в чем его экономическая выгода? Давайте разбираться.
Как известно, алюминий самый распространенный металл на Земле, а кроме того еще и самый востребованный. Химические и физические свойства алюминия позволяют использовать его практически повсеместно: в машиностроении, авиации, космической промышленности, электро- и теплотехнике и пр. Алюминий на открытом воздухе быстро окисляется и образует на поверхности защитную микропленку, которая делает металлоизделия из алюминия химически более инертными. Однако эта естественная защита слишком мала, поэтому алюминий и его всевозможные сплавы не вечны: со временем они легко подвергаются коррозии.
Защитить изделия из алюминия, сделать их более твердыми и долговечными можно двумя способами: окрасить их с помощью порошковых красок или оксидировать, т.е. искусственно создать на его поверхности толстую пленку. Оксидирование в свою очередь подразделяется на два подвида: химическое оксидирование в растворах хрома и собственно анодирование с помощью анодной поляризации изделия в электролите.
Преимущества окрашивания в том, что готовые изделия внешне более эффектны: получаемый цвет ровнее, ярче, возможных оттенков окрашивания больше, легче получить нужную текстуру. Однако анодирование гораздо менее зависимо от качества поставляемых материалов, да и производственные линии устроены проще. Кроме того, спектр цветов и оттенков анодированных металлоизделий становится с каждым годом все больше и больше. Сейчас доступно даже радужное анодирование с созданием на поверхности изделия переливающегося блестящего покрытия.
Технология анодирования алюминия
Производственный процесс анодирования алюминия условно делится на три этапа:
1. Подготовительный - на этом этапе алюминиевое изделие необходимо тщательно механически и электрохимически обработать. От того, как качественно будет проведен этот процесс будет зависеть конечный результат. Механическая обработка подразумевает очищение поверхности, ее шлифовка и обезжиривание. Затем изделие сначала помещают в щелочной раствор, где происходит так называемое "травление", а после - в кислотный, для осветления изделия. Последний шаг - промывка изделия. Промывка проводится в несколько стадий, так как крайне важно удалить остатки кислоты даже в труднодоступных участках изделия.
2. Химическое анодирование алюминия - изделие прошедшее первичную обработку подвешивают на специальные кронштейны и помещают в ванну с электролитом между двумя катодами. В качестве электролитов могут выступать растворы серной, щавелевой, хромовой и сульфосальциловой кислот иногда с добавлением органической кислоты или соли. Серная кислота - самый распространенный электролит, однако он не подходит для сложных изделий с мелкими отверстиями или зазорами. Для этих целей лучше подходят хромовые кислоты. Щавелевая кислота в свою очередь создает наилучшие изоляционные покрытия разных цветов.
Вид, концентрация, температура электролита, а также плотность тока напрямую влияют на качество анодирования. Чем выше температура и ниже плотность тока, тем быстрее происходит анодирование, пленка получается мягкая и очень пористая. Соответственно чем ниже температура и выше плотность тока, тем тверже покрытие. Диапазон температур в сернокислом электролите колеблется от 0 до 50 градусов по Цельсию, а диапазон плотности от 1 до 3 А/дм2. Концентрация электролита может колебаться в пределах 10-20 % от объема в зависимости от требований технической документации.
3.Закрепление - непосредственно после анодирования поверхность изделия выглядит очень пористой. Чем больше пор - тем мягче поверхность. Поэтому, чтобы изделие получилось крепким и долговечным, поры нужно закрыть. Сделать это можно, окунув изделие в почти кипящую пресную воду, обработав под паром, либо поместив в специализированный "холодный" раствор.
Если изделие предполагается окрасить в какой-нибудь цвет, его не "закрепляют", так как краска прекрасно заполнит пустое пространство в порах.
Оборудование для анодирования алюминия делится на 3 вида: основное (ванны для анодирования), обслуживающее (обеспечивает непрерывную работу линии, подает ток в ванны и т.д.) и вспомогательное (на нем осуществляется подготовка алюминиевых изделий, их перемещение по линиям, складирование и пр.).
Разновидности анодирования
На сегодняшний день можно встретить компании предоставляющие различные услуги по анодированию алюминия. Это и классическое, и твердое, и цветное анодирование. Некоторые организации предлагают анодировать алюминий в домашних условиях. Каждое направление имеет свои интересные особенности, о которых мы и поговорим дальше.
Твердое анодирование алюминия - это особый способ получения сверхпрочной микропленкина поверхности алюминиевой детали. Он получил небывалое распространении в авиа, космо и автостроении, архитектуре и схожих областях. Суть процесса в том, что для анодирования берется не один электролит, а несколько в определенной комбинации. Так одна из запантенованных методик подразумевает смешение серной, щавелевой, винной, лимонной и борной кислот в пропорции 70-160/30-80/5-20/2-15/1-5 г/л. и постепенным увеличением плотности тока с 5 до 28 В. при температуре раствора до 25 градусов по Цельсию. Твердость покрытия достигается благодаря изменению структуры пористых ячеек анодной пленки.
Цветное анодирование алюминия - технология изменения цвета анодированной детали. Производится как до, так и после расположение детали в электролите. Бывает 4 видов:
Первое - адсорбационное окрашивание - происходит сразу после перемещения элемента из ванной с электролитом, т.е до заполнения пор. Деталь также погружают в раствор с красителем, разогретым до определенной температуры (55-75 град. по Цельсию), на некоторое время (обычно от 5 до 30 минут), а затем дополнительно уплотняют, чтобы увеличить окрашенный слой.
Второе - электролитическое - оно же черное анодирование алюминия - это получение сначала бесцветной анодной пленки, а затем продолжение процесса в кислом растворе солей некоторых металлов. Цвет готового изделия получается от слабобронзового до черного. Анодирование алюминия в черный цвет востребовано в производстве строительных профилей и панелей.
Третий вид - интерференционное окрашивание - то же, что и предыдущее, но позволяет получить большее количество оттенков благодаря формированию специального светоотражающего слоя.
Ну и наконец, четвертый вид - интегральное окрашивание - в раствор электролита для анодированию добавляют органические соли, благодаря которым и происходит покраска изделия.
Теперь вы получили общее представление о процессе анодирования. Как видно из всего сказанного - электрохимическое оксидирование позволяет добиться самых разных результатов, не тратя при этом огромных денег на организацию процесса. Не удивительно, что в нем так заинтересованы многие предприниматели.