Управление свойствами анодного покрытия регулированием параметров процесса

Процессы анодирования алюминия -гибкие и саморегулируемые. Гибкость процесса позволяет получить различные характеристики покрытия простым изме­нением одного или нескольких парамет­ров обработки. Термин регулируемость процесса может быть интерпретирован как не требующий жесткого контроля. Процессом анодирования можно успешно управлять посредством широкого диапа­зона условий процесса даже вне исходно намеченных условий процесса. Обеспече­ние повторяемости и соответствия окон­чательным характеристикам, однако, тре­бует поддержания точного регулирования переменных процесса.

Наиболее широко при анодировании алюминия применяют ванну (электролит) на базе серной кислоты, а также хромо­вой или фосфорной кислот (с множест­вом растворов, таких как серно-борная или серно-щавелевая кислота и другие). В этой статье обсуждается применение для анодирования только серной кислоты. Важнейшими переменными процесса анодирования, которые можно контроли­ровать, являются: химия, температура, электричество (плотность тока и напря­жение), время. Ни один из этих парамет­ров не имеет явного преимущества перед другими. Все изменения любого перемен­ного параметра могут привести к получе­нию покрытия с различными показателя­ми и видимыми характеристиками.

ПРАВИЛО 720. Основными параметрами процесса анодирования в ванне с серной кислотой являются: концентрация 15 % (165 г/л) серной кислоты при температуре 20-22 °С и плотности тока 1,3 А/дм². Та­кая комбинация параметров процесса обеспечивает получение 25 мкм толщины покрытия за 60 мин. При этом действует так называемое «правило 720», которое гласит: толщина покрытия = 720 х время анодирования х плотность тока.

При этом можно увидеть, что удвоение плотности тока наполовину снижает вре­мя анодирования, требуемое для получе­ния заданной толщины. Такие условия процесса: 15 % серной кислоты при 21 °С и 1,3-2,6 А/дм² - основа всех общих «ком­мерческих» и «архитектурных» видов ано­дированного покрытия. Применяя прави­ло 720, оператор может легко выбрать тре­буемую плотность тока и рассчитать точ­ное время для цикла анодирования при за­данной поверхности анодирования и тре­буемой толщине покрытия. Изменяя основные условия процесса, можно полу­чать различные типы анодированных по­крытий. Процессы «декоративного» ано­дирования могут проводиться с примене­нием повышенной концентрации кислоты в ванне, повышенной температуры и бо­лее низкой плотности тока, чем при про­цессах архитектурного и коммерческого покрытия. Так, для получения менее мут­ного покрытия можно применить серную кислоту с концентрацией 20-25 % (220-275 г/л) при температуре в диапазоне 24-28 °С с плотностью тока 1,1-1,6 А/дм². Такое покрытие обеспечивает превосход­ный вид поверхностей изделий, которые были блестящими еще до анодирования, или получать блестящие, анодированные и окрашенные поверхности. Комбинация ус­ловий управления процессом позволяет получать заданные виды покрытия в элек­тролизерах с малым или большим разме­ром ячеек. Это возможно, поскольку при высокой концентрации и высокой темпе­ратуре ванны повышается проводимость ванны, в связи с этим требуется незначи­тельное понижение напряжения при лю­бой плотности тока. Понижение напряже­ния обеспечивает снижение размеров ячейки и большие зазоры. Это помогает лучшей абсорбции краски с получением менее грязного (осветленного) и более яр­кого цвета. Это также помогает в получе­нии более «мягкого» покрытия, но с точки зрения декоративного вида это неважно.

УПРОЧНЯЮЩАЯ ОКРАСКА.Другим видом анодированных покры­тий является категория «упрочняющих» анодных покрытой. Все анодные покрытия достаточно твердые, но модификация усло­вий работы ванны может обеспечить про­изводство чрезвычайно твердого покрытия с высокой износостойкостью. При проведении анодирования правильно выбранного сплава в заданном диапазоне условий мож­но получить упрочняющее покрытие, свой­ства которого по прочности поверхности и износостойкости могут превысить характе­ристики некоторых инструментальных ста­лей. В дополнение к твердости упрочняю­щие анодные покрытия обычно имеют большую толщину, чем традиционные по­крытия. Эти две характеристики - твер­дость и толщина покрытия обеспечиваются регулированием напряжения и силы тока.

Применение высокой плотности тока и повышенного напряжения помогает в по­лучении таких характеристик. Высокое на­пряжение может быть получено в резуль­тате снижения проводимости ванны за счет снижения температуры ванны и/или снижения концентрации кислоты. Повы­шенное напряжение обеспечивают боль­шие ячейки с меньшими зазорами, произ­водящие большее количество продукции с более твердым покрытием. Сокращение цикла анодирования также помогает в про­изводстве твердого покрытия, поскольку при меньшем внешнем воздействии элект­ролита отмечается меньшее растворение анодного покрытия в процессе анодирова­ния. Более короткий цикл обеспечивается за счет повышения плотности тока на базе применения правила 720. Нужно учиты­вать, что более расширенный диапазон на­пряжения определяет твердость и цвет по­крытия (включая упрочняющее). Сила то­ка на единицу площади (плотность тока) определяет толщину покрытия. Дополне­ние некоторых органических компонентов в электролит помогает произвести более твердое покрытие при заданной темпера­туре, поскольку они запрещают растворе­ние уже сформированного покрытия.

Применение правила 720 и управление параметрами процесса анодирования мо­жет обеспечить получение широкого диа­пазона анодируемых покрытий. Стандарт­ное покрытие обычно производится с при­менением 15 % концентрации серной кис­лоты при температуре 18° С и плотности тока 1,3-2,6 А/дм² за время до 60 мин. По­вышение концентрации кислоты и темпе­ратуры или снижение плотности тока обес­печивает получение анодного покрытия для применения в декоративных целях. Время анодирования обычно составляет 10-30 мин. Очень твердое покрытие может быть получено при плотности тока 2,6-4,3 А/дм² или более. Это обеспечивает корот­кий цикл анодирования на единицу толщи­ны покрытия. Понижение температуры электролита, снижение концентрации рас­твора кислоты (15 % серной кислоты или ниже) с органическими добавками или без них приводит к повышению напряжения. В этих случаях требуется полное понимание совместной работы этих факторов для по­лучения на производстве оптимальных ус­ловий для реализации требуемого резуль­тата. Возможность точного регулирования процесса существенно повышается.