Метод анодирования в фосфорной кислоте
В то время как анодирование в фосфорной кислоте редко применяется для декоративных или защитных целей, оно все чаще используется при предварительной обработке для последующего нанесения органического или гальванического покрытия.
Одной из наиболее распространенных целей использования этой кислоты заключается в подготовке литографического покрытия для печати, а при создании других видов покрытия она заменяет собой электролиты серной кислоты. Так Хоусон-Альграфи приводит описание процесса анодирования при помощи 10-30 % электролита на основе фосфорной кислоты при температуре 15-30°С. Плотность тока при этом составляет 0,5-2 А/дм2 (5-19 А/квадратный фут), электрическое напряжение – 0-50 вольт, длительность процесса – 2-20 минут. Считается, что гальваническое покрытие, полученное при таких условиях, обладает большей прочностью при хранении, а благодаря улучшенной адгезии светочувствительной пленки оно обладает более длительным сроком службы при печати. В схожем процессе, разработаны Хоукстом, используется комбинированный электролит, содержащий 25-250 г/л Н2SO4, 10-50 г/л Н3РО4 и 5-25 г/л Al3+. Он используется при плотности тока 4-25 А/дм2 и температуре 25-65°С. Компания «Фуджи Фото Филм» предлагает производить анодирование в фосфорной кислоте с использованием переменного тока, а Викерс предлагает производить анодирование в серной, а затем фосфорной кислоте. «Кодак» также рекомендует использовать при анодировании фосфорную кислоту.
Совсем в другом контексте данный метод анодирования в фосфорной кислоте считается превосходным способом для обеспечения адгезионного сцепления в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Данный метод был впервые разработан компанией «Боинг», и теперь в данной промышленности он известен как «Процесс Боинга». При этом методе перед анодированием изделие, как правило, проходит обработку травлением при помощи дигидрата дихромата натрия и серной кислоты (обработка травлением), которая проводится в растворе 33 г/л дигидрата дихромата натрия и 330 г/л серной кислоты в течение 15-30 минут при температуре 68°С. Затем, после промывки, изделие подвергается анодированию в 10-12 % электролите фосфорной кислоты при электрическом напряжении 10-15 вольт и температуре 21-24°С в течение 20-25 минут. Полагается, что при этом методе получается адгезионное сцепление, плотное по качеству и обладающее более длительным сроком службы при неблагоприятных условиях, чем при обычных методах подготовки поверхности, таких как анодирование в хромовой или серной кислоте. Этот метод был одобрен Американским обществом по испытанию материалов и получил стандарт под номером D3933-93. Позже компанией «Боинг» был разработан двухступенчатый метод анодирования (первый этап состоял из анодирования в фосфорной кислоте, а затем – в электролите на основе серной и борной кислоты), и она получила схожий патент. Однако новый метод отличался применением вместо хромовой кислоты серной и борной кислот.
Томпсон и Хитон предоставили подробный сравнительный анализ методов анодирования в фосфорной и хромовой кислотах, выступавших в качестве предварительной обработки изделий перед созданием сцепления и покраской. Они пришли к выводу, что обработка фосфорной кислотой имеет свои преимущества, особенно при использовании адгезивов на основе эпоксидной смолы. Это утверждение было пересмотрено Козмой и Олефьордом, а Критчлоу и Брюис провели обширное исследование разных методов предварительной обработки изделий для создания связей. В других работах те же авторы подтверждают превосходство метода анодирования в фосфорной кислоте с адгезивами на основе эпоксидной смолы.
Важность развития этих методов в американской аэрокосмической промышленности спровоцировала проведение большого количества исследований, направленных на раскрытие и определение характерных признаков анодирования в фосфорной кислоте, которые отвечают за улучшение качества адгезии. Венаблес вместе со своими коллегами, работая на корпорацию «Мартин-Мариетта», принял активное участие в этих исследованиях. Вместе они детально изучили строение покрытия, получаемого в результате анодирования в фосфорной кислоте. Они обнаружили заусеницы и выступы на поверхности, подвергшейся анодированию в фосфорной кислоте, и считают, что это напрямую связано с используемым адгезивом. Однако, другие исследователи ставят под сомнение значение этих заусениц и полагают, что наиболее важным фактором является гидратационная устойчивость и прочность покрытия, полученного в результате анодирования в фосфорной кислоте. Арроусмит вместе со своими коллегами провел исследования с помощью растрового электронного микроскопа и предоставил подробные снимки поверхности, подвергшейся анодированию в фосфорной кислоте. Микротомы поперечных сечений покрытий, анодированных в фосфорной кислоте, были так же представлены в некоторых работах сотрудников Института науки и техники при Манчестерском университете.
В автомобильной промышленности «Алкан» провел множество исследований, посвященных анодированию в фосфорной кислоте как предварительной обработке при адгезионном сцеплении деталей. Исследователи предлагают проводить непрерывный процесс анодирования в фосфорной кислоте, при котором тонкая алюминиевая полоска проходит обработку в электролите при температуре 25-80°С в течение не более 15 секунд при плотности тока по крайней мере 250 А\дм2. Полагается, что такое покрытие, обладающее крупными открытыми порами, образует отличный подслой для последующего нанесения лака, краски или адгезива. Уже запатентовано использование этого материала в производстве автомобилей.
«Алкоа» обладает патентами на метод анодирования в фосфористой кислоте, используемый как предварительная обработка при нанесении связующего или органического покрытия, и среди множества схожих запатентованных методов предварительной обработки они претендуют на изобретение метода анодирования в органической фосфоновой кислоте или эфирами фосфористой кислоты. Полагается, что при этом на внешней поверхности формируется непористый приповерхностный слой с функционализированным слоем органического соединения. Считается, что при схожем методе предварительной обработки двухступенчатым анодированием, при котором материал сначала подвергается анодированию для образования стандартной пористой пленки, а затем анодируется в водянистой фосфористоорганической смеси, получается либо химически устойчивая поверхность, либо поверхность, пригодная для нанесения органического покрытия.
«Алкан» также использовал фосфористую кислоту для электролитической очистки, при которой баланс анодирования подгоняется под процесс растворения пленки сразу после ее образования. «Боинг» и «Фелизари» также проводили исследования в этой области.
Метод анодирования в фосфористой кислоте также используется для нанесения гальванического покрытия. Спунер и Серафим подробно изучили этот метод и рекомендуют использование 250 г/л электролита на основе фосфорной кислоты при плотности тока 1,1-1,6 А/дм2 и температуре 25°С в течение 10 минут. При таких условиях происходило >Наконец, «Алкан» разработал другой способ применения анодирования в фосфорной кислоте: пленка, отделенная от металла-основы, используется в качестве пористой фильтрующей мембраны. При использовании этого процесса сверхчистый алюминий подвергается анодированию в 5-150 г/л электролита фосфорной кислоты при электрическом напряжении 40-200 вольт и температуре 5-50°С. Данное покрытие обладает равномерной пористой структурой и в толщину может достигать 100 микрон. Оно отделяется от металлического субстрата с помощью программы регулируемого снижения напряжения. После этого отделенная пленка может быть использована в качестве фильтрующей мембраны.
Загрузка ...