Анодирование в хромовой кислоте. Метод Бенгафа-Стюарта

Впервые метод анодирования хромовой кислотой был изобретен в 1923 году британскими разработчиками Бенгафом и Стюартом. Этот метод, а также его поздние вариации, включая и те, которые подходят под стандарт, широко используется и в настоящее время.

Изделие очищается путем обезжиривания в парах и, при необходимости, дополнительно промывается щелочью, например, в 38-50 г/л (6-8 унций на галлон) раствора тринатрийфосфата и метакремнекислого натрия при температуре 90°С.¹ Если изделие обладает высокой прочностью, то процессу очистки может предшествовать процесс пескоструйной обработки или крацевания. После окончательной промывки в чистой воде изделие готово к анодированию.

Стандартный процесс анодирования хромовой кислотой указан в технических спецификациях DEFSTAN 03-24/3, в котором говорится, что электролит должен содержать 30-100 г хромовой кислоты на литр (4,8-16 унций/галлон). Чистота хромовой кислоты должна быть не менее, чем 99.5% CrO₃. Содержание хлорида в электролите не должно превышать эквивалентное содержание 0,2 г NaCl на литр, а содержание сульфата – 0,5 г Na₂SO₄ на литр.  Содержание свободной хромовой кислоты не должно опускаться ниже 30 г/л. Электролит можно восстановить путем добавления хромовой кислоты при условии, если общее количество хрома в растворе не будет превышать 100 г/л в виде CrO₃. Температура при использовании электролита должна составлять примерно 38-42°С.

Воздействие электрического тока должно быть таково, чтобы напряжение в растворе увеличивалось пошагово, от 0 до 40 вольт в течение 10 минут, с шагом 5 вольт. При напряжении 40 вольт его необходимо удерживать в течение 20 минут, затем постепенно увеличивать до 50 вольт в течение следующих 5 минут, а затем еще 5 минут удерживать напряжение 50 вольт. Эти показатели времени являются  минимальными. Катод должен быть выполнен из мягкой низкоуглеродистой стали или нержавеющей стали в форме пластин, или же функцию катода должен выполнять сам резервуар. Анод: количество катода в электролите не играет большого значения, но чем больше процент его содержания, тем меньше расходуется хромовой кислоты. Наиболее приемлемыми являются показатели 5:1-10:1. Если в роли катода выступает сам резервуар, стенки и днище его при необходимости можно частично покрыть стеклом или другим химически инертным изоляционным материалом.

При анодировании некоторых литейных сплавов показатели температуры и напряжения, указанные выше, могут не соответствовать. В этом случае температуру опускают до 25-30°С, а электрическое напряжение в растворе поэтапно увеличивают от 0 до 40 вольт в течение 10 минут (не более 5 В за шаг) и удерживают его на уровне 40 В в течение 30 минут. В случае с алюминиевыми сплавами с повышенным содержанием цинка в перестаренном состоянии, температура электролита должна быть 35 ± 2°C, а напряжение в растворе необходимо поднять до 20 + 2, - 1 В и удерживать на таком уровне минимум 30 минут. Скорость увеличения напряжения должна составлять 3-4 В в минуту.

Электрический ток при анодировании регулируется напряжением, и необходимо установить четкий цикл обработки во избежание травления. Однако первоначально созданный цикл обработки Бенгафа-Стюарта, который занимает 60 минут, в настоящее время не имеет широкого распространения. Средний показатель плотности тока за период более 40 минут равняется примерно 0,3-0,4 A/дм² (3-4 A/квадратный фут). Из-за сложного характера цикла обработки желательно использовать выпрямительные диоды с автоматической регулировкой напряжения и соответствующие таймеры, позволяющие следить за ходом работы.

Метод Бенгафа-Стюарта не может быть использован при анодировании сплавов, содержащих более 5 % меди, однако он чрезвычайно удобен для работы с клепками, швами и т. п., которые сложно промывать, так как осадки хромовой кислоты не оказывают вредного воздействия на коррозионную стойкость металлов.

Покрытие, полученное в результате процесса Бенгафа-Стюарта, очень тонкое (примерно 2-5 µм; 0,08-0,2 мил) и благодаря этому оно обладает относительно большей мягкостью, чем покрытия иных видов, полученные другими методами. Пленка содержит малое количество хрома, и потребление электрического тока равняется в среднем 0,2 киловатт-час/квадратный фут поверхности. Покрытие обладает отличной коррозионной стойкостью по отношению к своей толщине, но она при этом обладает слабым сопротивлением  истиранию и  может быть легко повреждено. Пленка имеет более или менее темно-серый цвет, в зависимости от структурного состава металла, и она плохо поддается окраске. Покрытие, образованное с хромовой кислотой не герметично из-за своей низкой пористости. По этой же причине скорость распада пленки будет выше по отношению к скорости роста, и, если сдерживающая толщина покрытия будет небольшой, то металл в процессе анодирования теряет в весе.